一种高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料及其
制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 超高分子量聚乙烯有很多优良的性能,如耐磨损性、耐冲击、耐化学
腐蚀性、自润滑性等,存在的许多不足:热
变形温度低、硬度低、强度低、耐温性能差、熔融
粘度高、流动性差等缺点。这些优良的性能均归结于极高的分子量,极高的分子量使UHMWPE在固体状态时具有优异的综合性能,同时也赋予其十分独特的熔体特性,给成型加工带来很大的困难。一方面UHMWPE在熔融时呈凝胶弹性体,粘度高,熔体流动指数几乎为0,流动性极差;另一方面,UHMWPE熔体的临界
剪切速率极低,很容易发生
熔体破裂。因此很难用常规的热塑性塑料加工方法如螺杆挤出和和注射成型加工UHMWPE制品。
[0003] 目前,一方面针对UHMWPE加工困难,改性方法主要有物理改性(填充改性)、化学改性(共聚改性、交联改性和交联等)和
聚合物共混改性,通过改性可改善UHMWPE本身的熔体
缺陷,提高耐热性、阻燃、抗静电和可成型加工等方面的特性。其流动加工改性更多的则是采用与其它聚烯
烃共混或添加传统
润滑剂以及二者内外润滑兼用的方法。用来与UHMWPE共混以改进UHMWPE加工性的聚烯烃主要是传统PE和PP,润滑剂包括
石蜡、聚乙烯蜡和
硬脂酸钙等。据文献报道,LLDPE/ UHMWPE, HDPE/UHMWPE和LDPE/UHMEPE共混物与纯UHMWPE相比,熔体粘度明显降低,但是PE 参与了UHMWPE链缠结网络的形成,不能有效降低UHMWPE的链缠结
密度,因而,PE对UHMWPE 的加工改性效果较差。研究表明采用PP与UHMWPE共混改性,对超高分子量聚乙烯有明显的降黏作用,可显著改善UHMWPE的加工性能,更大程度地提高流动性。
[0004] 另一方面UHMWPE的表面
电阻率为ρs= 1016~1017Ω, 体积电阻率ρv=1017~1018Ω•cm,
介电常数为ε=2.2~2.3。在使用、运输和成型加工过程会因摩擦会形成电荷聚集现象,产生
静电放电,静电放电会引起火灾等安全隐患,限制了UHMWPE管材在某些特殊的矿业的应用,因此对于UHMWPE管材需进行抗静电改性。
[0005] 本发明主要是采用
碳系导电填料(超导炭黑)填充改性UHMWPE/PP
合金材料,制备高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料,体积电阻可达到105~107Ω•cm范围,表面电阻率≤105Ω。期望并将该复合材料运用于挤出
煤矿业高耐磨的UHMWPE管材、高硬度和高强度板材生产及应用。
发明内容
[0006] 针对
现有技术的不足,本发明的目的是采用导电填料
表面处理、填充改性和构建两相不同相容体系的隔离结构导
电网络的方法,提供一种高强度低逾渗隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料,赋予了单一塑料合金材料新的导电功能,且实现制品抗静电功能。
[0007] 为了实现本发明的目的,具体技术方案如下:一种高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料,由下述重量配方组成:
UHMWPE粉料 84~98.7份
PP粉料 2~5份
超导炭黑 0.1~10份
抗
氧剂 0.1 0.5份
~
偶联剂 0.1~0.5份。
[0008] 上述各组分重量百分比含量相加为100%。
[0009] 所述UHMWPE为粉料,粒径分布范围30 200μm,数均分子量为300 800万 g/mol,拉~ ~伸强度≥38MPa。
[0010] 所述PP粉料为现有技术产品,牌号:PPH-T03,熔体流动速率3g/10min,粒径分布范围200 600μm的小微珠粉末,由中国石油化工股份有限公司茂名分公司提供。~
[0011] 所述超导炭黑,品牌:亿博瑞,型号:F900A,氮
吸附比表面750 1100m2/Kg,DBP吸收~值450 ml/g,粒径范围9 17nm。经过偶联剂表面处理,其制备方法为:将1 10份的超导炭黑~ ~
与0.1 0.5份的偶联剂加入高混机中,保持转速600 2000 rpm,高速搅拌5 30min,所述偶联~ ~ ~
剂为
硅烷偶联剂或
钛酸酯偶联剂。
[0012] 所述的一种高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料的制备方法,其特征在于,各组分干燥后经高速混合机混合均匀,再经模压成型制备,其制备方法为:包括如下步骤:
A.干燥:将UHMWPE、超导炭黑粉料在干燥箱中80℃干燥4 6 h;
~
B.称量:按照配方量,称取偶联剂、抗氧剂、干燥后的UHMWPE粉料;
C.超导炭黑偶联剂处理:将配方量的超导炭黑与0.1 0.5份的偶联剂加入高混机中,保~
持转速600 2000 rpm,高速搅拌5 30min,获得超导炭黑偶联剂处理产物,所述偶联剂为硅~ ~
烷偶联剂或钛酸酯偶联剂;
D.共混:将称取后的UHMWPE粉料、抗氧剂0.1 0.5份与步骤C制得的超导炭黑偶联剂处~
理产物一起置于高速捏合机中高速混合5 10 min,所述高速混合机的转速为34000 rpm;
~
E.模压成型:将上述充分混合均匀的原料投入到模具,经过高温200℃加热、17 MPa加压条件下,
热压 20 min,使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化,然后在 17 MPa、室温下
冷压 20 min,充分冷却,脱模,获高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料的UHMWPE/PP合金板材。
[0013] 采用上述技术方案后,本发明具有如下特点和优点:1、制品表面光泽度良好;2、制品具有高强度、高硬度等特点;3、制品具有很好的抗静电性能;4、采用填充改性和不相容体系隔离结构的方法,获得高
导电性能、专用化的新材料,赋予了单一塑料合金材料新的功能;5、可实现制品特殊功能化,如
电磁屏蔽、抗静电和阻-温
传感器电子设备的应用。本发明提供的高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料,当超导炭黑的添加含量为-6 0.5wt%,电导率接近于10 S/cm,见图1,相比普通炭黑而言,具有较低的逾渗值,较高的拉伸强度和韧性。复合材料
压制成型的导电板材除了具有与超高分子量聚乙烯相媲美的优异
力学性能,还赋予了超高分子聚乙烯/聚丙烯合金新的特殊功能。
附图说明
[0014] 图1为本发明超导炭黑的含量对超高分子量聚乙烯/PP/超导炭黑导电复合材料的电导率的影响图。
[0015] 图2为超导炭黑的含量对超高分子量聚乙烯/PP/超导炭黑导电复合材料的拉伸强度的影响图。
[0016] 图3为本发明超导炭黑的FE-SEM形貌图。
具体实施方式
[0017] 本发明下述
实施例所采用的UHMWPE,厂家上海联乐化工科技有限公司,粒径分布范围30 200μm,数均分子量为300 800万 g/mol,拉伸强度≥38MPa的粉料;所采用的超导炭~ ~黑,品牌:亿博瑞,型号:F900A,氮吸附比表面750 1100m2/Kg,DBP吸收值450 ml/g,粒径范~
围9 17nm的粉末,超导炭黑的FE-SEM形貌图见3。所述PP粉料采用牌号:PPH-T03,熔体流动~
速率3g/10min,粒径分布范围200 600μm的小微珠粉末,由中国石油化工股份有限公司茂名~
分公司提供的产品。
[0018] 实施例1一种高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料由:UHMWPE粉料84份、PP粉料5份、超导炭黑10份、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(
质量比=1/1/1) 0.5份,硅烷偶联剂0.5份。
[0019] 制备方法,按以下的步骤进行:A.干燥:将UHMWPE粉料、超导炭黑在干燥箱中80℃干燥5 h;
B.称量:UHMWPE粉料/PP粉料/超导炭黑/抗氧剂/硅烷偶联剂按照重量比=84/5/10/
0.5/0.5,称取各组分;
C.超导炭黑偶联剂处理:将配方量中的超导炭黑与0.5份钛酸酯偶联剂加入高混机中,保持转速600 2000 rpm,高速搅拌20min,获得超导炭黑偶联剂处理产物;
~
D.共混:将称取后的UHMWPE粉料和抗氧剂以及步骤C制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合7 min,所述高速混合机的转速为34000 rpm;
E.模压成型:将上述充分混合均匀的原料投入到模具,经过高温200℃加热、17 MPa加压条件下,热压 20 min,使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化,然后在 17 MPa、室温下冷压 20 min,充分冷却,脱模,获高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料的UHMWPE/PP合金板材,导电性能和力学性能见图1和图2。
[0020] 实施例2一种高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料由:UHMWPE粉料89份、PP粉料5份、超导炭黑5份、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比=1/1/1) 0.5份,硅烷偶联剂0.5份。
[0021] 制备方法,按以下的步骤进行:A.干燥:将UHMWPE粉料、超导炭黑在干燥箱中80℃干燥5 h;
B.称量:UHMWPE粉料/PP粉料/超导炭黑/抗氧剂/硅烷偶联剂按照重量比=89/5/5/0.5/
0.5,称取各组分;
C.超导炭黑偶联剂处理:将配方量中的超导炭黑与0.5份钛酸酯偶联剂加入高混机中,保持转速600 2000 rpm,高速搅拌20min,获得超导炭黑偶联剂处理产物;
~
D.共混:将称取后的UHMWPE粉料和抗氧剂以及步骤C制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合7 min,所述高速混合机的转速为34000 rpm;
E.模压成型:将上述充分混合均匀的原料投入到模具,经过高温200℃加热、17 MPa加压条件下,热压 20 min,使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化,然后在 17 MPa、室温下冷压 20 min,充分冷却,脱模,获高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料的UHMWPE/PP合金板材,导电性能和力学性能见图1和图2。
[0022] 实施例3一种高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料由:UHMWPE粉料93份、PP粉料5份、超导炭黑1份、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比=1/1/1) 0.5份,硅烷偶联剂0.5份。
[0023] 制备方法,按以下的步骤进行:A.干燥:将UHMWPE粉料、超导炭黑在干燥箱中80℃干燥5 h;
B.称量:UHMWPE粉料/PP粉料/超导炭黑/抗氧剂/硅烷偶联剂按照重量比=93/5/1/0.5/
0.5,称取各组分;
C.超导炭黑偶联剂处理:将配方量中的超导炭黑与0.5份钛酸酯偶联剂加入高混机中,保持转速600 2000 rpm,高速搅拌20min,获得超导炭黑偶联剂处理产物;
~
D.共混:将称取后的UHMWPE粉料和抗氧剂以及步骤C制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合7 min,所述高速混合机的转速为34000 rpm;
E.模压成型:将上述充分混合均匀的原料投入到模具,经过高温200℃加热、17 MPa加压条件下,热压 20 min,使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化,然后在 17 MPa、室温下冷压 20 min,充分冷却,脱模,获高强度隔离结构UHMWPE/PP/超导炭黑导电复合材料的UHMWPE/PP合金板材,导电性能和力学性能见图1和图2。