一種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，特別涉及到一種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復(fù)合 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯按甲基排列位置分為等規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯和無規(guī)聚丙烯，分子量大約 為8-20萬，具有無毒、無臭、無味、耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于家用電器、塑料管材、高透材 料和機(jī)械零件等領(lǐng)域。但是聚丙烯的體積電阻率在1〇 15~102°Ω·_，具有較高的絕緣性， 限制了聚丙烯在電子、醫(yī)療、信息等領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003] 聚丙烯（ΡΡ)是質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、用途廣泛的塑料品種之一。但ΡΡ屬高絕緣的易燃材料， 其制品在使用中易積聚大量靜電導(dǎo)致火花放電而引發(fā)燃爆災(zāi)害事故；同時(shí)ΡΡ遇到包括靜 電放電火花在內(nèi)的各種明火時(shí)可被點(diǎn)燃，并迅速燃燒釀成火災(zāi)。這些都大大限制了ΡΡ在諸 如石化、采礦、電子、裝飾材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。為此，開展對ΡΡ的防靜電、阻燃改性并使二者 有效兼容的研究具有重要意義。雖可利用防靜電劑和阻燃劑對ΡΡ進(jìn)行改性處理，但同為有 機(jī)物質(zhì)的這兩種助劑有可能發(fā)生削弱各自功能的不良作用，所以制品的防靜電、阻燃性能 往往不能令人滿意。至于以碳黑作為導(dǎo)電物質(zhì)加入ΡΡ阻燃物質(zhì)復(fù)合體系雖可取得較好效 果，但碳黑的添加比率需要很高，制品的機(jī)械性能會(huì)因此下降。
[0004] 對于熱塑性塑料來說，阻燃和抗靜電是兩個(gè)相對獨(dú)立的過程。隨著安全生產(chǎn)的需 要，同時(shí)具有阻燃和抗靜電性能的材料越來越受到人們的重視，阻燃與抗靜電的復(fù)合技術(shù) 也就顯得尤為重要。要得到阻燃和抗靜電效果的塑料材料，一般是在基材中加入阻燃劑和 抗靜電劑。常用的阻燃劑主要包括鹵系阻燃復(fù)合體系、金屬氫氧化物及其復(fù)合體系和磷系 阻燃復(fù)合體系。目前，鹵系阻燃劑作為常用的阻燃材料得到廣泛應(yīng)用。但是，含鹵阻燃材料 發(fā)生火災(zāi)時(shí)，燃燒過程中發(fā)煙量大，同時(shí)釋放出有毒的鹵化氫氣體，造成"二次災(zāi)害"，對人 類的生命構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。利用導(dǎo)電填料在塑料共混體系中形成導(dǎo)電通道起到抗靜電的 作用，常用的導(dǎo)電填料主要有導(dǎo)電炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉等。無鹵阻燃材料和導(dǎo)電填料 的添加量必須達(dá)到比較高的比例才能起到阻燃抗靜電的效果。
[0005] 石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，是目前已知世界上強(qiáng)度最高的材料，與 其它塑料復(fù)合材料添加劑相比，它添加量少、分散性好。石墨烯片層在塑料基材中形成納米 級分散，在改善塑料的阻燃性能、力學(xué)性能及抗靜電性能等方面具有更大的潛力。聚丙烯復(fù) 合材料的抗靜電、阻燃性能最終是由聚丙烯和填充物綜合作用決定的。石墨烯作為聚丙烯 的填料，其自身的導(dǎo)電性能遠(yuǎn)大于基體材料的導(dǎo)電性，并且其與碳纖維填料具有良好的結(jié) 合，當(dāng)導(dǎo)電填料量達(dá)到一定程度時(shí)，填料之間開始有了相互作用，在體系中形成了類似鏈狀 和網(wǎng)狀的形態(tài)，就會(huì)在很大的程度上提高體系的導(dǎo)電性。一維的碳纖維、二維的石墨烯和零 維的高導(dǎo)電石墨顆?？梢杂行纬涉湢詈途W(wǎng)狀的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，顯著提高聚丙烯復(fù)合材料的電 導(dǎo)率。
[0006] 根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)報(bào)道，在聚丙烯的改性中一般通過添加金屬填料和非金屬填料來 使得聚丙烯達(dá)到抗靜電標(biāo)準(zhǔn)（體積電阻率為1〇6-1〇9Ω?cm)。金屬填料主要包括納米級別 的銀粉、銅粉及鋁銀粉，非金屬填料主要包括碳黑、石墨、碳納米管、石墨烯等碳系列材料。 而現(xiàn)有的石墨烯基聚丙稀復(fù)合材料一味地追求達(dá)到抗靜電標(biāo)準(zhǔn)，卻使得工藝相當(dāng)復(fù)雜，生 產(chǎn)成本極高，從而限制了其在大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)中的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述情況，本發(fā)明提供了一種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復(fù)合材料，利用 具有較低的成本和較優(yōu)良的導(dǎo)電性能的碳系列材料來改性聚丙烯，可以解決上述問題。
[0008] 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0009] -種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復(fù)合材料，按重量份計(jì)，包括以下組份：
[0010]
[0011] 優(yōu)選的，所述聚丙稀為分子量8-10萬、10-15萬、15-20萬中的一種或多種。
[0012] 優(yōu)選的，所述石墨稀微片厚度為l_3nm，片徑為25-40um。
[0013] 優(yōu)選的，所述石墨粉的粒徑為2000目、3000目、3500目、5000目中的一種或多種。
[0014] 優(yōu)選的，所述抗氧化劑為單酚、雙酚、三酚、對苯二酚、硫代雙酚中的一種或多種。
[0015] 優(yōu)選的，所述增塑劑為鄰苯二甲酸甲酯、鄰苯二甲酸乙酯、鄰苯二甲酸丙酯、鄰苯 二甲酸丁酯、鄰苯二甲酸辛酯中的一種或多種。
[0016] 優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑為KH550、KH560、KH570、KH580中的一種或多種。
[0017] 本發(fā)明還提供了上述抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括如 下步驟：
[0018] (1)將石墨烯微片、導(dǎo)熱碳纖維、石墨粉、馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，接著與 聚丙烯基體再次混合均勻，最后加入各組份助劑，包括抗氧化劑、增塑劑和偶聯(lián)劑；
[0019] (2)將上述原料在120-150°C干燥6-10h ;
[0020] (3)將上述原料送入雙螺桿擠出機(jī)擠出，再由切粒機(jī)造粒；
[0021] 所述雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)溫度在170-250°C，螺桿轉(zhuǎn)速為10_40rpm，喂料轉(zhuǎn)速為 6-10rpm，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速為 120_200rpm。
[0022] 本發(fā)明的有益之處在于采用幾種不同碳材料的復(fù)配來使復(fù)合材料達(dá)到抗靜電的 標(biāo)準(zhǔn)，并有效降低了填料的成本，所述復(fù)合材料還具有阻燃的特性。該工藝操作簡單，適合 大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，所生產(chǎn)的復(fù)合材料可應(yīng)用于電子、醫(yī)療、信息等領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 一、以下通過優(yōu)選實(shí)施例來進(jìn)一步幫助本行業(yè)技術(shù)人員來理解本發(fā)明，但不限制 本發(fā)明的修改和突破，在不脫離本發(fā)明的前提下做任何修改都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 取2質(zhì)量份的石墨稀微片、0. 5質(zhì)量份的導(dǎo)熱碳纖維、5質(zhì)量份的石墨粉、2質(zhì)量份 的馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，加入1〇〇質(zhì)量份的聚丙烯，再次混合均勻，最后加入2 質(zhì)量份的抗氧化劑、2質(zhì)量份的增塑劑、0. 5質(zhì)量份的偶聯(lián)劑。接著將上述原料于120Γ下干 燥6個(gè)小時(shí)，送入雙螺桿擠出機(jī)中擠出，用切粒機(jī)造粒。螺桿各區(qū)溫度為：一區(qū)190°C、二區(qū) 200°C、三區(qū)200°C、四區(qū)200°C、五區(qū)200°C、機(jī)頭溫度190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為20rpm。
[0026] 聚丙稀分子量為8-10萬。石墨稀微片厚度為lnm，片徑為25um。石墨粉的粒徑為 2000目?？寡趸瘎閱畏?。增塑劑為鄰苯二甲酸甲酯。偶聯(lián)劑為KH550。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] 取10質(zhì)量份的石墨稀微片、0. 1質(zhì)量份的導(dǎo)熱碳纖維、30質(zhì)量份的石墨粉、10質(zhì)量 份的馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，加入50質(zhì)量份的聚丙烯，再次混合均勻，最后加入1 質(zhì)量份的抗氧化劑、5質(zhì)量份的增塑劑、0. 1質(zhì)量份的偶聯(lián)劑。接著將上述原料于150°C下干 燥10個(gè)小時(shí)，送入雙螺桿擠出機(jī)中擠出，用切粒機(jī)造粒。螺桿各區(qū)溫度為：一區(qū)170°C、二 區(qū)200°C、三區(qū)200°C、四區(qū)200°C、五區(qū)250°C、機(jī)頭溫度190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為lOrpm。
[0029] 聚丙烯分子量為10-15萬或15-20萬中的一種或多種。石墨烯微片厚度為3nm，片 徑為40um。石墨粉的粒徑為3000目、3500目的混合物?？寡趸瘎殡p酚、三酚的混合物。 增塑劑為鄰苯二甲酸乙酯、鄰苯二甲酸丙酯、鄰苯二甲酸丁酯的混合物。偶聯(lián)劑為KH560、 KH570、KH580的混合物。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 取6質(zhì)量份的石墨稀微片、0. 2質(zhì)量份的導(dǎo)熱碳纖維、8質(zhì)量份的石墨粉、6質(zhì)量份 的馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，加入7