本发明属于高分子材料技术领域，特别是一种导电聚丙烯微孔发泡材料及其生产方法。
背景技术：
聚丙烯泡沫材料具有轻质、耐酸碱、隔热效果好、良好的力学性能等特点，广泛应用于包装缓冲、隔热等领域。但是随着电子信息工业的发展，国防武器对电磁屏蔽和军用危险品的包装衬垫材料的要求，对包装材料的抗静电作用要求也越来越严格。但聚丙烯是高绝缘性材料，体积电阻率达1016～1018ω·cm，表面电阻率为1016～1017。在生产、储存、运输、装卸及使用过程中，聚丙烯泡沫表面会产生静电荷，这些静电电荷的积累与释放会对电子通讯设备造成损坏，甚至会造成军用危险品的爆炸、火灾等事故发生。
目前，导电材料内加法作为一种提高聚丙烯泡沫抗静电性能的方法已经得到了广泛的使用。常用的导电填料为炭黑、金属粒子、碳纳米管等。当导电填料为炭黑或金属粒子时，其添加量较高，对聚丙烯泡沫材料的物性会产生一定的影响。当导电填料为碳纳米管时，虽然其添加量比炭黑低，但其成本高昂。因此，急需开发出一款导电填料含量低、成本低廉、且具有良好导电性能的聚丙烯微孔发泡材料。
技术实现要素：
为了解决上述导电聚丙烯泡沫材料存在的问题，本发明提出了一种导电聚丙烯微孔发泡材料及其生产方法，以解决现有技术制备的聚丙烯泡沫材料导电填料含量高且导电性能较差的问题。
本发明提供的导电聚丙烯微孔发泡材料生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1).称取10～100重量份的第一聚丙烯树脂、100重量份的第二聚丙烯树脂、5～15重量份的导电填料和0.1～1重量份的分散剂，所述导电填料为炭黑或(和)金属粉末与碳纳米管的混合物；
(2).采用共混方法将导电填料、分散剂和第一聚丙烯树脂共混，得到具有导电网络的复合材料；
(3).采用熔融共混成型方法将步骤(2)得到的复合材料与第二聚丙烯树脂熔融共混，之后冷却成型，得到具有双连续相结构的复合材料型材；
(4).将步骤(3)得到的复合材料型材放置于烘箱或烘房中进行预热；
(5).将步骤(4)中预热后的所述复合材料型材置于发泡容器中，升温至发泡温度后通入超临界二氧化碳气体，超临界二氧化碳气体在所述复合材料型材中达到饱和状态时，快速释放发泡容器内二氧化碳气体，使所述复合材料型材快速发泡，形成具有微孔结构的导电聚丙烯微孔发泡材料。
采用上述方法制备的导电聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于，采用微孔发泡方法制造，包括10～100重量份的第一聚丙烯树脂、100重量份的第二聚丙烯树脂、5～15重量份的导电填料和0.1～1重量份的分散剂，所述导电填料为炭黑或(和)金属粉末与碳纳米管的混合物，导电填料选择性的分散在第一聚丙烯树脂中，得到具有导电网络的复合材料，复合材料在第二聚丙烯树脂中形成共连续结构，导电聚丙烯微孔发泡材料具有连续导电网络和微孔结构。
本发明选用价格低廉的炭黑或金属粉末与导电性能优异的碳纳米管作为导电填料，碳纳米管可以在分散的炭黑粒子或金属粉末粒子间起到桥梁的作用，构建更加完善的导电网络，降低导电填料的含量，降低了成本，减小对聚丙烯泡沫材料物性的损害。两种聚丙烯树脂基体，导电填料选择性地分散在第一聚丙烯树脂中，形成具有连续导电网络的复合材料，而复合材料又在第二聚丙烯树脂基体中又形成了共连续结构的导电网络。相比普通填充导电填料的复合材料，本发明添加的导电填料更少，具有更低的导电渝渗值。本发明工艺简单、成本低且生产效率高。本发明制备的导电聚丙烯微孔发泡材料，轻质环保无污染、发泡材料的泡孔尺寸小、力学性能好。
进一步地，第一聚丙烯树脂的熔融指数大于第二聚丙烯树脂的熔融指数。因为导电填料更易分散于熔融指数高的聚丙烯树脂基体中，所以本发明导电填料更多的分散于高熔融指数的第一聚丙烯树脂基体中，形成具有连续导电网络的复合材料，复合材料又在低熔融指数的第二聚丙烯树脂基体中又形成了共连续结构的导电网络，本发明添加的导电填料更少，导电性能更好。
具体实施方式
实施例一
导电聚丙烯微孔发泡材料的生产方法包括：
(1).称取50重量份的第一聚丙烯树脂、100重量份的第二聚丙烯树脂、8重量份的炭黑，0.5重量份的碳纳米管和0.5重量份的分散剂。第一聚丙烯树脂采用熔融指数为9.2的等规聚丙烯，第二聚丙烯树脂采用熔融指数为1.4的等规聚丙烯。分散剂采用上海格伦化学科技有限公司生产的altfona3050。分别将第一聚丙烯树脂，第二聚丙烯树脂树脂，炭黑、碳纳米管材料置于80℃的烘箱中烘干，将分散剂置于50℃的烘箱中烘干。
(2).将第一聚丙烯树脂、炭黑、碳纳米管、分散剂混合，通过双螺杆挤出机塑化共混，并挤出造粒，得到具有导电网络的复合材料。挤出机螺杆的温度为200℃，挤出模头的温度为180℃，螺杆转速为60rpm。
(3).将步骤(2)中制备的复合材料与第二聚丙烯树脂的混合物，经过挤出机进一步塑化共混，熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型，并裁切成所需尺寸的片材，得到具有双连续相结构的复合材料型材。挤出机中螺杆的温度为200℃，模头的温度为180℃，螺杆转速为60rpm。
(4).将步骤(3)中得到的片材置于144℃的烘箱或烘房中进行预热1h。
(5).将步骤(4)中预热后的片材置于发泡容器内，通入超临界二氧化碳，发泡容器内压力控制在12mpa，温度控制在142℃。维持充气状态1h，超临界二氧化碳气体在片材中达到饱和状态，快速释放发泡容器内二氧化碳气体，使片材快速发泡，并经冷却定型后即可得到具有双渝渗结构的导电聚丙烯微孔发泡材料。
为了减小接触电阻，在导电泡孔两端涂银胶后采用绝缘电阻测试仪进行电阻测试，得到导电聚丙烯微孔发泡材料的体积电阻率为：8.4×103ω.cm。
实施例二
导电聚丙烯微孔发泡材料的生产方法包括：
(1).与实施例一步骤(1)相同。
(2).与实施例一步骤(2)相同。
(3).与实施例一步骤(3)相同。
(4).将步骤(3)中得到的片材置于150℃的烘箱或烘房中进行预热1h。
(5).将步骤(4)中预热后的片材置于发泡容器内，通入超临界二氧化碳，容器内压力控制在16mpa，温度控制在148℃。维持充气状态1h后，超临界二氧化碳气体在片材中达到饱和状态，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，使片材快速发泡，并经冷却定型后即可得到具有双渝渗结构的导电聚丙烯微孔发泡材料。
为了减小接触电阻，在导电泡孔两端涂银胶后采用绝缘电阻测试仪进行电阻测试，得到导电聚丙烯微孔发泡材料的体积电阻率为：2.1×103ω.cm。
实施例三
(1).称取50重量份的第一聚丙烯树脂、100重量份的第二聚丙烯树脂、5重量份的炭黑、0.3重量份的碳纳米管和0.3重量份的分散剂。第一聚丙烯树脂采用熔融指数为12.3的等规聚丙烯，第二聚丙烯树脂采用熔融指数为1.4的等规聚丙烯。分散剂采用上海格伦化学科技有限公司生产的altfona3020。分别将第一聚丙烯树脂，第二聚丙烯树脂树脂，炭黑、碳纳米管材料置于80℃的烘箱中烘干，将分散剂置于50℃的烘箱中烘干。
(2).将第一聚丙烯树脂、炭黑、碳纳米管、分散剂混合，通过双螺杆挤出机塑化共混，并挤出造粒，得到具有导电网络的复合材料。挤出机螺杆的温度为190℃，挤出摸头的温度为170℃，螺杆转速为60rpm。
(3).将步骤(2)中制备的复合材料与第二聚丙烯树脂的混合物，经过挤出机进一步塑化共混，熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型，并裁切成所需尺寸的片材。得到具有双连续相结构的复合材料型材。挤出机中螺杆的温度为190℃，模头的温度为170℃，螺杆转速为60rpm。
(4).与实施例一步骤(4)相同。
(5).与实施例一步骤(5)相同。
为了减小接触电阻，在导电泡孔两端涂银胶后采用绝缘电阻测试仪进行电阻测试，得到导电聚丙烯微孔发泡材料的体积电阻率为：2.9×104ω.cm。
实施例四
(1).与实施例一步骤(1)相同。
(2).与实施例一步骤(2)相同。
(3).将步骤(2)中制备的复合材料与第二聚丙烯树脂的混合物，通过共混注塑机注射成型，得到具有双连续相结构的复合材料型材。共混注塑机料筒的温度为200℃。
(4).与实施例一步骤(4)相同。
(5).将步骤(4)中预热后的复合材料型材置于发泡容器内，通入超临界二氧化碳，容器内压力控制在12mpa，温度控制在142℃。维持充气状态1h后，超临界二氧化碳气体在复合材料型材中达到饱和状态，快速释放发泡容器内二氧化碳气体，使复合材料型材快速发泡，并经冷却定型后即可得到具有双渝渗结构的导电聚丙烯微孔发泡材料。
为了减小接触电阻，在导电泡孔两端涂银胶后采用绝缘电阻测试仪进行电阻测试，得到导电聚丙烯微孔发泡材料的体积电阻率为：9.8×103ω.cm
本发明在步骤(1)中，称取10～100重量份的第一聚丙烯树脂、100重量份的第二聚丙烯树脂、5～15重量份的导电填料和0.1～1重量份的分散剂。导电填料为炭黑与碳纳米管的混合物，金属粉末与碳纳米管的混合物，或者是炭黑、金属粉末与碳纳米管三者的混合物。导电填料为炭黑与碳纳米管的混合物时，炭黑与碳纳米管的重量比优选为1∶1～30∶1。第一聚丙烯树脂的熔融指数大于第二聚丙烯树脂的熔融指数，优选地，第一聚丙烯树脂的熔融指数为3～20，第二聚丙烯树脂的熔融指数为0.5～5。因为导电填料更易分散于熔融指数高的聚丙烯树脂基体中，所以本发明导电填料更多的分散于高熔融指数的第一聚丙烯树脂基体中，形成具有连续导电网络的复合材料，复合材料又在低熔融指数的第二聚丙烯树脂基体中又形成了共连续结构的导电网络，本发明添加的导电填料更少，具有更低的导电渝渗值。分散剂根据导电填料的性质选择合适的分散剂，目的是能够让导电填料均匀分散在聚合物基体中。
步骤(2)中的共混方法，根据导电填料的特性，可以选择溶液共混或者熔融共混，目的是能让导电填料均匀分散在第一聚丙烯树脂基体中。上述四个实施例中，共混方法均为通过双螺杆挤出机塑化共混，并挤出造粒。
步骤(3)中的熔融共混成型方法为挤出成型或共混注射成型。
步骤(4)中，预热温度为120～158℃，预热时间0.5～3h。
步骤(5)中，发泡容器内部膜腔可以根据发泡型材的形状做相应的改变，发泡温度为135～165℃，超临界二氧化碳气体压力为3～18mpa，维持充气状态时间0.5～1.5h。本发明可以通过控制发泡温度、超临界二氧化碳其他压力和维持充气状态时间来控制泡孔尺寸，进而调控其体积电阻率，拓展其应用领域。
本发明制备的导电聚丙烯微孔发泡材料，包括10～100重量份的第一聚丙烯树脂、100重量份的第二聚丙烯树脂、5～15重量份的导电填料和0.1～1重量份的分散剂，所述导电填料为炭黑或金属粉末与碳纳米管的混合物，或者是炭黑、金属粉末与碳纳米管三者的混合物，导电填料选择性的分散在第一聚丙烯树脂中，得到具有导电网络的复合材料，复合材料在第二聚丙烯树脂中形成共连续结构，导电聚丙烯微孔发泡材料具有连续导电网络和微孔结构。
本发明选用价格低廉的炭黑或金属粉末与导电性能优异的碳纳米管作为导电填料，碳纳米管可以在分散的炭黑粒子或金属粉末粒子间起到桥梁的作用，构建更加完善的导电网络，降低导电填料的含量，降低了成本，减小对聚丙烯泡沫材料物性的损害。两种聚丙烯树脂基体，导电填料选择性地分散在第一聚丙烯树脂中，形成具有连续导电网络的复合材料，而复合材料又在第二聚丙烯树脂基体中又形成了共连续结构的导电网络。相比普通填充导电填料的复合材料，本发明添加的导电填料更少，具有更低的导电渝渗值。本发明工艺简单、成本低且生产效率高。本发明制备的导电聚丙烯微孔发泡材料，轻质环保无污染、发泡材料的泡孔尺寸小、力学性能好。