本發(fā)明涉及聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

熱塑性彈性體TPE(Thermoplastic Elastomer)是指一類同時(shí)具有熱塑性塑料和傳統(tǒng)硫化橡膠特性的高分子復(fù)合材料，其在常溫下具有傳統(tǒng)硫化橡膠的高彈性，高溫下又能利用熱塑性塑料加工設(shè)備塑化成型，被稱為繼天然橡膠、合成橡膠之后的第三類橡膠[Varghese S,et al.Journal of applied polymer science,2004,92:2063]。其中動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體是采用動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)制備的彈性體(Thermoplastic Vulcanizate)，簡(jiǎn)稱TPV。聚丙烯/三元乙丙橡膠動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體(簡(jiǎn)稱PP/EPDM-TPV)兼具聚丙烯與三元乙丙橡膠的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)異的耐候性和良好的力學(xué)性能，因而受到廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)橡膠相比，PP/EPDM-TPV具有加工簡(jiǎn)便，可反復(fù)成型，邊角料和廢棄物可回收利用等優(yōu)勢(shì)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ膹椥泽w材料。目前，PP/EPDM-TPV已逐漸取代了傳統(tǒng)橡膠，除廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、電線電纜、密封制品等領(lǐng)域外，還廣泛用于建筑、醫(yī)療等行業(yè)。

近幾年，為了滿足彈性體導(dǎo)電功能化的應(yīng)用需求，一些研究者開始關(guān)注EPDM/PP-TPV的導(dǎo)電功能化改性研究。Ma L F等人[Ma L F,et al.Journal of Materials Chemistry A,2014,2:16989]以CB為導(dǎo)電填料制備PP/EPDM/CB導(dǎo)電復(fù)合材料，當(dāng)CB含量為28wt％時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.01S/cm。這類PP/EPDM熱塑性導(dǎo)電彈性體具有加工簡(jiǎn)便、可連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可代替昂貴的導(dǎo)電硅橡膠作為導(dǎo)電密封膠條廣泛應(yīng)用在民用電子、通訊、大規(guī)模集成電路、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域；此外，由于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有電磁屏蔽特性，經(jīng)導(dǎo)電功能化改性后的PP/EPDM彈性體還能夠作為電磁屏蔽密封條應(yīng)用于軍用車輛等領(lǐng)域以防止電磁波泄密。

為實(shí)現(xiàn)熱塑性彈性體的導(dǎo)電功能化，添加導(dǎo)電填料是當(dāng)前的主要手段。碳系填料和金屬粉末是當(dāng)前應(yīng)用較廣的兩大類導(dǎo)電填料。其中，碳系填料具有來(lái)源廣、質(zhì)量輕、導(dǎo)電性能良好等優(yōu)點(diǎn)，常用的碳系填料有炭黑、石墨、碳納米管等。Ranjbar B等人[Ranjbar B,et al.Journal of Applied Polymer Science,2012,123:32-40]以膨脹石墨(EG)為填料制備的PP/EPDM/EG導(dǎo)電復(fù)合材料，當(dāng)EG含量為3.15vol％時(shí)，復(fù)合材料電導(dǎo)率為10^-5S/cm。金屬填料的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能都明顯優(yōu)于碳系填料，常用的金屬填料有銀、銅、鎳等，但由于金屬填料價(jià)格昂貴、比重較大，使其應(yīng)用受到極大限制。

針對(duì)目前導(dǎo)電熱塑性彈性體電導(dǎo)率低且在電磁屏蔽領(lǐng)域應(yīng)用空缺的問題，本發(fā)明選擇鍍鎳玻璃纖維為導(dǎo)電填料對(duì)PP/EPDM-TPV進(jìn)行導(dǎo)電功能化改性，利用玻璃纖維具有較大長(zhǎng)徑比、易于在基體中搭接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以及金屬鎳包覆層優(yōu)良的導(dǎo)電性和電磁屏蔽特性，使其在極少鎳含量下實(shí)現(xiàn)對(duì)PP/EPDM-TPV的功能化改性，制備具有優(yōu)異導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能的PP/EPDM動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前導(dǎo)電熱塑性彈性體電導(dǎo)率低且在電磁屏蔽領(lǐng)域應(yīng)用空缺的問題，提供了一種聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料，其特征在于，是由15.0～30.0wt％聚丙烯(PP)、25.0～45.0wt％三元乙丙橡膠(EPDM)以及40.0～50.0wt％的鍍鎳玻璃纖維(NCGF)構(gòu)成的，其中鎳在功能復(fù)合材料中的含量為1.0～1.4vol％。

本發(fā)明將鍍鎳玻璃纖維作為填料對(duì)聚丙烯/三元乙丙橡膠熱塑性彈性體進(jìn)行功能化改性。利用玻璃纖維具有較大長(zhǎng)徑比、易于搭接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)包覆鎳層在聚丙烯/三元乙丙橡膠熱塑性彈性體中的連續(xù)分布與網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)建，在極低金屬鎳含量下形成導(dǎo)電通路，賦予聚丙烯/三元乙丙橡膠熱塑性彈性體導(dǎo)電性能。具有高導(dǎo)電性的鍍鎳玻璃纖維，可顯著提高聚丙烯/三元乙丙橡膠熱塑性彈性體的電導(dǎo)率及電磁屏蔽效能。

進(jìn)一步，本發(fā)明提供了所述聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，其步驟為：聚丙烯經(jīng)密煉熔融后與三元乙丙橡膠混煉并混合均勻，隨后加入交聯(lián)劑過(guò)氧化二異丙苯使三元乙丙橡膠在與聚丙烯共混過(guò)程中發(fā)生交聯(lián)，之后加入鍍鎳玻璃纖維混煉得到分散均勻的共混物，然后熱壓成型得到所述聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料；其中交聯(lián)劑過(guò)氧化二異丙苯質(zhì)量是三元乙丙橡膠質(zhì)量的1～2wt％。

優(yōu)選的，所述聚丙烯的密煉時(shí)間為3～5min；所述聚丙烯與三元乙丙橡膠的混煉時(shí)間為5～8min；之后加入交聯(lián)劑過(guò)氧化二異丙苯后的混煉時(shí)間為5～10min；所述的交聯(lián)之后的聚丙烯與三元乙丙橡膠共混物與鍍鎳玻璃纖維的混煉時(shí)間為10～15min；密煉和混煉的攪拌速度為30～60rpm。

另外，所述密煉和混煉均是在轉(zhuǎn)矩流變儀內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)矩流變儀內(nèi)的溫度為180～200℃。

而且，聚丙烯、三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維共混物是在190～210℃、10～15MPa條件下熱壓成型的。

本發(fā)明所述復(fù)合材料的制備方法能有效提高聚丙烯/三元乙丙橡膠熱塑性彈性體的電導(dǎo)率，通過(guò)改變組分配比，可以調(diào)節(jié)復(fù)合材料的電導(dǎo)率及電磁屏蔽效能，得到具有良好導(dǎo)電性能及電磁屏蔽性能的聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料，是一種高效、低成本、成型工藝簡(jiǎn)單的導(dǎo)電及電磁屏蔽功能復(fù)合材料制備方法。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料(其中聚丙烯與三元乙丙橡膠的質(zhì)量比為1:1)的電導(dǎo)率曲線圖。從圖中可以看出，隨著導(dǎo)電填料鍍鎳玻璃纖維含量的增加，復(fù)合材料的電導(dǎo)率顯著提高，當(dāng)鍍鎳玻璃纖維的含量從30wt％(Ni含量為0.69vol％)增加到40wt％(Ni含量為1.0vol％)時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率從1.1×10^-8S/m增加到0.42S/m。當(dāng)鍍鎳玻璃纖維的含量達(dá)到50wt％(Ni含量為1.4vol％)時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率可高達(dá)12S/m。

圖2為聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料(其中聚丙烯與三元乙丙橡膠的質(zhì)量比為1:1)在X波段(8.2GHz～12.4GHz)，其電磁屏蔽效能隨頻率的變化曲線圖。從圖中可以看出，隨著鍍鎳玻璃纖維含量上升，復(fù)合材料的屏蔽效能逐漸提高，當(dāng)NCGF含量為50wt％(Ni含量為1.4vol％)時(shí)，復(fù)合材料屏蔽效能可達(dá)到42dB左右，表現(xiàn)出良好的電磁屏蔽性能。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至180℃，向其中加入17.5g聚丙烯，密煉3min，轉(zhuǎn)速為50rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入17.5g三元乙丙橡膠，混煉5min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.175g過(guò)氧化二異丙苯，混煉10min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入23.4g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為29.97:29.97:40.06，混煉10min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在200℃、10MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。

實(shí)施例二：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至180℃，向其中加入17.5g聚丙烯，密煉3min，轉(zhuǎn)速為50rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入17.5g三元乙丙橡膠，混煉5min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.35g過(guò)氧化二異丙苯，混煉10min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入28.7g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為27.48:27.48:45.04，混煉10min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在200℃、10MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。

實(shí)施例三：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至180℃，向其中加入17.5g聚丙烯，密煉3min，轉(zhuǎn)速為50rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入17.5g三元乙丙橡膠，混煉5min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.35g過(guò)氧化二異丙苯，混煉10min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入35g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為25:25:50，混煉10min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在200℃、10MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。

實(shí)施例四：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至180℃，向其中加入14g聚丙烯，密煉3min，轉(zhuǎn)速為50rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入21g三元乙丙橡膠，混煉5min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.42g過(guò)氧化二異丙苯，混煉10min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入35g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為20:30:50，混煉10min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在200℃、10MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。

實(shí)施例五：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至180℃，向其中加入10.5g聚丙烯，密煉3min，轉(zhuǎn)速為50rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入24.5g三元乙丙橡膠，混煉5min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.245g過(guò)氧化二異丙苯，混煉10min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入35g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為15:35:50，混煉10min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在200℃、10MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。

表1實(shí)施例一到實(shí)施例五所制得功能復(fù)合材料的電導(dǎo)率及電磁屏蔽效能

實(shí)施例六：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至190℃，向其中加入10.5g聚丙烯，密煉4min，轉(zhuǎn)速為30rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入28.0g三元乙丙橡膠，混煉8min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.42g過(guò)氧化二異丙苯，混煉8min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入31.5g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為15:40:45，混煉15min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在190℃、15MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。

實(shí)施例七：

聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將轉(zhuǎn)矩流變儀升溫至200℃，向其中加入10.5g聚丙烯，密煉5min，轉(zhuǎn)速為60rpm，使聚丙烯充分熔融；

(2)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入31.5g三元乙丙橡膠，混煉6min，使二者均勻混合；

(3)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入0.47g過(guò)氧化二異丙苯，混煉5min，得到共混均勻的混合物；

(4)向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入28.0g鍍鎳玻璃纖維，使聚丙烯與三元乙丙橡膠及鍍鎳玻璃纖維質(zhì)量比為15:45:40，混煉12min，得到分散均勻的混合物；

(5)將步驟(4)得到的混合物在210℃、12MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙烯/三元乙丙橡膠/鍍鎳玻璃纖維功能復(fù)合材料。