一种高性能抗静电的PPS复合材料及其制备方法和应用与流程

一种高性能抗静电的pps复合材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及高分子材料改性领域，更具体的，涉及一种高性能抗静电的pps组合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.聚苯硫醚(pps)结构规整、结晶度较高，是一种高结晶性芳基硫聚合物，具有良好的热稳定性、良好的电绝缘性以及较高的强度等。pps与无机填料、增强纤维或其它填料通过熔融共混改性可以制作各种型材及零部件，在国防军工、航空航天、电子通讯、汽车、机械、医疗器械、石油化工等行业都有重要应用。
3.pps及其复合材料的绝缘性能优良，但绝缘体由于摩擦在干燥的空气中容易产生静电荷，静电积累将会发生静电引力、电击或火花放电现象，这在易燃易爆物质环境条件下将酿成巨大灾害，同时严重影响材料使用寿命。含有玻璃纤维的pps复合材料的体积电阻系数在10
16
ω
·
cm以上。对于煤矿井下、硬盘驱动元件、专用电气封装、汽车安全制动等领域，要求pps制品在具有较高的力学性能的同时还需呈现抗静电功能。
4.为了提升pps的抗静电性，通常需要在聚合物基体中加入抗静电剂。常规的抗静电剂虽然可以赋予pps一定的抗静电效果，但是复合材料的体积电阻率都比较大，若要获得更低的电阻率需增加体系中抗静电剂的含量。中国专利申请cn101134846a公开了一种抗静电增强聚苯硫醚复合材料，使用亲水性聚合物聚氧化乙烯、聚乙二醇等组分作为抗静电剂，复合材料的体积电阻率在109ω
·
cm左右，仍然较高。中国专利申请cn109535717a公开了一种用于ic测试用的聚苯硫醚塑料，在聚苯硫醚颗粒为75～80重量份的情况下，抗静电剂颗粒加至12
‑
16份，才获得了108ω
·
cm的表面电阻率，一方面表面电阻率仍较高，另一方面，抗静电剂的量过多会导致pps复合材料的力学性能急剧下降。此外，常规的抗静电剂还存在抗静电指数不稳定的问题，制件的不同位置表面电阻率差异较大。
5.因此，需要开发出一种兼具良好的抗静电性能与力学性能的pps复合材料。


技术实现要素：

6.本发明为克服上述现有技术所述的抗静电性能与力学性能差的缺陷，提供一种pps复合材料，该pps复合材料兼具良好的抗静电性能与力学性能，且抗静电指数稳定。
7.本发明的另一目的在于提供上述pps复合材料的制备方法。
8.本发明的另一目的在于提供上述pps复合材料的应用。
9.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
10.一种高性能抗静电的pps复合材料，包括如下重量份的组分：
11.聚合物基体80～90份，
12.抗静电剂10～20份，
13.其他助剂0～5份；
14.所述聚合物基体为聚苯硫醚(pps)和热致液晶聚合物(tlcp)的混合物，且pps与
tlcp的重量比为(1～4)∶1。
15.本发明的pps复合材料以pps和tlcp作为聚合物基体，并具体限定了pps与tlcp的重量比为(1～4)∶1。由于pps与tlcp的粘度差异以及含量的不同，tlcp会在pps中呈“海岛”的相分离结构，pps、tlcp两相的相界面清晰，两相的界面结合力不会过高或过低。
16.发明人研究发现，在pps复合材料的加工中，如注塑过程，强剪切会导致pps与tlcp发生进一步的界面分离，流动性较好的tlcp更倾向于在pps制件的“皮层”流动并发生取向，流动性稍差的pps更倾向于分布在pps制件的“芯层”。在“皮层”高度取向的tlcp会裹挟抗静电剂在pps制件的表面同时发生沿流动方向的取向，从而使得抗静电剂有序排列。有序排列的抗静电剂之间互相搭接，从而更易形成导电通路，显著降低材料的导电“阈渗值”。
17.因此，pps复合材料可以在较低的抗静电剂含量下，获得极低的表面电阻率，并维持良好的力学性能。
18.此外，由于tlcp的高流动性，可以有效改善裹挟于tlcp中的抗静电剂的分散状态，减少抗静电剂的团聚。由于抗静电剂富集在“皮层”的tlcp中，且分散性极佳，使得pps制件表面的抗静电剂浓度高又分布均匀，pps制件表面不同部位的电阻率非常接近，抗静电指数稳定。
19.优选地，所述pps的熔体流动速率为316℃，5kg条件下100～1800g/10min。
20.pps的熔体流动速率按照iso 1133
‑1‑
2011的标准方法检测。
21.更优选地，所述pps的熔体流动速率为316℃，5kg条件下100～500g/10min。
22.优选地，所述tlcp是具有式(ⅰ)、式(ⅱ)或式(ⅲ)结构的热致液晶聚合物：
[0023][0024]
优选地，所述tlcp是具有式(ⅰ)结构的热致液晶聚合物。
[0025]
具有式(ⅰ)结构的热致液晶聚合物的熔点更高，流动性更优，在pps制件中向“皮层”的取向流动更好，并且对于抗静电剂的裹挟更优。
[0026]
优选地，所述pps与tlcp的重量比为(2～3)∶1。
[0027]
优选地，所述抗静电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管或导电钛酸钾晶须中的一种或几种。
[0028]
更优选地，所述抗静电剂为碳纳米管。
[0029]
发明人研究发现，碳纳米管作为抗静电剂，在本发明的pps复合材料中能以极少的添加量获得更优的抗静电效果。
[0030]
所述高性能抗静电的pps复合材料，还可以包括0～5重量份的其他助剂。
[0031]
可选的，所述其他助剂为相容剂、偶联剂、增韧剂或抗氧剂。
[0032]
优选地，所述相容剂为环氧类相容剂、羧酸类相容剂、酸酐类相容剂中的一种或几种。
[0033]
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的一种或几种。
[0034]
优选地，所述增韧剂为乙烯三元共聚物、丙烯酸酯类共聚物、乙烯辛烯共聚物中的一种或几种。
[0035]
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
[0036]
本发明还保护上述高性能抗静电的pps复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0037]
将聚合物基体、抗静电剂、其他助剂混合后加至挤出机中，经熔融挤出造粒，得到所述高性能抗静电的pps复合材料。
[0038]
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260～320℃，螺杆转速为200～500rpm。
[0039]
本发明还保护上述高性能抗静电的pps复合材料在煤矿井下、硬盘驱动元件、专用电气封装或汽车安全制动领域中的应用。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0041]
本发明通过pps、tlcp与抗静电剂的互相配合，制得了表面电阻率极低、抗静电指数稳定，且力学性能良好的pps复合材料。由于pps与tlcp的粘度差异以及含量的不同，pps复合材料在加工过程中形成皮层和芯层结构，抗静电剂富集并均匀分散于“皮层”的tlcp中，从而使得pps复合材料力学性能良好，表面电阻率较低，可达到105～107ω，且抗静电指数稳定。
具体实施方式
[0042]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
[0043]
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到：
[0044][0045][0046]
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0047]
实施例1～19
[0048]
实施例1～19的pps复合材料各组分含量见表1。
[0049]
其制备方法为：
[0050]
将pps、tlcp、抗静电剂、其他助剂混合后加至双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，得到pps复合材料。
[0051]
双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260～320℃，螺杆转速为200～500rpm。
[0052]
表1实施例1～19各组分含量(重量份)
[0053][0054]
对比例1～6
[0055]
对比例1～6的复合材料各组分含量见表2。
[0056]
其制备方法为：
[0057]
根据表2将各组分混合后加至双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，得到复合材料。
[0058]
双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260～320℃，螺杆转速为200～500rpm。
[0059]
表2对比例1～6各组分含量(重量份)
[0060]
ꢀꢀ
123456ppspps
‑
190080406060tlcptlcp
‑
109010503030抗静电剂碳纤维10101010305
[0061]
性能测试
[0062]
对上述实施例及对比例制备的pps复合材料进行性能测试。
[0063]
检测方法具体如下：
[0064]
拉伸强度：按照iso527
‑1‑
2012标准注塑成力学测试样条，使用万能力学性能试验机进行测试，测试速率10mm/min，单位为mpa。
[0065]
表面电阻率：将高性能抗静电复合材料颗粒注塑成100mm
×
100mm
×
4mm的方板形制件，利用表面电阻率测试仪分别测试方板四角和中间位置的表面电阻率，计算平均值(单
位为
×
106ω)和方差。
[0066]
实施例1～19的测试结果见表3，对比例1～6的测试结果见表4。
[0067]
表3实施例1～19的测试结果
[0068][0069]
由表3的测试结果可以看出，本发明各实施例制备的pps复合材料拉伸强度≥80mpa，表面电阻率平均值均为105～107ω，且pps制件表面不同部位的电阻率非常接近，方差≤0.9，抗静电指数稳定。
[0070]
由实施例1～4，pps与tlcp的重量比为(2～3)∶1时，pps复合材料的表面电阻率更低，且抗静电指数更稳定。
[0071]
由实施例1、实施例6～8，pps的熔体流动速率优选为316℃，5kg条件下100～500g/10min。pps的熔体流动速率较低，pps复合材料在加工过程中形成的皮层和芯层结构更优，表面电阻率更低。由实施例1、9～10，当tlcp是具有式(ⅰ)结构的热致液晶聚合物时，tlcp的熔点更高，流动性更优，对于抗静电剂的裹挟更优，材料的表面电阻率更低。
[0072]
由实施例1、11～18可以看出，相比于其他的抗静电剂，碳纤维在同样的添加量下，使得pps复合材料具有更好的力学性能和更低的表面电阻率。当碳纤维的含量为20重量份时，pps复合材料的拉伸强度可以达到186mpa，且表面电阻率极低，仅为0.1
×
106ω，方差仅为0.002，说明抗静电指数非常稳定。
[0073]
表4对比例1～6的测试结果
[0074] 123456拉伸强度13810913511220798表面电阻率900
±
100500
±
80100
±
30300
±
800.003
±
0.000580000
±
1000
[0075]
对比例1、2的复合材料不含tlcp或pps组分，其表面电阻率达到9
×
108ω、5
×
108ω，抗静电性能差，。对比例3、4的复合材料中，pps与tlcp的重量比超出本发明技术方案的范围，制得的复合材料无法形成有效的皮层和芯层结构，抗静电效果难以满足实际要求。对比例5中，抗静电剂含量过多，材料表面电阻率过低，达到103ω，已经达到导电材料的标准，而并非抗静电材料。对比例6中抗静电剂含量过少，pps复合材料的表面电阻率高达8
×
10
10
ω，不具有抗静电性能。
[0076]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本
发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。