一种高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用
【专利摘要】本发明提供了一种高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在于该高弹性抗静电发泡复合材料是由SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物85～160份、方解石粉末20～35份、碳化氢1～5份、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺0.5～3份、碳纤维0.5～4份、铝粉3～15份和适量防老剂D组成，在PP工件的包胶工艺中置入维纶纤维网布进行增强，注塑包胶后制得本发泡吸能复合材料，其弹性高、韧性好、防静电，广泛应用于医疗器械、电动工具、玩具和日用品等领域。
【专利说明】
一种高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高分子材料，尤其涉及一种高弹性抗静电发泡复合材料及其在包 胶中的应用。
【背景技术】
[0002] 复合橡塑材料性能各异、种类繁多，其主要是由碳和氢两种原子组成，另有一些含 有少量氧，氮，氯，硅，氟，硫等原子，与其它功能性物质共混后其性能特殊，用途也特别。在 常温下，塑料是固态，很硬不能拉伸变形，而橡胶硬度不高，有弹性，可拉伸变长，停止拉伸 又可回复原状，按照使用要求通过添加不同功能的物质或基团，以满足不同场合对橡塑材 料的使用要求，其中高弹性抗静电的弹性体在电动工具的包胶中有着广泛的应用，常见的 电动工具有电钻、电动砂轮机、电动扳手和电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电 刨等，一般在电动工具把手部位包裹有橡塑材料，由于电动工具使用时震动大、强度高，对 持手部位的橡塑材料提出了较高的使用要求，该部位橡塑材料需具有高强度、柔韧性好、高 弹性以及耐摩擦的基本特点，主要通过在聚丙烯壳体材料上包覆一层以TPE、TPR为主的弹 性材料以缓冲电动工具工作时对手部持续性的震动和冲击。
[0003] 目前国家专利CN103145941A -种聚氨酯吸能材料的制备方法公开的采用羟基硅 油作为硼化有机硅聚合物的良溶剂制备剪切增稠流体，克服了现有技术中的分相以及异丙 醇挥发量难以控制、与MDI发生副反应等问题。但其材料成分单一，容易积累静电，等体积 用量较大，应用成本相对较高。
【发明内容】
[0004] 对于一种长期应用于震动场合，且容易积累静电的吸能材料，本发明提供了一种 高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在于该高弹性抗静电发泡复合材 料是由热塑性弹性体、补强剂、发泡剂、硫化剂、防老剂D、碳纤维和铝粉组成，在包胶工艺中 采用维纶纤维网布进行增强。
[0005] 优选的，所述热塑性弹性体是聚苯乙烯-乙烯/ 丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物 (SEBS)、丁腈橡胶（NBR)和热塑性聚氨酯（TPU)组成。
[0006] 优选的，所述补强剂是超细方解石粉末。
[0007] 优选的，所述发泡剂是碳化氢。
[0008] 优选的，所述硫化剂是Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺。
[0009] 优选的，所述碳纤维直径70-150 μ m，长度0. 5-2mm。
[0010] 优选的，所述铝粉为800-1000目细粉体。
[0011] 为了增强SEBS的极性与分子活性，提高其与其它极性材料的结合强度，特引入异 氰酸酯基团改性SEBS弹性体，在密闭的高速搅拌机中接入氮气，通气5分钟后分别加入 SEBS50-150份、3-异氰酸酯基-4-甲苯氨基甲酸烯丙酯（TAI) 1-4份和2, 5-二甲基-2， 5_二（叔丁基过氧基）己烷（DBPH) 0· 3-1. 2份，以100r/min的转速搅拌l-3h，经充分混合 均匀后将混合料装入密封袋备用。将双螺杆混炼挤出机机筒温度设置为230°C，喂料螺杆与 双螺杆转速分别为300r/min与75r/min，机头温度设置为260°C，熔融混合物经充分混炼挤 出接枝产物，经水冷、切粒和干燥后备用。
[0012] 方解石粉末作为补强剂其界面需与弹性体具有良好的结合强度，特对超细方解 石粉末进行表面改性，将150_300g细度为1100目的方解石粉末置入容器中，加水配置成 20%-30%固含量的浆料，再加热悬浊液至90°(：，然后加入3-1(^棕榈酸并以120(^/1^11的 转速搅拌悬浊液，持续改性120min后过滤，将滤饼置入100°C干燥箱干燥60min，充分干燥 后粉碎成细度为1000目的粉末备用。
[0013] 将SEBS-g-TAI、NBR、TPU、改性超细方解石粉末、碳纤维和铝粉分别置于容器中，放 入120°C电热干燥箱中加热干燥3小时，中间翻料一次，待干燥后冷却待用。
[0014] 制备含防老剂D(N_苯基-2-萘胺）的NBR母炼胶，调整二辊开炼机的辊隙为 0. 5mm，辊温45°C，将NBR和防老剂D以40 : 1的重量份一同放入炼胶机中进行薄通10次， 制得NBR母炼胶。
[0015] 制备 SESS-g-TAI/NBR/TPU 三元共混物，其中 SEBS-g-TAI30 ~70 份，NBR16 ~35 份，TPU20~40份，调整二辊开炼机的辊隙为0. 5mm，辊温控制在120-130°C，加入TPU待熔 融包辊后，加入NBR母炼胶和SEBS-g-TAI，共混均匀后薄通5次出料待用。
[0016] 制备改性方解石粉末增强的SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物，其中方解石粉末 20~35份，三元共混物85~130份，控制密炼机辊温在50°C左右，将改性方解石粉末和三 元共混物预混均匀后一起投入密炼机，两辊转速差12r/min，密炼1. 5h后出料、破碎待用。
[0017] 配制PP塑料工件处理液，其中浓硫酸80 %~90 %，重铬酸钾4 %~7 %，去离子水 补足余量配制成酸性处理液。将PP塑料工件的包胶面浸入80°C~95°C的上述酸液中，浸 泡4~8min后取出置入烘箱，控制温度70°C~90°C烘干10~20min，然后用清水冲洗除去 多余的酸渍，在50°C环境中烘干15min待用。
[0018] 改性维纶纤维网布，将浓度为50%~80%的高锰酸钾溶液200ml置于烧杯中，烧 杯置于水浴锅中加热至65°C，维纶纤维网布浸没于上述溶液中处理25~50min，预处理后 用清水冲洗直到无紫红色液体洗出，挤出多余水分。在200ml浓度为30%~65%的硫酸溶 液中加入26~55ml丙烯腈单体，将混合溶液加热至60°C后，置入经预处理的维纶纤维网布 反应35~60min，反应结束后用清水冲洗干净，再将维纶纤维网布置入烘箱在80°C下烘干 lOOmin 待用。
[0019] 将碳化氢、Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺、碳纤维、铝粉和增强SEBS-g-TAI/NBR/TPU 三元共混物料置入搅拌器，其中碳化氢1~5份，Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺0. 5~3份， 碳纤维0. 5~4份，铝粉3~15份，增强SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物85~160份，在 750r/h转速下搅拌60min进行充分混合，将混合均匀的材料置入双螺杆混炼挤出机料斗， 设定机筒温度为230°C，喂料螺杆与双螺杆转速分别为300r/min与120r/min，机头温度设 置为260°C，进行充分混炼，在经过预处理的PP工件凹陷的包胶处放置一层改性维纶纤维 网布，一并置入包胶模具中，合模并控制模温50-80°C，双螺杆混炼挤出机将混合物料注塑 至包胶模具中，保压3-5分钟后开模，PP工件相应部位包覆上维纶纤维增强的高弹性，抗静 电，发泡吸能材料。
【具体实施方式】
[0020] 1、SEBS弹性体通过改性引入异氰酸酯基团，在密闭的高速搅拌机中接入氮气，通 气5分钟后分别加入SEBS100份、3-异氰酸酯基-4-甲苯氨基甲酸烯丙酯（TAI) 2份和2， 5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧基）己烷（ 1)81^)0.5份，以10(^/ 1^11的转速搅拌1.511，经 充分混合均匀后将混合料装入密封袋备用。将双螺杆混炼挤出机机筒温度设置为230Γ，喂 料螺杆与双螺杆转速分别为300r/min与75r/min，机头温度设置为260°C，熔融混合物经充 分混炼挤出接枝产物，经水冷、切粒和干燥后备用。
[0021] 改性超细方解石粉末，将200g细度为1100目的方解石粉末置入容器中，加水配置 成25%的浆料，再加热悬浊液至90°C，然后加入4g棕榈酸并以1200r/min的转速搅拌悬浊 液，持续改性120min后过滤，将滤饼置入KKTC干燥箱干燥60min，充分干燥后粉碎备用。
[0022] 将NBR、SEBS-g-TAI、TPU和改性方解石粉末分别置于容器中，放入120°C电热干燥 箱中加热干燥2. 5小时，中间翻料一次，待干燥后冷却待用。
[0023] 制备含防老剂D的NBR母炼胶，调整二辊开炼机的辊隙为0. 5mm，辊温45°C，将NBR 和防老剂D按40 : 1的重量份一同放入炼胶机中进行薄通10次，制得NBR母炼胶。
[0024] 制备SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物，调整二辊开炼机的辊隙为0. 5mm，辊温控 制在120°C，将SEBS-g-TAI、NBR和TPU按5 : 2 : 3的重量份，先加入TPU待熔融包辊后， 加入NBR母炼胶和SEBS-g-TAI，共混均匀后薄通5次出料、破碎待用。
[0025] 制备改性方解石粉末增强SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物，控制密炼机辊温在 50°C左右，将改性方解石粉末和三元共混物按1 : 4的重量份预混均匀后一起投入密炼机， 两辊转速差12r/min，密炼1. 5h后出料、破碎待用。
[0026] 配制PP塑料工件处理液，其中浓硫酸80%，重铬酸钾5%，去离子水补足余量配制 成酸性处理液。将PP塑料工件的包胶面浸入80°C的上述酸液中，浸泡5min后取出置入烘 箱，控制温度75°C烘干20min，然后用清水冲洗除去多余的酸渍，在50°C环境中烘干15min 待用。
[0027] 改性维纶纤维网布，将浓度为60 %的高锰酸钾溶液200ml置于烧杯中，烧杯置于 水浴锅中加热至65°C，维纶纤维网布浸没于上述溶液中处理35min，预处理后用清水冲洗 直到无紫红色液体洗出，挤出多余水分。在200ml浓度为40%的硫酸溶液中加入30ml丙烯 腈单体，将混合溶液加热至60°C后，置入经预处理的维纶纤维网布反应40min，反应结束后 用清水冲洗干净，再将维纶纤维网布置入烘箱在80°C下烘干lOOmin待用。
[0028] 将碳化氢粉末、Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺、碳纤维、铝粉和增强SEBS-g-TAI/ NBR/TPU三元共混物料按3 : 2 : 1 : 7 : 100重量份置入搅拌器，在750r/h转速下搅 拌60min进行充分混合，将混合均匀的材料置入双螺杆混炼挤出机料斗，设定机筒温度为 230°C，喂料螺杆与双螺杆转速分别为300r/min与120r/min，机头温度设置为260°C，进行 充分混炼，在经过预处理的PP工件凹陷的包胶处放置一层改性维纶纤维网布，一并置入包 胶模具中，合模并控制模温60°C，双螺杆混炼挤出机将混合物料注塑至包胶模具中，保压5 分钟后开模，PP工件相应部位包覆上维纶纤维增强的高弹性，抗静电，发泡吸能材料。
[0029] 2、SEBS弹性体通过改性引入异氰酸酯基团，在密闭的高速搅拌机中接入氮气，通 气5分钟后分别加入SEBS100份、3-异氰酸酯基-4-甲苯氨基甲酸烯丙酯（TAI) 3份和2， 5-二甲基_2,5-二（叔丁基过氧基）己烷（08?!1)1份，以10(^/1^11的转速搅拌1.511，经充 分混合均匀后将混合料装入密封袋备用。将双螺杆混炼挤出机机筒温度设置为230°C，喂料 螺杆与双螺杆转速分别为300r/min与75r/min，机头温度设置为260°C，熔融混合物经充分 混炼挤出接枝产物，经水冷、切粒和干燥后备用。
[0030] 改性超细方解石粉末，将300g细度为1100目的方解石粉末置入容器中，加水配置 成28%的浆料，再加热悬浊液至90°C，然后加入8g棕榈酸并以1200r/min的转速搅拌悬浊 液，持续改性150min后过滤，将滤饼置入KKTC干燥箱干燥60min，充分干燥后粉碎备用。
[0031] 将NBR、SEBS-g-TAI、TPU和经改性方解石粉末分别置于容器中，放入120°C电热干 燥箱中加热干燥3小时，中间翻料一次，待干燥后冷却待用。
[0032] 制备含防老剂D的NBR母炼胶，调整二辊开炼机的辊隙为0. 5mm，辊温40°C，将NBR 和防老剂D按300 : 7的重量份一同放入炼胶机中进行薄通8次，制得NBR母炼胶。
[0033] 制备SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物，调整二辊开炼机的辊隙为0. 5mm，辊温控 制在130°C，将SEBS-g-TAI、NBR和TPU按4 : 3 : 3的重量份，先加入TPU待熔融包辊后， 加入NBR母炼胶和SEBS-g-TAI，共混均匀后薄通6次出料、破碎待用。
[0034] 制备改性方解石粉末增强SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物，控制密炼机辊温在 60°C左右，将改性方解石粉末和三元共混物按1 : 5的重量份预混均匀后一起投入密炼机， 两辊转速差16r/min，密炼1. 5h后出料、破碎待用。
[0035] 配制PP塑料工件处理液，其中浓硫酸85%，重铬酸钾6%，去离子水补足余量配制 成酸性处理液。将PP塑料工件的包胶面浸入90°C的上述酸液中，浸泡7min后取出置入烘 箱，控制温度85°C烘干20min，然后用清水冲洗除去多余的酸渍，在50°C环境中烘干15min 待用。
[0036] 改性维纶纤维网布，将浓度为76 %的高锰酸钾溶液200ml置于烧杯中，烧杯置于 水浴锅中加热至65°C，维纶纤维网布浸没于上述溶液中处理40min，预处理后用清水冲洗 直到无紫红色液体洗出，挤出多余水分。在200ml浓度为55%的硫酸溶液中加入45ml丙烯 腈单体，将混合溶液加热至60°C后，置入经预处理的维纶纤维网布反应50min，反应结束后 用清水冲洗干净，再将维纶纤维网布置入烘箱在80°C下烘干lOOmin待用。
[0037] 将碳化氢粉末、Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺、碳纤维、铝粉和增强SEBS-g-TAI/ NRR/TPU三元共混物料按4 : 2 : 3 : 20 : 200重量份置入搅拌器，在750r/h转速下搅 拌80min进行充分混合，将混合均匀的材料置入双螺杆混炼挤出机料斗，设定机筒温度为 260°C，喂料螺杆与双螺杆转速分别为230r/min与160r/min，机头温度设置为270°C，进行 充分混炼，在经过预处理的PP工件凹陷的包胶处放置一层改性维纶纤维网布，一并置入包 胶模具中，合模并控制模温60°C，双螺杆混炼挤出机将混合物料注塑至包胶模具中，保压5 分钟后开模，PP工件相应部位包覆上维纶纤维增强的高弹性，抗静电，发泡吸能材料。
[0038] 本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新方法或过程的步骤或组合。
[0039] 上述2组高弹性抗静电发泡复合材料组份与性能如下：
[0040]
【主权项】
1. 一种高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在于，是由热塑性弹 性体、补强剂、发泡剂、硫化剂、防老剂D、碳纤维和铝粉组成，在包胶工艺中采用维纶纤维网 布进行增强。2. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，所述热塑性弹性体由聚苯乙烯-乙烯/ 丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（SEBS)、丁腈橡胶 (NBR)和热塑性聚氨酯（TPU)组成。 SEBS弹性体在氮气氛围中，50-150份SEBS中加入3-异氰酸酯基-4-甲苯氨基甲酸烯 丙酯（TAI) 1-4份和2, 5-二甲基-2, 5-二（叔丁基过氧基）己烷（DBPH) 0.3-1. 2份，高速 搅拌l_3h后置入双螺杆混炼挤出机，熔融混合物经充分混炼挤出接枝产物SEBS-g-TAI。 SEBS-g-TAI30~70份，NBR16~35份，TPU20~40份，调整二辊开炼机的辊隙 为0. 2-lmm，辊温控制在120 °C -130 °C，加入TPU待熔融包辊后，加入NBR母炼胶和 SEBS-g-TAI，混炼得SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混弹性体。3. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，所述补强剂为方解石粉末。 方解石粉末加水配置成20% -30%固含量的浆料，加热悬浊液至90°C后加入3-10g棕 榈酸并高速搅拌悬浊液，持续改性80-200min后过滤、干燥、粉碎得改性方解石粉末。4. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，所述发泡剂为碳化氢。5. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，所述硫化剂为Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺。6. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，所述防老剂D为N-苯基-2-萘胺。7. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，改性方解石粉末20~35份，SEBS-g-TAI/NBR/TPU 85~130份，控制密炼机辊温在50°C 左右，将改性方解石粉末和三元共混物预混均匀后投入密炼机，两辊转速差10_20r/min，充 分密炼后出料增强复合弹性体。8. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，用80 %~90 %浓硫酸，4 %~7 %重铬酸钾的酸性处理液在80 °C~95 °C时处理PP塑料 工件的包胶面，浸泡4~8min后取出置入烘箱，控制温度70°C~90°C烘干10~20min，用 清水冲洗除去多余酸渍后烘干。9. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征在 于，用浓度为50%~80%的高锰酸钾溶液处理维纶纤维网布25~50min后，洗净挤出多余 水分，再用浓度为30 %~65 %的硫酸溶液和丙烯腈单体混合液处理上述维纶纤维网布，反 应35~60min后，用清水冲洗干净、烘干。10. 根据权利要求1所述的高弹性抗静电发泡复合材料及其在包胶中的应用，其特征 在于，碳化氢1~5份，Ν，Ν' -间苯撑双马来酰亚胺0. 5~3份，碳纤维0. 5~4份，错粉 3~15份，增强SEBS-g-TAI/NBR/TPU三元共混物85~160份，充分预混后置入双螺杆混 炼挤出机混炼，PP工件凹陷的包胶处放置维纶纤维网布一并置入包胶模具，合模并控制模 温50-80 °C，双螺杆混炼挤出机将混合物料注塑至包胶模具中，保压3-5分钟后开模，PP工 件相应部位包覆上维纶纤维增强的高弹性，抗静电，发泡吸能材料。
【文档编号】C08K13/06GK105885322SQ201510022009
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月10日
【发明人】杨云
【申请人】杨云