專利名稱：一種聚丙烯復合材料及其制備方法
一種聚丙烯復合材料及其制備方法本發(fā)明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種聚丙烯復合材料及其制備方法。隨著微電子集成技術和組裝技術的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品向薄型化發(fā)展，電子元器件和邏輯電路的體積越來越小，而工作頻率急劇增加，半導體熱環(huán)境向高溫方向迅速變化。此時電子設備所產(chǎn)生的熱量迅速積累、增加。在正常使用環(huán)境溫度下，為保證電子元器件長時間、高可靠性地正常工作，及時散熱能力就成為影響其使用壽命的重要限制因素，機體的發(fā)熱量不斷增加以及靜電對電子產(chǎn)品產(chǎn)生的影響，已成為電子工業(yè)領域面臨的重要問題之一。高分子材料大多又具有優(yōu)良的電絕緣性能，其體積電阻率都非常高，約為IX 1010—I X 1020 Ω . Cm,在使用時易產(chǎn)生靜電積累，導致吸塵、電擊，甚至產(chǎn)生火花放電等不良現(xiàn)象，使其在一些電子產(chǎn)品中無法應用。為此，迫切需要研制高導熱性能及抗靜電的高分子 復合材料。聚丙烯(PP)作為三大通用塑料之一，具有優(yōu)異的機械性能、良好的絕緣性、耐化學性以及密度小等特點。但由于PP極易燃燒且具有很高的表面電阻率，很容易因產(chǎn)生靜電而引發(fā)火災或爆炸，使其應用范圍受到極大的限制。本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種導熱性能、抗靜電性能和機械性能都比較好的聚丙烯復合材料及其制備方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是，一種聚丙烯復合材料，按重量百分比由以下組分組成PP 樹脂30-50%;
EVA 共聚物10-25%;
改性導熱粉10-25%；
抗靜電劑10-20%;
碳纖維10-20%;
相容劑2. 5-5. 5%；
增韌劑4-7%;
潤滑劑0.1-0.5%; 抗氧劑O. 1-1%;其中，所述的改性導熱粉是采用偶聯(lián)劑處理過的導熱粉，其制備過程如下將占導熱粉重量O. 1-2%的鈦酸酯偶聯(lián)劑用無水溶劑稀釋，然后把稀釋后的鈦酸酯偶聯(lián)劑加入到導熱粉中，加熱并攪拌、混合，溶劑完全揮發(fā)后，得到鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的導熱粉；將占導熱粉重量的O. 5-3%的硅烷偶聯(lián)劑，在水中乳化，再將乳化后的硅烷偶聯(lián)劑加入到鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的導熱粉中攪拌、混合后在80-100°C下干燥至恒重，除去游離水；然后在100-120°C條件下再次干燥至恒重，使導熱粉表面與硅烷偶聯(lián)劑中的羥基縮合；將占導熱粉重量的O. 5-1%的MAH-g-PP完全溶解在二甲苯中，加入到經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理過的導熱粉中，加熱并攪拌，待二甲苯完全揮發(fā)后，得到所述的改性導熱粉。以上所述的聚丙烯復合材料，所述導熱粉為三氧化二鋁、氧化鎂、氮化硼或氮化鋁中的任一種和硅灰石或者碳化硅的混合物。以上所述的聚丙烯復合材料，所述抗靜電劑為石墨和/或碳纖維。以上所述的聚丙烯復合材料，所述偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯。以上所述的聚丙烯復合材料，所述抗氧劑為三甘醇雙-3- (3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4_ 二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種，或由四[3- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比I :1混合而成。以上所述的聚丙烯復合材料，所述增韌劑為馬來酸酐和甲基丙烯酸甲酯雙接枝的乙烯類彈性體。以上所述的聚丙烯復合材料，所述相容劑為馬來酸醉接枝聚乙烯。一種上述聚丙烯復合材料的制備方法，包括步驟
步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌5-10min，攪拌轉速為300_450r/min ；步驟三、將步驟二得到的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170-190 °C、四區(qū)溫度170-190 °C、五區(qū)溫度170-190 °C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115-140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350_450r/min。。本發(fā)明制備的聚丙烯復合材料，將導熱粉采用偶聯(lián)劑進行處理，導熱粉和抗靜電劑兩種填料相互配合協(xié)調(diào)作用，以更少的填充量實現(xiàn)高性能的導熱性及抗靜電性，且制備的PP材料具有較好的機械性能。 下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步闡述導熱粉可以選用三氧化二鋁、氧化鎂、氮化硼或氮化鋁中的任一種和硅灰石或者碳化硅的混合物，該導熱粉采用偶聯(lián)劑進行處理，具體處理過程如下將占導熱粉重量O. 1-2%的鈦酸酯偶聯(lián)劑四異丙基二( 二辛基亞磷酸酰氧基)鈦酸酯用無水溶劑乙醇稀釋，然后把稀釋后的鈦酸酯偶聯(lián)劑加入到導熱粉中，加熱并高速攪拌，混合l_2h后溶劑完全揮發(fā)，得到鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的導熱粉；將占導熱粉重量O. 5-3%的硅烷偶聯(lián)劑KH550，在水中乳化20_50min，再將該乳化后的硅烷偶聯(lián)劑加入到鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的填料中高速攪拌，混合20-50min后放入烘箱中在80-100°C下干燥至恒重，除去游離水；然后將烘箱溫度升高至100-120°C，再次干燥至恒重，使導熱粉表面與偶聯(lián)劑中的羥基縮合；將占導熱粉重量O. 5-1%的MAH-g-PP (南通日之升，CMG5001-W)完全溶解在二甲苯中，加入到經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性的填料中，加熱并高速攪拌，待溶劑完全揮發(fā)后，得到最終處理后的改性導熱粉。鈦酸酯偶聯(lián)劑可以用Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯；硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選KH550。增韌劑優(yōu)選馬來酸酐和甲基丙烯酸甲酯雙接枝的乙烯類彈性體E518。相容劑優(yōu)選馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH (南通日之升CMG9804)。抗靜電劑優(yōu)選石墨或導電碳纖維；抗氧劑采用三甘醇雙-3- (3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4_ 二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種，或由四[3- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比I :1混合而成?？寡鮿┡铺柨梢允?010，、168,1076 等。實施例I中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物(臺塑630))20%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁和碳化硅)，其中，三氧化二鋁與碳化硅按重量I :1混合)10. 2%、石墨10%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下
步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例2
實施例2中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物20%、改性導熱粉(硅烷偶聯(lián)劑)處理過的氮化鋁和硅灰石，其中，氮化鋁與硅灰石按重量I :1混合)15. 2%、石墨15%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑 O. 3%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例3實施例3中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物20%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁和碳化硅，其中，三氧化二鋁與碳化硅按重量I :1混合)20%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例4實施例4中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂60%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁和碳化硅，其中，三氧化二鋁與碳化硅按重量I :1混合)10. 2%、石墨10%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下
步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例5實施例5中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物20%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過的三氧化二鋁) 10. 2%、石墨20%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。 其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。對比例I對比例I中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂50%、EVA共聚物20%、石墨10%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%、偶聯(lián)劑O. 2%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，所述導熱粉采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。對比例2對比例2中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂50%、EVA共聚物20%、導熱粉20. 2%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，所述導熱粉采用偶聯(lián)劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；
步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。性能測試及評價將上述實施例1-5及對比例1、2制備的粒子物料先在鼓風烘箱中80_90°C的條件下干燥2小時，然后將干燥好的粒子物料用注射成型機制成標準測試樣條測試。其中，拉伸強度按ASTM D-638標準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm)(176±2)(長)Χ (12·6±0·2)(端部寬度)Χ ( 3·05±0·2 )(厚度)，拉伸速度為 50 mm/min ；缺口沖擊強度按ASTM D-256標準進行檢驗。試樣類型為I型，試樣尺寸(mm): (63±2) X (12. 45±0. 2) X (3. 1±0· 2);缺口類型為 A 類，缺口剩余厚度為 I. 9 mm ;表面電阻率和體積電阻率按IEC 60093標準測試，導熱系數(shù)按ASTM D5470標準測試。實施例1-5及對比例1、2的材料性能測試數(shù)據(jù)如下表
權利要求
1.一種聚丙烯復合材料，其特征在于，按重量百分比由以下組分組成 PP 樹脂30-50%; EVA 共聚物10-25%; 改性導熱粉10-25%； 抗靜電劑10-20% 碳纖維10-20%; 相容劑2. 5-5. 5%； 增韌劑4-7%; 潤滑劑0.1-0.5%; 抗氧劑0. 1-1%； 其中，所述的改性導熱粉是采用偶聯(lián)劑處理過的導熱粉，其制備過程如下 將占導熱粉重量0.1-2%的鈦酸酯偶聯(lián)劑用無水溶劑稀釋，然后把稀釋后的鈦酸酯偶聯(lián)劑加入到導熱粉中，加熱并攪拌、混合，溶劑完全揮發(fā)后，得到鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的導熱粉； 將占導熱粉重量的0. 5-3%的硅烷偶聯(lián)劑，在水中乳化，再將乳化后的硅烷偶聯(lián)劑加入到鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的導熱粉中攪拌、混合后在80-100°C下干燥至恒重，除去游離水；然后在100-120°C條件下再次干燥至恒重，使導熱粉表面與硅烷偶聯(lián)劑中的羥基縮合； 將占導熱粉重量的0. 5-1%的MAH-g-PP完全溶解在二甲苯中，加入到經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理過的導熱粉中，加熱并攪拌，待二甲苯完全揮發(fā)后，得到所述的改性導熱粉。
2.根據(jù)權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述導熱粉為三氧化二鋁、氧化鎂、氮化硼或氮化鋁中的任一種和硅灰石或者碳化硅的混合物。
3.根據(jù)權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述抗靜電劑為石墨和/或碳纖維。
4.根據(jù)權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯。
5.根據(jù)權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述抗氧劑為三甘醇雙-3- (3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種，或由四[3- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比1:1混合而成。
6.根據(jù)權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述增韌劑為馬來酸酐和甲基丙烯酸甲酯雙接枝的乙烯類彈性體。
7.根據(jù)權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述相容劑為馬來酸醉接枝聚乙烯。
8.—種權利要求I所述聚丙烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括步驟 步驟一、按權利要求I所述的重量百分比含量稱取各個組分； 步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌5-10min，攪拌轉速為300-450r/min ； 步驟三、將步驟二得到的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區(qū)溫度160-180°C、二區(qū)溫度170-190°C、三區(qū)溫度170_190°C、四區(qū)溫度170-190°C、五區(qū)溫度170-190°C、六區(qū)溫度115_140°C、七區(qū)溫度115_140°C、八區(qū)溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚丙烯復合材料及其制備方法。聚丙烯復合材料按重量百分比由以下組分組成PP樹脂30-50%;EVA共聚物10-25%;改性導熱粉10-25%;抗靜電劑10-20%;碳纖維10-20%;相容劑2.5-5.5%;增韌劑4-7%;潤滑劑0.1-0.5%;抗氧劑0.1-1%;其中，所述的改性導熱粉是采用偶聯(lián)劑處理過的導熱粉。本發(fā)明制備的聚丙烯復合材料，將導熱粉采用偶聯(lián)劑進行處理，導熱粉和抗靜電劑兩種填料相互配合協(xié)調(diào)作用，以更少的填充量實現(xiàn)高性能的導熱性及抗靜電性，且制備的PP材料具有較好的機械性能。
文檔編號B29C47/92GK102807706SQ20121026394
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2012年7月27日
發(fā)明者徐東, 徐永, 許江威 申請人:深圳市科聚新材料有限公司