专利名称：一种聚丙烯复合材料及其制备方法
一种聚丙烯复合材料及其制备方法本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。随着微电子集成技术和组装技术的快速发展，电子产品向薄型化发展，电子元器件和逻辑电路的体积越来越小，而工作频率急剧增加，半导体热环境向高温方向迅速变化。此时电子设备所产生的热量迅速积累、增加。在正常使用环境温度下，为保证电子元器件长时间、高可靠性地正常工作，及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要限制因素，机体的发热量不断增加以及静电对电子产品产生的影响，已成为电子工业领域面临的重要问题之一。高分子材料大多又具有优良的电绝缘性能，其体积电阻率都非常高，约为IX 1010—I X 1020 Ω . Cm,在使用时易产生静电积累，导致吸尘、电击，甚至产生火花放电等不良现象，使其在一些电子产品中无法应用。为此，迫切需要研制高导热性能及抗静电的高分子 复合材料。聚丙烯(PP)作为三大通用塑料之一，具有优异的机械性能、良好的绝缘性、耐化学性以及密度小等特点。但由于PP极易燃烧且具有很高的表面电阻率，很容易因产生静电而引发火灾或爆炸，使其应用范围受到极大的限制。本发明要解决的技术问题是提供一种导热性能、抗静电性能和机械性能都比较好的聚丙烯复合材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种聚丙烯复合材料，按重量百分比由以下组分组成PP 树脂30-50%;
EVA 共聚物10-25%;
改性导热粉10-25%；
抗静电剂10-20%;
碳纤维10-20%;
相容剂2. 5-5. 5%；
增韧剂4-7%;
润滑剂0.1-0.5%; 抗氧剂O. 1-1%;其中，所述的改性导热粉是采用偶联剂处理过的导热粉，其制备过程如下将占导热粉重量O. 1-2%的钛酸酯偶联剂用无水溶剂稀释，然后把稀释后的钛酸酯偶联剂加入到导热粉中，加热并搅拌、混合，溶剂完全挥发后，得到钛酸酯偶联剂改性的导热粉；将占导热粉重量的O. 5-3%的硅烷偶联剂，在水中乳化，再将乳化后的硅烷偶联剂加入到钛酸酯偶联剂改性的导热粉中搅拌、混合后在80-100°C下干燥至恒重，除去游离水；然后在100-120°C条件下再次干燥至恒重，使导热粉表面与硅烷偶联剂中的羟基缩合；将占导热粉重量的O. 5-1%的MAH-g-PP完全溶解在二甲苯中，加入到经硅烷偶联剂处理过的导热粉中，加热并搅拌，待二甲苯完全挥发后，得到所述的改性导热粉。以上所述的聚丙烯复合材料，所述导热粉为三氧化二铝、氧化镁、氮化硼或氮化铝中的任一种和硅灰石或者碳化硅的混合物。以上所述的聚丙烯复合材料，所述抗静电剂为石墨和/或碳纤维。以上所述的聚丙烯复合材料，所述偶联剂为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-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯。以上所述的聚丙烯复合材料，所述抗氧剂为三甘醇双-3- (3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4_ 二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种，或由四[3- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比I :1混合而成。以上所述的聚丙烯复合材料，所述增韧剂为马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯双接枝的乙烯类弹性体。以上所述的聚丙烯复合材料，所述相容剂为马来酸醉接枝聚乙烯。一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括步骤
步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌5-10min，搅拌转速为300_450r/min ；步骤三、将步骤二得到的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170-190 °C、四区温度170-190 °C、五区温度170-190 °C、六区温度115_140°C、七区温度115-140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350_450r/min。。本发明制备的聚丙烯复合材料，将导热粉采用偶联剂进行处理，导热粉和抗静电剂两种填料相互配合协调作用，以更少的填充量实现高性能的导热性及抗静电性，且制备的PP材料具有较好的机械性能。 下面通过实施例对本发明进行进一步阐述导热粉可以选用三氧化二铝、氧化镁、氮化硼或氮化铝中的任一种和硅灰石或者碳化硅的混合物，该导热粉采用偶联剂进行处理，具体处理过程如下将占导热粉重量O. 1-2%的钛酸酯偶联剂四异丙基二( 二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯用无水溶剂乙醇稀释，然后把稀释后的钛酸酯偶联剂加入到导热粉中，加热并高速搅拌，混合l_2h后溶剂完全挥发，得到钛酸酯偶联剂改性的导热粉；将占导热粉重量O. 5-3%的硅烷偶联剂KH550，在水中乳化20_50min，再将该乳化后的硅烷偶联剂加入到钛酸酯偶联剂改性的填料中高速搅拌，混合20-50min后放入烘箱中在80-100°C下干燥至恒重，除去游离水；然后将烘箱温度升高至100-120°C，再次干燥至恒重，使导热粉表面与偶联剂中的羟基缩合；将占导热粉重量O. 5-1%的MAH-g-PP (南通日之升，CMG5001-W)完全溶解在二甲苯中，加入到经硅烷偶联剂改性的填料中，加热并高速搅拌，待溶剂完全挥发后，得到最终处理后的改性导热粉。钛酸酯偶联剂可以用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-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯；硅烷偶联剂优选KH550。增韧剂优选马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯双接枝的乙烯类弹性体E518。相容剂优选马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH (南通日之升CMG9804)。抗静电剂优选石墨或导电碳纤维；抗氧剂采用三甘醇双-3- (3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4_ 二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种，或由四[3- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比I :1混合而成。抗氧剂牌号可以是1010，、168,1076 等。实施例I中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂40%、EVA共聚物(台塑630))20%、改性导热粉(钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝和碳化硅)，其中，三氧化二铝与碳化硅按重量I :1混合)10. 2%、石墨10%、碳纤维10%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂O. 3%。其制备方法如下
步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，导热粉已采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。实施例2
实施例2中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂40%、EVA共聚物20%、改性导热粉(硅烷偶联剂)处理过的氮化铝和硅灰石，其中，氮化铝与硅灰石按重量I :1混合)15. 2%、石墨15%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂 O. 3%。其制备方法如下步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，导热粉已采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。实施例3实施例3中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂40%、EVA共聚物20%、改性导热粉(钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝和碳化硅，其中，三氧化二铝与碳化硅按重量I :1混合)20%、碳纤维10%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂O. 3%。其制备方法如下步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，导热粉已采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。实施例4实施例4中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂60%、改性导热粉(钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝和碳化硅，其中，三氧化二铝与碳化硅按重量I :1混合)10. 2%、石墨10%、碳纤维10%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂O. 3%。其制备方法如下
步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，导热粉已采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。实施例5实施例5中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂40%、EVA共聚物20%、改性导热粉(钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝) 10. 2%、石墨20%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂O. 3%。 其制备方法如下步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，导热粉已采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。对比例I对比例I中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂50%、EVA共聚物20%、石墨10%、碳纤维10%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂O. 3%、偶联剂O. 2%。其制备方法如下步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，所述导热粉采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。对比例2对比例2中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成PP树脂50%、EVA共聚物20%、导热粉20. 2%、相容剂3%、增韧剂5%、润滑剂O. 5%、抗氧剂O. 3%。其制备方法如下步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，所述导热粉采用偶联剂处理过；步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min,搅拌转速为400r/min ；
步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。性能测试及评价将上述实施例1-5及对比例1、2制备的粒子物料先在鼓风烘箱中80_90°C的条件下干燥2小时，然后将干燥好的粒子物料用注射成型机制成标准测试样条测试。其中，拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)(176±2)(长)Χ (12·6±0·2)(端部宽度)Χ ( 3·05±0·2 )(厚度)，拉伸速度为 50 mm/min ；缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm): (63±2) X (12. 45±0. 2) X (3. 1±0· 2);缺口类型为 A 类，缺口剩余厚度为 I. 9 mm ;表面电阻率和体积电阻率按IEC 60093标准测试，导热系数按ASTM D5470标准测试。实施例1-5及对比例1、2的材料性能测试数据如下表
权利要求
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成 PP 树脂30-50%; EVA 共聚物10-25%; 改性导热粉10-25%； 抗静电剂10-20% 碳纤维10-20%; 相容剂2. 5-5. 5%； 增韧剂4-7%; 润滑剂0.1-0.5%; 抗氧剂0. 1-1%； 其中，所述的改性导热粉是采用偶联剂处理过的导热粉，其制备过程如下 将占导热粉重量0.1-2%的钛酸酯偶联剂用无水溶剂稀释，然后把稀释后的钛酸酯偶联剂加入到导热粉中，加热并搅拌、混合，溶剂完全挥发后，得到钛酸酯偶联剂改性的导热粉； 将占导热粉重量的0. 5-3%的硅烷偶联剂，在水中乳化，再将乳化后的硅烷偶联剂加入到钛酸酯偶联剂改性的导热粉中搅拌、混合后在80-100°C下干燥至恒重，除去游离水；然后在100-120°C条件下再次干燥至恒重，使导热粉表面与硅烷偶联剂中的羟基缩合； 将占导热粉重量的0. 5-1%的MAH-g-PP完全溶解在二甲苯中，加入到经硅烷偶联剂处理过的导热粉中，加热并搅拌，待二甲苯完全挥发后，得到所述的改性导热粉。
2.根据权利要求I所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述导热粉为三氧化二铝、氧化镁、氮化硼或氮化铝中的任一种和硅灰石或者碳化硅的混合物。
3.根据权利要求I所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为石墨和/或碳纤维。
4.根据权利要求I所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为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-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯。
5.根据权利要求I所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三甘醇双-3- (3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亚磷酸酯中的一种，或由四[3- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比1:1混合而成。
6.根据权利要求I所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯双接枝的乙烯类弹性体。
7.根据权利要求I所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸醉接枝聚乙烯。
8.—种权利要求I所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤 步骤一、按权利要求I所述的重量百分比含量称取各个组分； 步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌5-10min，搅拌转速为300-450r/min ； 步骤三、将步骤二得到的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为一区温度160-180°C、二区温度170-190°C、三区温度170_190°C、四区温度170-190°C、五区温度170-190°C、六区温度115_140°C、七区温度115_140°C、八区温度 115-140°C ;螺杆转速 350-450r/min。
全文摘要
本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法。聚丙烯复合材料按重量百分比由以下组分组成PP树脂30-50%;EVA共聚物10-25%;改性导热粉10-25%;抗静电剂10-20%;碳纤维10-20%;相容剂2.5-5.5%;增韧剂4-7%;润滑剂0.1-0.5%;抗氧剂0.1-1%;其中，所述的改性导热粉是采用偶联剂处理过的导热粉。本发明制备的聚丙烯复合材料，将导热粉采用偶联剂进行处理，导热粉和抗静电剂两种填料相互配合协调作用，以更少的填充量实现高性能的导热性及抗静电性，且制备的PP材料具有较好的机械性能。
文档编号B29C47/92GK102807706SQ20121026394
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者徐东, 徐永, 许江威 申请人:深圳市科聚新材料有限公司