一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：聚酰胺树脂50‑80份，抗静电剂5‑30份，相容剂2‑8份，表面处理的玄武岩纤维5‑15份，所述表面处理的玄武岩纤维为等离子体表面活化处理的玄武岩纤维；与现有技术相比，本发明专利技术的优势在于：采用了纤维加填料的复合填充增强方式来实现少量、高效的抗静电效果。一方面，具有高表面能的活化玄武岩纤维可有效吸附抗静电剂粉体颗粒，促进其在基体树脂中的更均匀分布；另一方面，具有一维取向特性的纤维可有效构筑电荷传导的三维网状通路，从而使得抗静电剂的有效用量大幅度降低至此前的60％左右，而材料的表面电阻率及体积电阻率依然保持在≤10

A kind of filling reinforced polyamide composite with high performance and antistatic and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚酰胺(PA，又称为尼龙)是当前高性能工程塑料中用量最大、应用领域最为广泛的聚合物种类。聚酰胺分子链上含有大量的强极性酰胺基团，能在分子链之间形成较强的氢键作用力，因此，聚酰胺材料通常以高刚性、高抗冲击、低蠕变、高耐热性及耐化学性等特性而著称，其良好的综合性能优势使得其可以在一些汽车、工业电子电器的关键领域如发动机舱、燃油系统、高低压电器壳体及支架等，当前还未有其他种类的聚合物材料能够在上述领域内可以替代聚酰胺的独特地位。聚酰胺的功能化改进一直是其改性研究的焦点领域，究其原因在于其分子链上的极性酰胺基团能与一些极性的功能性填料形成良好的相互作用，填料分子与基体树脂吸附力强，不容易发生迁移，从而赋予了聚酰胺复合材料非常稳定的改性效果。近年来，随着汽车新能源化进程的逐步推广，汽车动力系统正面临着由传统的燃油动力转变为电力驱动的巨大挑战，复杂的电力管理决定了所用的材料必须具备不同的导电或者绝缘性能，因此，抗静电性能改进已成为当前聚酰胺功能化研究的热点方向。常规的聚酰胺抗静电化改进都是通过外加大量的抗静电剂形式来实现的，比如CN107778478所记述的抗静电聚酰胺树脂是通过在酰胺聚合过程中加入一定量的含磺酸盐基团的二元酸来实现的，这样可以保证抗静电剂颗粒具有理想的分布效果，来确保材料具有理想的抗静电效果，但改性工艺复杂且抗静电剂对聚合反应的影响往往难以控制；CN106479166则采用相对简单的共混改性方式，通过加入功能化石墨烯和辅助分散母粒的方式，取得了相对较好的抗静电效果，然而石墨烯的用量极高(16-24份以上)，导致改性成本大幅度提高，而且对聚酰胺的刚性及抗冲性带来了一定程度的降低。由上可知，作为高性能工程塑料的杰出代表，理想的抗静电聚酰胺材料应该要兼顾稳定、高效的抗静电性能及优良的力学性能两个方面，而这正是当前的技术方案所缺乏的技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，针对常规手段中单一添加抗静电剂粉体颗粒所导致的难分散、用量大、成本高及力学性能损失等问题，采用高效抗静电剂颗粒搭配活化处理的玄武岩纤维的改性方式，在获得了理想的抗静电效果的同时实现了聚酰胺复合材料力学性能的提升，实现了“双收益”的改性效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：其中，所述表面处理的玄武岩纤维为等离子体表面活化处理的玄武岩纤维。所述表面处理的玄武岩纤维的制备方法为：所述表面处理的玄武岩纤维的制备方法为：将玄武岩纤维放入30％浓度的稀盐酸溶液中浸泡30-60分钟，以去除掉纤维表面的金属氧化物及其他无机物杂质，清洁、滤出后将纤维转移至等离子气体发生装置中，于65℃、高度密闭条件下用等离子气体对纤维表面进行活化处理，时长为3-5小时，完成后将玄武岩纤维放置于95℃的真空干燥箱中，抽真空干燥至0.05-0.01MPa，已去除纤维表面所含的水分，获得表面活化处理的玄武岩纤维。进一步的，所述的聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA46、PA610、PA1010、PA612、PA1212中的一种或几种混合物。进一步的，所述的抗静电剂为炭黑、金属氧化物、季铵盐、多元醇脂肪酸酯、硼酸酯、聚醚嵌段共聚物等无机或有机化合物的一种或几种。进一步的，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体POE-MAH、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体POE-GMA、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-乙酸乙酯共聚物EVA-GMA等的一种或几种。进一步的，所述的玄武岩纤维为玄武岩纤维的短切毡片，纤维直径为10-13um，短切长度为4.5mm。本专利技术的第二目的在于提供这种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按所述的重量份称取聚酰胺树脂、抗静电剂、相容剂，混合均匀，得到混合原料：(2)将干燥后的混合原料放置于一台紧密啮合同向旋转的双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内；将表面处理的玄武岩纤维放置于挤出机螺杆的侧喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内。所用螺杆挤出机的直径为36mm，长径比L/D为44，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：150℃、210℃、220℃、235℃、240℃、240℃、230℃，主机转速为250转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、首先，采用了熔融共混挤出的常规改性方式，材料配方组分的可选择性强，可加入多种不同特性的抗静电剂来开展对比试验，且改性工艺成熟、稳定、高效、成本低。2、更为重要的是，针对聚合物材料抗静电效果直接取决于抗静电剂分子的分散分布效果的这一关键因素，采用高长径比的纤维增强体搭配抗静电剂粉体颗粒的复合填充增强方式，其中，高性能的玄武岩短切纤维在经历等离子体表面活化处理后，其表面能大大增强，与极性的抗静电剂分子及聚酰胺分子链均能形成良好的分子间作用力，这样就确保了抗静电剂分子的均匀散效果，而且玄武岩纤维在熔融混炼后会在基体树脂内部形成一定结构的三位空间网状结构，从而在聚酰胺复合材料内部建立电荷传导的有效路径，这对提升其抗静电性、降低表面积及体积电阻率是极好的促进因素。3、通过本专利技术技术方案得到的高性能、抗静电聚酰胺复合材料，在10～15％的抗静电剂用量前提下，即实现了良好的抗静电效果(表面及体积电阻率≤108Ω﹒cm)，仅为传统方案抗静电剂用量的50-60％左右；更重要的是，纤维增强体的复配使用，有效弥补了抗静电剂粉体对材料强度和抗冲击性能低下的负面影响，材料拉伸强度从此前的降低10～15％改善为提升20～30％，最高在100MPa以上，弯曲模量从2500MPa大幅度提升至5000MPa以上，而抗冲击强度也同比有一定程度的改善，是一种抗静电特性稳定、力学性能突出的高性能聚酰胺复合材料，尤其适用于新能源汽车的三电系统以及一些有特殊需求的工业用高压、低压电子电器的零部件领域。具体实施方式下面通过具体的实施方式对本专利技术做进一步的说明，所述实施例仅用于说明本专利技术而不是对本专利技术的限制。本专利技术实施例所用原料：聚酰胺：PA6-2000，河南神马尼龙化工有限公司，乌氏粘度计测试相对黏度2.0。抗静电剂-1：炭黑F300A，平均粒径20-40nm，比表面积700-900m2/kg，天津亿博瑞化工有限公司。抗静电剂-2：乙氧基化硼酸酯B-902，乳白色颗粒，PH值为5±2.0，灰分含量≤10％，青岛四维化工有限公司。抗静电剂-3：聚醚嵌段聚酰胺弹性体PEBAXMV2030，密度1.14g/cm3，熔点200℃，法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：



其中，所述表面处理的玄武岩纤维为等离子体表面活化处理的玄武岩纤维。


2.根据权利要求1所述的一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA46、PA610、PA1010、PA612、PA1212中的一种或几种混合物。


3.根据权利要求1所述的一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的抗静电剂为炭黑、金属氧化物、季铵盐、多元醇脂肪酸酯、硼酸酯、聚醚嵌段共聚物的无机或有机化合物中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体POE-MAH、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体POE-GMA、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-乙酸乙酯共聚物EVA-GMA中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的一种高性能、抗静电的填充增强聚酰胺复合材料，其特征在于：所述表面处理的玄武岩纤维的制备方法为：将玄武岩纤维放入30％浓度的稀盐酸溶液中浸泡30-60分钟，以去除掉纤维表面的金属氧化物及其他无机物杂质，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯华，
申请(专利权)人：上海华合复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31