一种复合型高强度导电树脂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合型高强度导电树脂及其制备方法，其包括按质量百分比计的下列成份：62.0%-67.0%，P-100高密度HDPE树脂，10.0%-12.0%纳米级导电炭黑ENSACO350G，2.0%乙烯基双硬脂酰胺，8.0%包覆红磷阻燃剂，4.0%?聚乙烯蜡5300分子量，1.5%钛酸酯偶联剂，8.0%和聚乙烯辛烯共聚体相容剂。复合型高强度导电树脂导电性能均匀稳定，阻燃效果显著，物理指标达到强度高、稳定性好、耐磨、耐低温性、耐冲击性、耐环境应力开裂性，安全性能好等的技术要求。该材料可用于大体积的树脂铸件，大口径、高强度管道材料和特种物资运转栈板等的重型制作材料等。
【专利说明】一种复合型高强度导电树脂及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料领域，更具地地讲，涉及一种复合型高强度导电树脂。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国高分子材料科技的飞速进步，各种新型高分子材料，特别是高强度、多功能树脂材料正朝着安全、环保、可循环使用和多用途复合的方向发展。
[0003]单纯高分子材料为绝缘材料，在使用时会发生静电积聚、电磁波干扰等危害。如果用其制造矿用管材、粉粒输送管道或输油管道、物流栈板和货架等制品并在高危环境里使用，容易因为树脂管壁或载货框架同承载物的摩擦造成大量静电积聚而引起爆炸或火灾。在运输装卸或矿产资源的生产中由于静电火花引起的火灾事故在我国屡见不鲜。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有稳定的导电性能和阻燃效果的同时，具备优良的耐磨、耐低温性、耐冲击性、耐环境应力开裂性能良好的复合型高强度导电树脂。
[0005]本发明所要解决的第二个技术问题是，提供上述复合型高强度导电树脂的制备方法。
[0006]为了解决上述第一 个问题，本发明提供了一种复合型高强度导电树脂，其特征在于，包括以下组成，各组分按质量百分比计如下:
P-100 高密度 HDPE 树脂:62.0%_67.0% ；
纳米级导电炭黑 ENSACO 350 G:10.0%_12.0% ；
乙烯基双硬脂酰胺EBS:2.0% ；
包覆红磷阻燃剂:8.0% ；
分子量5200的聚乙烯蜡WAX:4.0% ；
钛酸酯偶联剂:1.5%，所述钛酸酯偶联剂需用同等质量的矿物油稀释后使用；
聚乙烯辛烯共聚体相容剂:8.0%。
[0007]为了解决上述第二个技术问题，本发明提供了一种复合型高强度导电树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(I)材料预处理，包括:
Ca)将DP-100高密度HDPE树脂进行微粉化处理，其HDPE微粉化处理后的粒径为150-200 目；
(b)将聚乙烯辛烯共聚体相容剂进行微粉化处理，其相容剂微粉化处理后的粒径为150-200 目；
(c)将纳米级导电炭黑HMCALENSACO 350 G进行偶联处理，其偶联剂使用钛酸酯偶联剂，所述钛酸酯偶联剂需用同等质量的矿物油稀释后使用，经处理后的导电炭黑的微细粉体的包覆率不低于80% ；(d)将包覆红磷阻燃剂进行包覆处理，其包覆材料使用钛酸酯，所述钛酸酯需用同等质量的矿物油稀释后使用，经处理后的磷系阻燃剂粉体的包覆率不低于95% ；
(2)高速搅拌捏合，除纳米级导电炭黑、包覆红磷阻燃剂和聚乙烯辛烯共聚体相容剂外，对其他物料使用500L双速搅拌机进行共混并高速搅拌，双速搅拌机进行高速搅拌的温度应控制在90-120°C，搅拌期间需使用循环冷却系统降温；
(3)第一次混炼，将步骤(2)高速搅拌捏合的物料通过主喂进料口进入双螺杆挤出机，纳米级导电炭黑通过侧喂进料口进入双螺杆挤出机；
(4)第二次混炼，，造粒，将经过第一次混炼的物料同微粉化后的聚乙烯辛烯共聚体相容剂混合均匀后，通过主喂进料口进入双螺杆挤出机；将包覆红磷阻燃剂通过侧喂进料口进入双螺杆挤出机；
(5)冷却、筛选、包装。
[0008]本发明的优点在于，复合型高强度导电树脂以独特的生产工艺方式以及相对低廉的生产成本，通过添加纳米级高性能导电炭黑 HMCAL ENSACO 350 G及其它相关助剂和特殊的改性制造工艺，制成其表面电阻率和体积电阻率均稳定在IO3左右的复合型高强度导电树脂，具有永久和均匀的导电性能和稳定的低烟、无卤阻燃效果，复合型高强度导电树脂产品加工性能优越、强度高以及稳定性好，同时具有耐磨、耐低温性、耐冲击性、耐环境应力开裂性，安全性能好等的特点，是一个具有国际水准的、具有市场竞争能力的新型功能高分子材料产品，它的开发成功可以推动我国石油，矿产、军工设施、特种物流和材料、电子电信等诸多产业的发展，促进我国高科技材料领域的复合型高强度导电树脂产品的发展。 【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为复合型高强度导电树脂产品制备方法流程图。
[0010]图2为复合型高强度导电树脂材料力学性能测试图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0012]实施例1、复合型高强度导电树脂产品配方及制备方法
复合型高强度导电树脂产品，包括以下组份，各组分按质量百分比计如下:
62.0%-67.0% P-1OO高密度HDPE树脂北欧石油；
10.0%-12.0% 纳米级导电炭黑 ENSACO 350 G HMCAL公司；
2.0%乙烯基双硬脂酰胺(EBS)巴斯夫公司；
8.0%包覆红磷阻燃剂国产；
4.0%聚乙烯蜡(WAX)分子量5200国产；
1.5%钛酸酯偶联剂(需用同等质量的矿物油稀释后使用)国产；
8.0%聚乙烯辛烯共聚体相容剂国产。
[0013]复合型高强度导电树脂产品制备方法的流程图见图1，其包括如下步骤:
1.对复合型高强度导电树脂产品材料预处理a.将DP-100高密度低压聚乙烯HDPE进行微粉化处理，其HDPE微粉化处理后的粒径为150-200目。塑料粉碎机选用张家港正兴机械有限公司的WSM-600型。
[0014]b.将聚乙烯辛烯共聚体相容剂进行微粉化处理，其相容剂微粉化处理后的粒径为150-200目。塑料粉碎机选用张家港正兴机械有限公司的WSM-600型。
[0015]聚乙烯辛烯共聚体相容剂用于大幅度提高高分子材料如聚乙烯类树脂与导电炭黑间的结合力，从而明显提升材料的综合力学性能，可以有效促进当纳米级导电炭黑在高分子材料中具有较高填充量时所起到的增韧、增强等的作用。
[0016]c.将纳米级导电炭黑HMCAL ENSACO 350 G进行偶联处理，其偶联剂使用钛酸酯(须经过同等数量的矿物油稀释后使用)。经处理后的导电炭黑的微细粉体的包覆率不低于 80%ο
[0017]使用500L双速搅拌机进行偶联处理。双速搅拌机进行偶联处理的工艺温度应控制在120-140°C，搅拌期间需使用循环冷却系统降温。偶联处理:40分钟。
[0018]偶联剂主要是用其对超微细无机粉体材料进行偶联处理，即对纳米级导电炭黑微细颗粒进行包覆，以加大纳米级导电炭黑同高分子材料的相容界面，从而提高产品中几种不同材料共混相融后的分散效果。
[0019]d.将磷系阻燃剂(匕包覆红磷)进行包覆处理，其包覆材料使用钛酸酯(用同等数量的矿物油稀释后使用)。经处理后的磷系阻燃剂粉体的包覆率不低于95%。
[0020]e.乙烯基双硬脂酰胺(EBS)能够帮助改善产品的表面缺陷和韧性，如常见的熔体破裂现象，从而提高材料生产的稳定性和制品的表面效果，并能稳定加工温度，延长连续加工时间。对提高产品挤出速度，产品的成型率及稳定性均有显著效果。
[0021]2、高速搅拌捏合
a.除纳米级导电炭黑，阻燃剂和聚`乙烯辛烯共聚体相容剂外，对其他物料使用500L双速搅拌机进行共混并高速搅拌。
[0022]b.双速搅拌机进行高速搅拌的工艺温度应控制在90_120°C，搅拌期间需使用循环冷却系统降温。
[0023]c.共混时间:20分钟。分两次进行，期间需对罐内物料进行整理并有效清除水份。
[0024]d.双速搅拌机转速:1500r/m。
[0025]3.不同物料分别喂入多路进料式双螺杆挤出机的料斗，进行第一次混炼，其制作工艺如下:
a.将经过共混的物料进入多路进料式双螺杆挤出机；
双螺杆挤出机规格:螺杆直径:75mm,长径比:L/D_56 ；
挤出机螺纹块组合模式:高剪切组合；
喂料方式:三路同步进料方式；
主喂料机转速:36 r/min。经过高速搅拌的物料通过主喂进入机筒；
第一侧喂转速:45 r/min。纳米级导电炭黑通过第一侧喂进入机筒，使之具有初步的导电炭黑和其他物料的相融分散效果；该工艺路段的物料电性能达到IO6 Ω ；
第二侧喂转速:18 r/min。纳米级导电炭黑通过第二侧喂进入机筒,使物料电性能达到IO3 Ω ;物料同导电炭黑完全达到良好的分散相融状态；
真空度:0.7-0.9 ；工艺温度:总料温:198°C ；
多路进料式双螺杆挤出机筒体分段料温:(从喂料口向机头方向依次)700C，120°C,140°C, 160°C, 1800C，180°C，160°C, 150°C, 150°C, 口模 188°C ；
b.在对物料进行混炼的工艺过程中，需要同时对物料做干燥和比例调节的整理；
c.过滤网设置:150目+120目+120目+80目+60目。
[0026]过滤网的合理设置对保证物料在挤出机筒体内的混炼和分散效果至关重要。
[0027]4、对经过第一次混炼的物料加入经粉碎后的聚乙烯辛烯共聚体相容剂进行第二次混炼:
a多路进料式双螺杆挤出机对物料进行第二次混炼的制作工艺如下:
将经过第一次混炼的物料同聚乙烯辛烯共聚体相容剂共混均匀后，进入多路进料式双螺杆挤出机，
多路进料式双螺杆挤出机规格:螺杆直径:75mm，长径比:L/D_56 ；
喂料方式:双路进料方式；
主喂料机转速:30 r/min。经过第一次混炼的物料同微粉化后的聚乙烯辛烯共聚体 相容剂混合均匀后，通过主喂进料口进入机筒；
侧喂转速:16 r/min。将磷系阻燃剂(P4包覆红磷)按照8.0%的比例从第一侧喂料口进入，期间注意微调阻燃剂的`流量，使材料的达到规定的阻燃级别的标准；
真空度:0.9 ；
工艺温度:总料温:185°C ；
分段料温:(从喂料口向机头方向依次)70 V，110 °C, 130 °C, 150 °C，170°C，170°C，160°C, 140°C, 150°C, 口模 17(TC ；b.过滤网设置:120目+120目+80目。
[0028]过滤网的合理设置对保证物料在挤出机筒体内的混炼和分散效果至关重要。
[0029]物料经过第二次混炼后，对物料的断裂伸长率，拉伸强度，断离力等力学性能能够得到大幅度提升，对材料已经具有的如导电，阻燃，增强等功能同时进行了均化处理。
[0030]5、口模出条，切粒。颗粒标准:Φ3Χ3。
[0031]6、冷却，筛选，包装。
[0032]表1.复合型高强度导电树脂产品的主要物理性能检测如下:
【权利要求】
1.一种复合型高强度导电树脂，其特征在于，包括以下组分，各组分按质量百分比计如下:
P-1OO 高密度 HDPE 树脂:62.0%_67.0% ； 纳米级导电炭黑 ENSACO 350 G:10.0%_12.0% ； 乙烯基双硬脂酰胺EBS:2.0% ； 包覆红磷阻燃剂:8.0% ； 分子量5200的聚乙烯蜡WAX:4.0% ； 钛酸酯偶联剂:1.5%，所述钛酸酯偶联剂需用同等质量的矿物油稀释后使用； 聚乙烯辛烯共聚体相容剂:8.0%。
2.权利要求1所述的一种复合型高强度导电树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)材料预处理，包括: Ca)将DP-100高密度HDPE树脂进行微粉化处理，其HDPE微粉化处理后的粒径为150-200 目； (b)将聚乙烯辛烯共聚体相容剂进行微粉化处理，其相容剂微粉化处理后的粒径为150-200 目； (c)将纳米级导电炭黑HMCALENS`ACO 350 G进行偶联处理，其偶联剂使用钛酸酯偶联剂，所述钛酸酯偶联剂需用同等质量的矿物油稀释后使用，经处理后的导电炭黑的微细粉体的包覆率不低于80% ； (d)将包覆红磷阻燃剂进行包覆处理，其包覆材料使用钛酸酯，所述钛酸酯需用同等质量的矿物油稀释后使用，经处理后的磷系阻燃剂粉体的包覆率不低于95% ； (2)高速搅拌捏合，除纳米级导电炭黑、包覆红磷阻燃剂和聚乙烯辛烯共聚体相容剂外，对其他物料使用500L双速搅拌机进行共混并高速搅拌，双速搅拌机进行高速搅拌的温度应控制在90-120°C，搅拌期间需使用循环冷却系统降温； (3)第一次混炼，将步骤(2)高速搅拌捏合的物料通过主喂进料口进入双螺杆挤出机，纳米级导电炭黑通过侧喂进料口进入双螺杆挤出机； (4)第二次混炼，，造粒，将经过第一次混炼的物料同微粉化后的聚乙烯辛烯共聚体相容剂混合均匀后，通过主喂进料口进入双螺杆挤出机；将包覆红磷阻燃剂通过侧喂进料口进入双螺杆挤出机； (5)冷却、筛选、包装。
【文档编号】C08K9/04GK103788443SQ201210422476
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2012年10月30日
【发明者】熊小勇, 刘鑫 申请人:上海三承高分子材料科技有限公司