一种聚丙烯复合材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种低介电聚丙烯复合材料，通过加入一定量的氮吸附比表面积≥300m2/g的炭黑，能够降低炭黑的加入量，从而改善炭黑加入量过大导致介电常数和介电损耗的上升。能够用于对介电有需求的汽车内外饰件。

权利要求

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：均聚聚丙烯树脂             100份；

炭黑                       1‑3份；

2 2

炭黑的氮吸附比表面积为300‑350m/g或375m/g；

填料                       0‑30份；

所述的填料选自碳酸钙、硫酸钡中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯复合材料的介电常数低于2.40。

3. 根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的均聚聚丙烯在230℃，

2.16 Kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100 g/10min。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的填料选自碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的碳酸钙、硫酸钡的目数小于5000目。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，还包括0‑25份的增韧剂；所述的增韧剂选自POE、SEBS、EPDM中的至少一种。

7. 根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份计，还包括0 ‑2份的助剂；所述的助剂选自抗氧剂、润滑剂、光稳定剂中的至少一种。

8.权利要求1‑7任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先用炭黑与炭黑1‑5倍重量的聚丙烯进行混炼，得到炭黑/聚丙烯颗粒，将炭黑/聚丙烯颗粒与剩余的聚丙烯及其他组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为170℃‑220℃，螺杆转速为350‑450转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料；螺杆原件采用高剪切设置。

说明书

一种聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种低介电的聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚丙烯作为一种高性价比的通用塑料，通过改性后具有高强度高韧性的优秀力学性能及耐化学、高耐热等特点，广泛应用于家电及汽车产品，而作为装饰件的聚丙烯产品需
要经过配色处理，其中汽车产品的配色又以黑色占绝大多数，而聚丙烯的黑色色调主要通
过添加炭黑实现，由此也带来了炭黑分散对产品黑度及光泽度的影响考量。

[0003] 但是，炭黑的分散性不好，在于聚丙烯熔融混炼的过程中容易团聚，一般本领域技术人员认为，细度更小的炭黑（比表面积大）更容易团聚，因此使用的炭黑往往氮吸附比表
2
面积范围低于250m/g，导致在高黑度产品的配色上需要加入过量的炭黑，又引入了分散性
的问题，影响了材料的光泽，并且使材料的介电常数和介电损耗会更多的上升。

[0004] 专利CN 101704974A中公开了一种含炭黑着色剂的高光泽聚丙烯的制备方法，其采用炭黑与分散剂预分散的方法来改良炭黑的分散性，而且选用的炭黑粒径在13‑70微米，
不能达到高黑配色，仅限于对黑度要求不高的普通产品；另外CN 106854308 A中公开了一
种高光黑抗冲聚丙烯的制备方法，其同样未对炭黑进行限定，按其公布的L值数据可以推测
2
其所选色母的选择上其含有的炭黑的氮吸附比表面积范围应落于200‑250m/g范围内，同
时从其实施例上可以看出其如果要达到L值低于25，其黑色母的添加量高达3‑4%，在如此高
的添加比例下势必引起炭黑的分散缺陷，同时对于高含量的色母添加会导致聚丙烯的介电
性能的劣化。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，提供一种聚丙烯复合材料，具有高黑的配色的前提下介电常数较低，并且光泽度高。

[0006] 本发明的另一目的在于，提供上述低介电聚丙烯复合材料的制备方法。

[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0008] 一种低介电聚丙烯复合材料，按重量份计，包括以下组分：

[0009] 均聚聚丙烯树脂         100份；

[0010] 炭黑                   1‑3份；

[0011] 填料                   0‑30份；

[0012] 炭黑的氮吸附比表面积≥300m2/g。

[0013] 优选的，所述的炭黑的氮吸附比表面积≥350m2/g。

[0014] 本发明的聚丙烯复合材料的介电常数低于2.40。

[0015] 所述的均聚聚丙烯在230℃，2.16 Kg负荷下，其熔体质量流动速率为1～100 g/10min。

[0016] 氮吸附比表面积主要反映了炭黑的粒径信息。

[0017] 为了使聚丙烯复合材料增刚，往往需要加入一定量的填料。但是，常用的填料（如：滑石粉、云母粉等）不仅很容易遮盖住炭黑，而且会降低聚丙烯树脂的表面光泽度，而且会
不同程度的降低复合材料的介电性能。通过实验发现，碳酸钙、硫酸钡对于炭黑的遮盖率
低，因此，不仅能够保证填充聚丙烯复合材料的黑度，而且能够保证表面光泽度没有大幅度
下降，也能够改善填料的加入导致介电性能的下降。

[0018] 优选的，所述的填料选自碳酸钙、硫酸钡中的至少一种。

[0019] 更优选的，选自碳酸钙。

[0020] 所述的碳酸钙、硫酸钡的目数小于5000目。

[0021] 可以添加一定量的增韧剂，按重量份计，还包括0‑25份的增韧剂；所述的增韧剂选自POE、SEBS、EPDM中的至少一种。

[0022] POE(Polyolefin elastomer)为聚烯烃弹性体；

[0023] SEBS（Styrene ethylene butene styrene block copolymer）是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯‑丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物；

[0024] EPDM（Ethylene Propylene Diene Monomer）也称为三元乙丙橡胶；

[0025] 为了提升加工性能或者光稳定性能，按重量份计，还包括0‑2份的助剂；所述的助剂选自抗氧剂、润滑剂、光稳定剂中的至少一种。

[0026] 抗氧剂可以是受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂，具体可以是1010、1076、3114、168、PEP‑36中的一种或者两种及以上的混合物；

[0027] 光稳定剂可以是受阻胺类光稳定剂，具体可以是UV‑3808PP5、LA‑402XP、LA‑402AF中的一种或者两种及以上的混合物；

[0028] 润滑剂可以是硅酮类、酯类、酰胺类、聚乙烯类、硬脂酸类、脂肪酸及酯类中的一种或者两种及以上的混合物；

[0029] 包括以下步骤：先用炭黑与炭黑1‑5倍重量的聚丙烯进行混炼，得到炭黑/聚丙烯颗粒，将炭黑/聚丙烯颗粒与剩余的聚丙烯及其他组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进
行熔融混炼，熔融混炼温度为170℃‑220℃，螺杆转速为350‑450转/分，挤出造粒，得到低介
电聚丙烯复合材料；螺杆原件采用高剪切设置。

[0030] 高剪切的设置能够更好的使炭黑在聚丙烯树脂基体中分散，以保证在少的炭黑加入量下保证高黑的色度，以及低的介电性。

[0031] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

[0032] 现有技术主要是采用氮吸附比表面积小于250m2/g的炭黑来作为黑色颜料的加入，但是，此类炭黑的增黑效果不好，需要较多的添加量才能得到高黑配色，这样会导致树
2
脂基体的介电常数和介电损耗的大幅上升。本发明通过采用氮吸附比表面积≥300m /g的
炭黑，能够在较少的加入量下得到高黑配色，而且少的团聚而介电常数较低，通过高剪切制
备，也足够将碳粉剪切分散。

[0033] 进一步的，通过实验发现，碳酸钙、硫酸钡的加入，不会遮盖住树脂基体内的炭黑，而且不会大幅度降低树脂基体的表面光泽度。

具体实施方式

[0034] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护范围。

[0035] 本发明所用原料来源于市售产品：

[0036] 聚丙烯树脂A：兰州石化 PP H9018，均聚聚丙烯；

[0037] 聚丙烯树脂B：中海壳牌 EP548R，共聚聚丙烯；

[0038] 炭黑A：氮吸附比表面积约等于375m2/g；

[0039] 炭黑B：氮吸附比表面积约等于300m2/g；

[0040] 炭黑C：氮吸附比表面积约等于270m2/g；

[0041] 炭黑D：氮吸附比表面积约等于195m2/g；

[0042] 硫酸钡：1250目；

[0043] 碳酸钙：1250目；

[0044] 滑石粉：1250目；

[0045] 云母粉：1250目；

[0046] POE：陶氏ENGAGE 8137；

[0047] 润滑剂：硬脂酸类润滑剂；

[0048] 抗氧剂：抗氧剂168；

[0049] 实施例和对比例聚丙烯复合材料的制备方法：先用炭黑与炭黑1‑5倍重量的聚丙烯进行混炼，得到炭黑/聚丙烯颗粒，将炭黑/聚丙烯颗粒与剩余的聚丙烯、POE、硫酸钡、润
滑剂、抗氧剂混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为170℃‑220
℃，螺杆转速为350‑450转/分，挤出造粒，得到低介电聚丙烯复合材料；螺杆原件采用高剪
切设置。

[0050] 各项性能测试方法：

[0051] 测试样板制备方法：将改性后的粒子通过双面镜面抛光模具注塑成型，制备成10mm*5mm*1.5mm的样板 。

[0052] L值：将样片置于爱色丽Color‑Eye 7000A色差仪，设置SCI模式， 进行L值测试评估材料的 黑度（L值越低则黑度越高）。

[0053] 60°光泽度：通过BYK Pvlt0925光泽度仪测试60°角光泽度。

[0054] 介电常数：N5225A矢量网络分析仪通过传输线反射法，并设置频率76‑77GHz 对样片的介电常数和损耗角正切值进行测试。

[0055] 表1：实施例的聚丙烯复合材料各组分配比及各性能测试结果

[0056]  实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
聚丙烯树脂A 100 100 100 100 100
炭黑A 1 1.5 2.5   1.5
炭黑B       1.5  
硫酸钡 20 20 20 20  
碳酸钙         20
POE 4 4 4 4 4
润滑剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
抗氧剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
L值 23.71 23.43 23.06 23.97 23.38
60°光泽度 85.3 85.4 85.7 85.3 85.6
介电常数 2.34 2.35 2.38 2.36 2.34
损耗角正切值 0.0084 0.0088 0.0094 0.0089 0.0087

[0057] 从实施例1‑3可知，采用氮吸附比表面积约等于375m2/g的炭黑用量增加黑度越高，但是介电常数、损耗角正切值的上升幅度不大。

[0058] 从实施例2/4可知，优选氮吸附比表面积大于350m2/g的炭黑。

[0059] 表2：

[0060]  实施例6 实施例7 实施例8
聚丙烯树脂A 100 100 100
炭黑A 1.5 1.5 1.5
硫酸钡      
碳酸钙      
云母粉   20  
滑石粉     20
POE 4 4 4
润滑剂 0.4 0.4 0.4
抗氧剂 0.4 0.4 0.4
L值 23.06 24. 53 24.37
60°光泽度 88.9 78.3 79.3
介电常数 2.28 2.40 2.38
损耗角正切值 0.0024 0.0096 0.0095

[0061] 从实施例2/5/6/7/8可知，无机填料的加入，会遮盖炭黑，导致黑度、光泽度的下降。但是，对比可见，本发明优选的硫酸钡、碳酸钙，能够减少对炭黑的遮盖，改善光泽度的
降低；更优选碳酸钙。

[0062] 表2：对比例的聚丙烯复合材料各组分配比及各性能测试结果

[0063]  对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
聚丙烯树脂A 100 100 100 100  
聚丙烯树脂B         100
炭黑A         1.5
炭黑C 1.5 3      
炭黑D     1.5 3  
硫酸钡 20 20 20 20 20
云母粉          
滑石粉          
POE 4 4 4 4 4
润滑剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
抗氧剂 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
L值 24.84 24.25 25.16 24.86 23.82
60°光泽度 85.4 85.1 85.2 84.9 52.6
介电常数 2.37 2.45 2.37 2.46 2.36
损耗角正切值 0.0090 0.0124 0.0089 0.0121 0.0086

[0064] 从对比例1‑4可知，氮吸附比表面积小于300m2/g的炭黑，其增黑效果低，只能通过增加炭黑的用量来提高黑度。但是，这样会导致介电性能降低（介电常数、损耗角正切值的
上升）。