1.2　抗靜電、導電塑料的配方

1.2.1　（PP/POE）-g-MAH改性抗靜電聚丙烯

聚丙烯（PP）制品應用非常廣泛。在一些特殊場合PP可以代替某些工程塑料，被廣泛應用于汽車工業、家用電器、工業配套材料、醫療用具及日用領域。但是，PP具有很強的電絕緣性，體積電阻率均在 1016～1020Ω·cm。正因為其優異的電絕緣性，PP制品在生產和使用中會積累靜電荷，會引起一些危害或事故。所以，消除PP的靜電、降低電阻率是十分必要的。

雙螺桿擠出機熔融接枝方法制備了（PP/POE）-g-MAH-g-PAM，將其作為抗靜電劑；同時加入石棉短纖維，采用熔融擠出的方式，得到抗靜電體系。該抗靜電劑屬于高分子型抗靜電劑，該接枝物主鏈上含有酰胺基團，作為抗靜電劑可使PP的電阻率下降2～3個數量級，表面電阻率可達到 1011Ω，同時石棉短纖維能在體系中搭建增強“網絡”，對PP的電性能也有一定幫助，同時提高體系的力學性能。

（1）配方（質量份）

聚丙烯　　　　　　　　　100

（PP/POE）-g-MAH　 　　20

石棉短纖維　　　　　　　　7

抗氧劑1010　　　　　　　 0.25

抗氧劑168　　　　　　　　0.25

硬脂酸　　　　　　　　　　1

注：聚丙烯（PP），粉末，涂覆料 D，荊門市弘利塑料有限公司。

（2）加工工藝

① （PP/POE）-g-MAH-g-PAM的制備　稱取一定量的聚丙烯酰胺（PAM），按 PAM∶（PP/POE）-g-MAH=1∶100（質量比）的比例加入一定量的（PP/POE）-g-MAH 于 PAM 中，采用高混機混合，待混合均勻，放入雙螺桿擠出機中擠出造粒，烘干備用。雙螺桿擠出機溫度參數按區分別設定為：170℃、180℃、190℃、190℃、210℃、210℃、190℃、180℃，機頭溫度175℃，螺桿轉速240r/min。

② （PP/POE）-g-MAH-g-PAM 抗靜電體系的工藝路線　將石棉短纖維置于烘箱中烘烤100℃/24h，除去石棉短纖維中的水分、易揮發組分及易分解組分。石棉短纖維和聚丙烯粉料加入高混機中，混合 2min后，加入（PP/POE）-g-MAH-g-PAM，混合2min，然后移入雙螺桿擠出機中擠出造粒，并于烘箱中烘烤 100℃/12h，采用注塑機制樣、備用。具體工藝路線如圖1-1所示。

（3）參考性能　根據配方制備的材料表面電阻率（調濕處理前）為2.20×1012Ω；表面電阻率（調濕處理后）為6.11×1011Ω；體積電阻率（調濕處理前）為8.02×1014Ω·cm；體積電阻率（調濕處理后）為2.23×1014Ω·cm。

圖1-2、圖1-3為表面電阻率、體積電阻率與（PP/POE）-g-MAH-g-PAM 添加量的變化關系與變化趨勢圖。從圖1-2可看出，當（PP/POE）-g-MAH-g-PAM 添加量達到24份后，表面電阻率可下降到 1.39×1012Ω；而經過調濕處理后，表面電阻率達到2.61×1011Ω。同時，從圖1-2看出，經過調濕處理過的圓板試樣的表面電阻率皆能下降一個數量級，與純PP相比，則下降了5～6個數量級。從圖1-3可看出，體積電阻率也呈現出下降的變化趨勢，下降可達到2個數量級，同時通過調濕處理過的圓板試樣的體積電阻率也都下降了1個數量級。

（PP/POE）-g-MAH-g-PAM中的PAM主要在試樣表層呈微細的層狀或筋狀分布，構成導電性的表層，而在中心部分幾乎呈球狀分布，形成“芯殼結構”，并以此為通路泄漏靜電荷。同時（PP/POE）-g-MAH-g-PAM 在體系中起到了偶聯劑的作用，使得石棉短纖維與PP有很好的相容性，不會出現明顯的相分離，PAM占（PP/POE）-g-MAH-g-PAM 含量的 0.98%，最多能占到復合體系的0.24%，同時能使表面電阻率與體積電阻率下降2個數量級，效果非常明顯。

圖1-4與圖1-5分別是（PP/POE）-g-MAH-g-PAM添加量引起沖擊強度、拉伸強度的變化趨勢圖。從圖1-4、圖1-5可以明顯看出，隨著（PP/POE）-g-MAH-g-PAM添加量的增加，沖擊強度呈現增大趨勢，而拉伸強度卻呈現了減小趨勢。從圖1-4可以看出，（PP/POE）-g- MAH-g-PAM添加量由4份增加到24份，沖擊強度從19.95kJ/m2增加到23.55kJ/m2。從圖1-5可以明顯看出，拉伸強度呈下降趨勢，這是因為（PP/POE）-g-MAH-g-PAM中POE屬于彈性體，它的屈服強度較小，而基體樹脂PP的屈服強度卻較大；也就是說POE彈性體的彈性模量小于基體樹脂PP，在拉伸力作用下，該體系中的分散相會產生應力集中效應和熱縮應力，易于使PP樹脂在不太大的平均拉伸應力下引發大量銀紋或剪切帶，使材料的屈服應力下降，拉伸強度下降，彈性模量也下降。從圖1-5中還可以看出，拉伸強度的下降趨勢是先平穩下降，當（PP/POE）-g-MAH-g-PAM的添加量多于16份，拉伸強度急劇下降，下降數值可達到4.1MPa。因為體系中的POE彈性體在基體樹脂PP中的分散并不均勻，同時彈性體顆粒大小也不均勻，這樣使得體系中分散相的應力集中點的應力大小也不同，從而導致拉伸強度的下降趨勢不均勻。

1.2.2　抗靜電PP塑料

聚丙烯有較高的介電系數，且隨溫度的上升，可以用來制作受熱的電器絕緣制品。它的擊穿電壓也很高，適合用作電器配件等。抗電壓、耐電弧性好。但是通常PP塑料的抗靜電效果并不理想。

（1）配方（質量份）

PP樹脂　　　　　　　80

三元乙丙橡膠　　　5～15

碳酸鈣　　　　　　 5～15

KH550　　　　　0.1～0.3

（3-月桂酰胺丙基）三甲基硫酸甲酯銨　　0.5～1.5

月桂酸二乙醇酰胺　　　　　　　　　　　0.2～0.6

N，N-二（2-羥己基）-十四酰胺　　　　　0.2～0.6

注：聚丙烯（PP）為上海石化公司牌號 M500R 的聚丙烯。三元乙丙橡膠選用日本三井公司牌號為 4095 的 EPDM 樹脂。碳酸鈣，納米級，300 目。

具體配方實施示例見表1-5。

（2）加工工藝　在高速混合機中，室溫下控制高速混合機轉速在350r/min，將各配方中原料加入后混合5min，取出后轉入雙螺桿擠出機中，在 210℃溫度下擠出造粒，螺桿機轉速控制在400r/min，即獲得抗靜電PP塑料。

（3）參考性能　抗靜電PP塑料防靜電性能進行測試，按照大眾抗靜電測試標準PV3977進行，時間120s，溫度23℃。各測試20次，剔除異常值，再取平均值。表1-6為不同配方的抗靜電PP塑料防靜電性能測試表。

標準：120s后小于等于0.3kV。

從表1-6的測試結果可以看出，將抗靜電劑（3-月桂酰胺丙基）三甲基硫酸甲酯銨、月桂酸二乙醇酰胺和N，N-二（2-羥乙基）-十四酰胺三者復配，抗靜電效果明顯，具有協同抗靜電效果。

對配方1～4的抗靜電PP塑料表面電阻率進行測試，按照GB/T 1410—2006進行。表1-7為抗靜電PP塑料抗靜電性能測試表。

選擇抗靜電效果最好的配方4進行材料的力學性能測試。結果見表1-8。

1.2.3　聚丙烯抗靜電防水塑料

隨著電子電器產品的市場擴大，對抗靜電導熱塑料的需求越來越高，比如電路板材料、電子隔離板、移動通信設備的外殼。一些在室外使用的電子產品，例如空調室外機、室外電箱、手機等，如果濺到或淋到雨水，還是容易引起漏電，造成危害，所以要具有良好的防水性。

（1）配方（質量份）

PP　　　　112

DLTP　　　 23

UV-P　　　　7

炭黑　　　　12

過氧化二異丙苯　　13

己二酸丙二醇酯　　11

氯磺化聚乙烯膠　　12

苯胺　　　　21

二氧化鈦　　9

（2）加工工藝　將混合物放入攪拌機，攪拌均勻后經過常規的密煉，開煉；然后將開煉后的混合物經造粒機造粒，得到顆粒，將顆粒放入水槽冷卻，然后在常溫下干燥。

（3）參考性能　材料的主要性能如下：拉伸強度（GB/T 1040—2006）35MPa，斷裂伸長率（GB/T 1040—2006）15%；沖擊強度（GB/T 1043—2008）4kJ/m2；彎曲強度（GB/T 9341—2008）45MPa；體積電阻率為 4.7×107Ω·cm。

1.2.4　阻燃抗靜電聚丙烯

（1）配方（質量份）

PP　　　　 　100

十溴聯苯醚　　9

Sb2O3　　 　　4

抗靜電劑　　 2.5

硬脂酸　　　 0.5

硬脂酸鈣　　0.2

本配方選擇二甲基乙醇基酰胺丙基銨硝酸鹽作抗靜電劑，其結構特點是分子的一端帶有強親水基—OH，另一端帶有疏水基團。在加工過程中，疏水基團朝向高聚物內部，而親水基團具有滲出至塑料表面的特性，吸附空氣中水分形成肉眼不能察覺的導電膜，使靜電迅速地被導走，避免蓄電，達到消除靜電的目的。

（2）加工工藝　表1-9為制備阻燃抗靜電PP雙螺桿溫度。

（3）參考性能　純PP表面電阻率為2.1×1016Ω，加入抗靜電劑后PP的表面電阻率下降約4個數量級，可有效提高PP的電導并降低其起靜電能力。在國家軍用標準GJB 3007—1997中，將表面電阻率等于或大于1×105Ω，但小于2.1×1012Ω的材料定義為靜電耗散材料，采用此種材料制作的各種制品可對中級及較低敏感程度的電子產品提供有效的靜電防護。

1.2.5　LDPE抗靜電發泡塑料

聚乙烯發泡塑料經常被用作包裝材料，在電子領域，為了減小靜電對電子器械的危害，需要包裝材料具有抗靜電性。

（1）配方（質量份）

LDPE　　　　 　　　　 100 

碳酸鈣　　　　 　　　 　50

偶氮二甲酰胺（AC）　　10 

EVA　　　　 　　 　35～45

阻燃劑　　　　　 　　 　 30

硬脂酸鋅　　　 　　 　1～5

交聯劑　　　　 　　 0.1～1.5

促進劑　　 　　 　 　　　 5

導電炭黑　　 　　　 　2～8

不銹鋼纖維　　 　　　 8～13

注：阻燃劑為氫氧化鋁與三聚氰胺的等質量混合物；交聯劑為三聚磷酸鈉（TPP）與過氧化二異丙苯（DCP）等質量混合物。 

（2）加工工藝　制備方法為一步法發泡獲得。

（3）參考性能　制得的抗靜電聚乙烯發泡塑料的性能為：體積電阻率為105Ω·cm，拉伸強度 27.9MPa，斷裂伸長率251%。

1.2.6　HDPE抗靜電片材

配方分別給出了普通型抗靜電材料、永久性抗靜電材料、金屬纖維、導電金屬氧化物及導電炭黑五種抗靜電填料填充的方式和效果。

（1）配方（質量份）

① 普通型抗靜電材料填充

高密度聚乙烯（HDPE）　　98.5

抗靜電劑HDC-103　　　　　1.5

注：擠出吹塑級Hostalen GF 4760，MFR=0.4g/10min，德國Basell公司。填料抗靜電劑HDC-103，類型：非離子型表面活性劑，杭州臨安德昌化學有限公司。

② 永久性抗靜電材料填充

高密度聚乙烯HDPE　　95

IRGASTAT?P18　　　　5

IRGASTAT?P18為永久性抗靜電劑，汽巴精化公司。

③ 金屬纖維填充

高密度聚乙烯HDPE　　95

金屬纖維　　　　　　　5

金屬纖維：國產不銹鋼纖維（裁剪至長1cm左右的纖維簇），然后不銹鋼纖維束經過包覆處理，再切斷為長約0.5cm的小段樣品制備。

④ 導電金屬氧化物填充

高密度聚乙烯HDPE　　80

白色導電二氧化鈦　　　20

注：白色導電二氧化鈦TIPAQUE ET-521（W），日本公司Ishihara Sangyo Kaisha公司。

⑤ 導電炭黑填充

高密度聚乙烯HDPE　　80

導電炭黑　　　　　　　10

導電炭黑VULCAN XC-72，美國CABOT公司。

（2）加工工藝　各種原料經干燥處理后，按比例進行混配并用雙螺桿擠出機擠出造粒。制片法將制得的抗靜電粒料采用單螺桿擠出片材，再經三輥壓光機壓光。

采取雙螺桿擠出機、側喂料的方式進行炭黑的填充，該方法為典型的熔融混合。在沒有側喂料擠出機時，炭黑含量就得不到好的控制。如果直接將炭黑進行預混后進入雙螺桿擠出機一步擠出造粒將更加方便。

（3）參考性能

① 普通型抗靜電材料填充　表1-10為普通型抗靜電劑填充抗靜電片材表面電阻率。

通過表1-10可以看出，該非離子型表面活性劑型抗靜電劑，添加后對HDPE表面電阻率具有明顯的改善作用。但是該抗靜電效果隨時間的推移而發生改變，剛加工出來后，由于小分子未充分擴散至表面，表面電阻率偏高。停放24h后達到最佳效果，但隨著時間推移，及使用中水洗、摩擦等因素，抗靜電效果發生衰減。

抗靜電劑HDC-103的優點是其用量少，加工簡單，效果明顯，價格低廉。缺點是存在小分子析出污染，在過于干燥的條件下，抗靜電效果會下降，且抗靜電效果具有時效性。可以應用于不怕小分子析出污染、對抗靜電效果要求時限不長的包裝材料領域。

② 永久性抗靜電材料填充　永久性抗靜電劑填充抗靜電片材表面電阻率見表1-11。通過對產品表面電阻率與時效性測試，發現該抗靜電劑填充后不隨時間的推移而發生改變，且對產品的顏色、性能等均無大的影響。

IRGASTAT?P18為永久性、無遷移的抗靜電劑。熱穩定好和在低濕度下的效用好，效果的即時性好，表面電阻率能達到1010Ω。導電劑無色，允許顏料的使用，加入后聚合物透明，適用于薄膜及透明家庭用品。抗靜電性能好，不發火花不需接地，無粉塵及微粒污染，適用于干凈的家庭用品。永久性有效性長，不依賴濕度能確保在苛刻條件下使用有效性不遷移、不污染包裝物、無印刷問題、形成導電網絡效果迅速，不影響材料性能。缺點是對產品電阻率的降低效果并不明顯，不適用于一些對電阻率要求較高的應用場合。制得的抗靜電片材可以用于電子行業、工業包裝，以及干凈室內環境的家用及部分商用的設備所需抗靜電塑料。此產品可用于熱塑性聚合物、透明薄膜、纖維或者注塑產品。

③ 金屬纖維填充　通過對不同金屬纖維添加量的片材進行對比，發現在金屬纖維添加量足夠時，所得片材導電效果明顯，近似于導體。但是添加量過低，金屬纖維被樹脂包覆后，就達不到導電效果，金屬纖維含量對片材表面的影響見表1-12。

金屬纖維的優點是添加少量的情況下即可達到明顯的導電效果；缺點是分散性不好，表觀質量差，產品質量不穩定，添加量大、易發生熱氧化和對基體老化有催化作用等，且價格昂貴，對生產設備有損傷。

其應用范圍包括一些對導電要求比較高，環境不是很惡劣的地方。更多的是與纖維混紡后進行編織，很少用于片材包裝材料中。

④ 導電金屬氧化物填充　對片材表觀及導電性進行對比，結果如表1-13所示。通過表1-13中幾項數據的對比可以發現，進口導電二氧化鈦TIPAQUE ET-521（W）質量無論是白度、分散性還是導電性均優于國產導電鈦白粉ECP-T1。

導電二氧化鈦TIPAQUE ET-521（W）是在二氧化鈦表面包膜SnO2/Sb導電層的白色導電材料，在提高樹脂分散性改性后可用于控制靜電問題的球狀導電性材料。利用導電涂層，在高填充量下形成導電網絡以達到永久性降低電阻率的效果。其優點是易于調色，對濕氣和化學物理的穩定性優良。缺點是填充量大，對基體樹脂材料的性能破壞大。其應用范圍包括：對材料的力學性能要求不高，且需要進行染色的領域，如防靜電設備無灰塵的建筑導靜電材料涂料、油墨、塑料、橡膠、織物靜電記錄紙等。

⑤ 導電炭黑填充　導電炭黑VULCAN XC-72是美國最大的炭黑企業卡博特生產的工業用標準導電炭黑，該產品廣泛應用于需要導電性和抗靜電性的各個工業領域。該產品具有高導電性、易分散、耐紫外線等特點。此種產品為高純度、超細和低雜質的炭黑，被眾多國際大型工業生產商采用。

采用和興化學導電乙炔炭黑和導電炭黑VULCAN XC-72進行性能對比（表1-14）。表1-15為和興化學導電乙炔炭黑性能參數。乙炔炭黑與其他炭黑相比具有以下特性：質量輕、密度小、比表面積大、吸附性強、化學性質穩定、表面活性好、導電性高、純凈度高、灰分和揮發分低。對比粉狀乙炔黑，粒狀炭黑具有體積小、便于運輸、粉塵污染小、利于改善使用環境流動性及分散性好等優點。

分別選取5%、8%、10%、12%、15%五個不同的炭黑填充率進行電學性能比較。由圖1-6可知，三種炭黑在賦予復合材料導電性能方面有一定區別。在相同條件下，三種炭黑填充所得的HDPE復合材料滲濾閾值分別是VXC-72和AC粒狀為10%附近，而AC粉狀為15%附近。這主要是因為三種炭黑的結構和表面性質不同。經過造粒后的炭黑比粉狀炭黑更容易分散在HDPE中。粒狀炭黑存在較大的空隙體積，結構性很高，而且空殼結構導致其表觀密度較小，因而在基體中的分布比其他炭黑密集，粒子間距離小，容易接觸。所以在相同填充量下，形成導電通路的概率增加，能賦予材料更高的導電性。

對比和興化學造粒后的乙炔炭黑與CABOT公司的導電炭黑VXC-72，從各自給出的相關技術參數中粒徑、密度、吸油值等參數，以及填充HDPE后所表現出的制品表觀狀況和表面電學性能來看，二者性能相近。

1.2.7　低炭黑含量 PP/PA/GF/CB 抗靜電材料

電子產品易受到靜電的損害。每年全球的電子元件和產品在生產、裝配、貯存和運輸過程中由于靜電造成的損失達數百億美元。抗靜電材料可以減慢電荷的移動防止靜電損害，研究表明，抗靜電材料最佳的表面電阻系數為 106～109Ω。四元 PP/PA/GF/CB 體系在熔融混合階段自發形成 PA包覆玻璃纖維，炭黑沉積于 PP/PA 界面和 PA 相中的三重逾滲導電網絡結構。該結構的形成大大降低了材料發生“逾滲轉變”所需的臨界炭黑含量，這是新型 PP/PA/GF/CB 材料在極低的炭黑含量下具有良好的抗靜電效果的原因。PA 與 GF 間的界面親和力是該結構形成的關鍵因素。

本例制備極低炭黑含量的聚烯烴抗靜電復合材料，PP/PA/GF/CB 材料在炭黑（EC 600）含量小于2%時就能夠很好地滿足抗靜電（106～109Ω）的要求。這種極低的炭黑含量更有利于材料的成型加工，把力學性能上的損失降到最低，解決了目前存在的炭黑含量與材料性能間的矛盾。

（1）配方（質量份）

PP　　62

PA　　15

GF　　15

CB　　8

（2）加工工藝　將經真空干燥的PA（90℃，10h）和炭黑按一定比例充分混合，置于同向雙螺桿擠出機熔融共混并擠出造粒。雙螺桿擠出機及口模的溫度控制在150～250℃，螺桿轉速為50～200r/min，混合物在雙螺桿擠出機中的停留時間控制在60～240s，然后擠出造粒，制得母料。

將母料、抗氧劑、添加劑按一定比例加入PP中，用高速混合機混合均勻后，與玻璃纖維一起置于同向雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出造粒，玻璃纖維由螺桿中段的玻璃纖維加料口加入。雙螺桿擠出機及口模的溫度控制在180～220℃，螺桿轉速為50～200r/min，混合物在雙螺桿擠出機中的停留時間控制在60～240s，然后擠出造粒，隨后將擠出物按相應標準注塑成型，制得PP/PA/GF/CB抗靜電復合材料。注塑時熔融溫度200～290℃、模具溫度40～60℃、注射速率低速或中速。

（3）參考性能

① PP/PA/GF/CB 材料的電性能　圖1-7為PP/CB、PP/PA/CB、PP/PA/GF/CB 材料體積電阻率與炭黑含量的關系。由圖1-7可以看出，在所有體系中，隨著炭黑含量的增加，材料的體積電阻率下降，發生典型的逾滲現象。三種體系發生逾滲轉變的炭黑臨界閾值各不相同。PP/CB 體系的逾滲閾值約為 10%，相比于單一聚合物體系，PP/PA/CB 體系的逾滲閾值要低一些（8%），而 PP/PA/GF/CB 體系在炭黑含量為 4%時即發生逾滲現象，逾滲閾值最低。同時，如圖1-7 所示，炭黑含量為 8%時 PP/PA/GF/CB　材料的體積電阻率約為106Ω·cm，能很好地滿足抗靜電的要求。而在相同炭黑含量下，PP/CB 和 PP/PA/CB 材料的體積電阻率分別為1011Ω·cm 和 1016Ω·cm，完全為絕緣材料。因此，與PP/CB、PP/PA/CB 材料相比，PP/PA/GF/CB 材料的逾滲閾值最低；相同炭黑含量下，其電性能也最好。 

② PA 含量對 PP/PA/GF/CB 材料電性能的影響　圖1-8為PP/PA/GF/CB材料表面電阻率與PA含量的關系曲線。如圖1-8所示，隨著PA含量的增加，PP/PA/GF/CB材料的表面電阻率先降低后升高，PA含量為15%時材料的電性能最佳。

PA含量5%、15%時，PP/PA/GF/CB體系中的玻璃纖維表面都包覆著一層PA，二者相比較，后者的玻璃纖維表面包覆的PA層更厚一些。不同 PA含量的PP/PA/GF/CB材料淬斷斷面的SEM照片見圖1-9。PA含量小于5%時，由于體系中的PA含量過低，包覆著玻璃纖維的PA還不能形成連續相，炭黑也就無法通過PA相形成完整的導電通路，此時材料的表面電阻率相對較高（>109Ω）；PA含量為15%時，包覆著玻璃纖維的PA已形成連續相，炭黑也就隨之形成了完整的導電通路，材料的表面電阻率降低至約106Ω。而PA含量大于50%時，體系中包覆結構消失，分散相PP與玻璃纖維相各自獨立分布，玻璃纖維表面變得十分光潔。此時體系中的玻璃纖維已不能起到導電“橋梁”的作用，炭黑粒子無規分散在PA基體相中，此炭黑含量下根本無法形成導電網絡，此時材料的表面電阻率最高（約1013Ω）。此結構上的變化與D.Benderly等對PP/PA6/GB體系的研究結論一致。因此，PP/PA/GF/CB材料中的PA含量在5%～20%范圍內為宜。

③ GF 對 PP/PA/GF/CB 材料電性能的影響　圖1-10為PP/PA/GF/CB材料表面電阻率與GF含量的關系曲線。如圖所示，隨GF含量的增加，PP/PA/GF/CB材料的表面電阻率先降低后略有升高，玻璃纖維含量20%時材料的電性能最好。

④ 相容劑對 PP/PA/GF/CB 材料電性能的影響　將馬來酸酐（MAH）接枝到PP上，使PP帶有極性基團，然后將PP-g-MAH作為相容劑加入到PP/PA/GF/CB體系中。其中相容劑的添加量為PP量的5%，并取代相同質量的PP。經測試PP/PP-g-MAH/PA/GF/CB（57/5/15/15/8）表面電阻率為1011Ω，PP/PA/GF/CB（62/15/15/8）的為106Ω，表明在PP/PA/GF/CB（62/15/15/8）復合體系中加入相容劑PP-g-MAH后體系的表面電阻率顯著升高。加入相容劑PP-g-MAH后，體系中的PA與GF各自獨立分布，GF表面比較光滑。炭黑無法通過PA相形成導電通路，導致PP/PA/GF/CB材料的電阻率顯著升高，因此本配方不使用相容劑。

⑤ PP/PA/GF/CB抗靜電材料的力學性能　作為功能高分子材料，PP/PA/GF/CB抗靜電材料的力學性能，諸如拉伸強度、彎曲模量、沖擊強度等，并不是最重要的性能指標，但它可以決定該材料的應用范圍。因此，具有優異的電性能，又具有良好的力學性能的復合材料才是配方所追求的目標。表1-16為PP/PA/GF/CB材料與PP/PA/CB、PP/CB材料的性能對比。由表可知，在表面電阻率相同的前提下，新型PP/PA/GF/CB材料的力學性能全面優于傳統的PP/PA/CB、PP/CB材料，具有更好的空間穩定性。我們知道，炭黑粒子的加入通常會降低熱塑性樹脂的力學性能，因此低炭含量的材料在力學性能上往往占有優勢。此外，高炭黑含量的PP/CB材料中炭黑粒子的脫落會造成環境污染，限制此類材料的應用范圍，而新型低炭含量PP/PA/GF/CB材料中的炭黑粒子不易脫落，可以應用于一些環保要求較高的領域。

1.2.8　導電炭黑改性PE-RT抗靜電復合材料

耐熱聚乙烯（PE-RT）由乙烯和辛烯共聚得到，管道易于彎曲，方便施工。但電阻極高，在使用過程中容易積累靜電而帶來安全隱患，對塑料管材進行抗靜電改性的研究受到了廣泛關注。導電炭黑（CB）具有成本低和抗靜電持久等優點，被廣泛應用于塑料的抗靜電改性，然而PE-RT管材料相較于普通塑料具有黏度高及熔體強度大等特點，導電炭黑在其中分散 困難。目前降低聚合物基導電炭黑復合體系逾滲閾值的有效途徑是在復合體系中引入與基體相容性較差的第3相，且該相能夠在基體中形成連續結構，CB能夠選擇性富集在該相中或者兩相界面處，從而在復合體系中形成導電通道，即產生雙逾滲作用，可以有效降低CB的填充量。然而第3相的引入使得復合體系的力學性能損失嚴重。本例采用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）載體導電炭黑母粒（CBE）作為導電介質，配以一定比例的聚乙烯-辛烯共聚彈性體（POE），結合雙逾滲理論，制備出了具有導電網絡形貌的抗靜電管材料。

（1）配方（質量分數/%）

PE-RT　　　 68.46

CBE　　　　 24.11

CB　　　　　 12.05

POE　　 　　 3.86

EBS　　 　 　 2.90

抗氧劑1010　　0.19

抗氧劑168　　 0.19

硬脂酸鋅　　　0.29

（2）加工工藝　將 PE-RT、CBE、CB、POE及相關助劑按照一定質量分數比例稱量好并保證原料干燥。為保證粉末助劑能夠在顆粒料中更好地分散，先將PE-RT、CBE、POE放入高速攪拌機中，加入甲基硅油混合均勻；之后加入相關助劑，再次攪拌混合；最后經同向雙螺桿擠出機熔融塑化造粒，干燥備用。

（3）參考性能　在CBE/POE/PE-RT復合體系中，CB的質量分數為12.05%，隨著POE質量分數增加，復合體系的體積電阻率呈現先下降后上升的趨勢，并在POE質量分數為3.86%時，體系的體積電阻率出現了最小值，達到6.31×106Ω·cm。

1.2.9　PET抗靜電卷材

隨著電子產品的廣泛流行，高分子薄膜的使用率越來越高，而部分高聚物摩擦的靜電壓值大，存在安全隱患。 現有的工藝都是在普通 PET 表面外涂ATO（銻摻雜的二氧化錫）、聚噻吩、炭黑等抗靜電涂層。但該類材料也存有不足之處：抗靜電性能仍不夠出色，一旦 ATO 涂層被破壞或在涂布時涂布不均，則會導致其最終產品的抗靜電能力大打折扣；聚噻吩類型的涂層長期使用后存在易氧化失效的問題。此外，相較于共混法的生產工藝，外涂法工藝步驟多，這無疑既增加了企業的成本投入，也對其生產過程有更高、更嚴苛的要求，以此來降低產品的廢品率。

聚乙炔屬于結構性高分子導電材料，此類共軛型聚合物可通過摻雜后形成高電導率的高分子材料。 該高分子主要是使聚合物中的電子不定域（結構中有共軛雙鍵，π鍵電子作為載流子），通過電荷交換而形成導電性。聚乙炔分子剛性小，易溶，易熔，不易氧化，因此適合作為內混型抗靜電材料，與其他高分子基材共混，制成復合型抗靜電材料。碳纖維的引入可提高PET卷材的導電能力和機械加工性能。氧化錫屬于金屬氧化系填充型抗靜電添加劑，其抗靜電性能接近金屬填充型材料，但價格低廉，性價比高。氧化錫的色相較淡，粒徑很小，相容性好，可滿足有透明要求的防靜電材料。

本例將導電高分子材料與無機抗靜電材料有機結合，得到與抗靜電劑融為一體的復合型PET抗靜電卷材。

（1）配方（質量分數/%）

PET　　 96.6

乙炔　　　　2

石墨　　　0.5

碳纖維　　0.5

氧化錫　　0.3

分散劑　　0.1

注：分散劑的組分為：80%～90%（質量分數）的聚乙烯吡咯烷酮和10%～20%（質量分數）的聚二甲基硅油。

（2）加工工藝　按配方將各組分加入高速攪拌機共混后，雙螺桿擠出造粒。

（3）參考性能　PET抗靜電卷材表面電阻>107Ω/cm2，卷材透明度>80。

1.2.10　聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）導電塑料

（1）配方（質量份）

聚對苯二甲酸丁二醇酯　　100

碳纖維　　15

辛酸鉛　　10

聚丙烯　　15

（2）加工工藝　聚對苯二甲酸丁二醇酯 100 份，碳纖維 15 份，辛酸鉛 10 份和聚丙烯 15 份。將碳纖維 120℃干燥 3h以上，然后以聚對苯二甲酸丁二醇酯為基材，依次加入碳纖維、辛酸鉛和聚丙烯進行復合得產品。

（3）參考性能　PBT導電塑料添加有碳纖維和辛酸鉛，耐磨性好，熱導率高，適用于防靜電材料，體積電阻率達108Ω·m 以下。

1.2.11　ABS抗靜電材料

聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）是具有優異性能的工程塑料。但是，其絕緣性能太好，使得材料表面易積聚靜電荷，當這些靜電荷積累至一定程度，就會發生靜電放電現象。本例合成一種高分子型抗靜電劑，通過成型加工工藝將其與基體共混制成具有抗靜電能力的ABS母粒。

（1）配方（質量分數/%）

ABS（ABS 5000，中國臺灣臺達）　　72.2

抗氧劑B215　　　　　　　　　　　 　0.8

DOP　　　　　　　　　　　　　 　　　2

P（MABB-St）　　　　　　　　　　 　25

（2）加工工藝

① 甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DMAEMA）的合成　甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DMAEMA）的合成流程如圖1-11所示。在控制回流比為3～4時，可以使DMAEMA轉化率最大。將壓力設為-0.1MPa，此時，無色、透明并有氨氣味的DMAEMA就會被減壓抽出。體系的催化劑二月桂酸二丁基錫最佳用量為1%（質量分數），反應溫度為105℃。

② 甲基丙烯酸二甲基丁基溴化銨（MABB）　圖1-12是甲基丙烯酸二甲基丁基溴化銨（MABB）的合成工藝。為了確保能盡可能多地參與反應，將MABB與1-溴正丁烷按摩爾比1∶1.2投料。在反應過程中，阻聚劑采用4-甲氧基酚，并按單體總質量的0.8%加入。丙酮為溶劑。反應溫度40℃，反應時間30h。

③ 陽離子兩親聚合物抗靜電劑的合成　圖1-13是兩親聚合物聚（甲基丙烯酸二甲基丁基溴化銨-苯乙烯）的合成步驟。物料投料比MABB∶St=6∶4，無水乙醇為反應溶劑，反應時間8h，反應溫度60℃。反應開始前用氮氣吹掃，去除體系中可能存在的氧氣。最終產物的產率達88.5%左右。

④ 抗靜電聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯材料的制備　在進行成型加工前，基體與抗靜電劑先在90℃下烘2h，以除去基體特別是抗靜電劑中所含有的水分。然后將基體ABS、抗靜電劑、占混合物總質量0.8%的抗氧劑和增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）用雙螺桿擠出機造粒。

（3）參考性能　材料的拉伸強度42MPa±0.2MPa，斷裂伸長率45%±7%。

1.2.12　高抗沖擊型阻燃抗靜電PVC配方

（1）配方（質量份）

PVC（SG-5）　　100

CPE（含氯量35%的135A）　　9

抗靜電劑聚氧化乙烯　　　　 　15

穩定劑三堿式硫酸鉛　　　　　2.0

二堿式亞磷酸鉛　　　　　　 　0.2 

穩定劑硬脂酸鈣　　　　　　　0.3

硬脂酸鉛　　　　　　　　　　1.8

潤滑劑硬脂酸　　　　　　　　0.4

增韌劑活性納米高嶺土　　　　16

（2）加工工藝　按配方比例稱量各原料，將所有原料一起投入高速混合機中混合攪拌至 110℃，然后冷混至溫度低于60℃后，加入擠出機中，通過熔融共混后經溫度為160℃的機頭擠出并熱切造粒，風冷至室溫后即得高抗沖擊型阻燃、抗靜電PVC材料。

（3）參考性能　表面電阻率小于3×108Ω，沖擊強度大于35kJ/m2。該材料以聚氧化乙烯為抗靜電劑，采用傳統的物理共混方法，制備工藝簡單，控制容易。

1.2.13　透明PVC抗靜電配方

（1）配方（質量份）

PVC　　100

MBS　　15

抗靜電劑十二烷基磺酸鈉　　0.08

聚氧乙烯月桂酸基醚　　　　　1.0

熱穩定劑二月桂酸二丁基錫　　2.0

抗靜電助劑硬脂酸單甘油酯　　1.5

潤滑劑HSt　　　　　　　　　0.5

（2）加工工藝　按配方比例稱量各原料，加入高速混合機中，在80～90℃下高速混合10～15min，然后送入擠出機中熔融共混擠出造粒。擠出溫度155～175℃。

（3）參考性能　體積電阻率為2.4×1012Ω·cm。

1.2.14　低成本抗靜電PC樹脂

（1）配方（質量份）

PC（PCL-1225L）　　　　　　　91.5

抗氧劑1010　　　　　　　　　　 0.1

導電炭黑（LioniteCB）　　　　　　7

抗氧劑168　　　　　　　　　　　0.1

金屬離子絡合劑二苯基砜磺酸鹽　　1.0

 潤滑劑PETS　　　　　　　　　　0.4

金屬離子協效絡合劑磷酸二氫鈉　　0.5

（2）加工工藝　首先將PC樹脂在100～120℃烘箱中干燥5～6h，然后按配方比例將干燥后的PC樹脂與導電炭黑、二苯基砜磺酸鹽、磷酸二氫鈉、抗氧劑和潤滑劑加入高速混合機中混合攪拌20min，使物料充分混合分散均勻，混合好的物料投入雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒。擠出機料筒各區段溫度控制在200～280℃之間。雙螺桿擠出機設有兩個抽真空處，一處位于加料段的末端熔融段的開始端，另一處位于計量段。

（3）參考性能　熔體流動速率（300℃，1.2kg）為1.7g/10min，缺口沖擊強度為190J/m，表面電阻率106Ω，該材料使用低成本導電炭黑LioniteCB替代EC600JD，在不降低材料性能的情況下，極大降低了材料成本。

1.2.15　抗靜電無鹵低煙PC/ABS合金

（1）配方（質量份）

PC　　　　　　　　　　　　　　　　　70

阻燃協效劑：雙酚A雙（二苯基磷酸酯）　1

ABS　　　　　　　　　　　　　　　　　30

抗靜電劑乙氧化烷胺　　　　　　　　　　1

相容劑 LLDPE-g-MAH　　　　　　　　　 3

鈦酸酯偶聯劑TC-109　　　　　　　　　　5

阻燃劑氫氧化鎂　　　　　　　　　　　　20

分散劑亞乙基雙脂肪酸酰胺（TAF）　 　　0.5

三氧化鉬　　　　　　　　　　　　　　 　8

抗氧劑1010　　　　　　　　　 　　　 　0.2

碳酸鎂　　　　　　　　　 　　 　　 　　 5

抗氧劑168　　　　　　　　 　　 　　 　0.3

阻燃協效劑紅磷　　　　　　　 　　 　　 4

（2）加工工藝　先將PC和ABS樹脂進行干燥處理，然后按配方比例將干燥后的PC樹脂和ABS樹脂與阻燃劑、阻燃協效劑、相容劑、抗靜電劑、偶聯劑、分散劑和抗氧劑加入高速混合機中混合攪拌均勻，混合好的物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融擠出、冷卻，再經切粒機切粒得到圓柱形顆粒料。采用共混分散型螺桿組合，使合金與阻燃劑均達到最佳分散效果。擠出機料筒各區段溫度分別為一區210～230℃、二區 220～240℃、三區230～250℃；螺桿長徑比為（35～40）∶1；螺桿轉速350～500r/min。

（3）參考性能 　拉伸強度61.9MPa，完全強度100.7MPa，彎曲彈性模量2.31GPa，簡支梁無缺口沖擊強度為110.1kJ/m2，簡支梁缺口沖擊強度為41kJ/m2，阻燃性UL94V-0級，煙密度36，表面電阻率（1周）1012Ω，表面電阻率（90d）1011Ω。

該材料所用的無機阻燃劑具有無鹵、低煙、無毒無腐蝕、阻燃性好、熱穩定性高、對材料力學性能幾乎無影響等優點，所用抗靜電劑具有高效、無毒、環保等特點，且長期抗靜電性能良好。

1.2.16　抗靜電耐磨PS塑料

（1）配方（質量份）

PS　　　　　　　 160～165

硫酸鈣　　　　　　 10 ～13

氯丁橡膠　　　　　30 ～35

炭黑　　　　　　　 　6～10

光穩定劑GW-770　　10～14

氮化硼　　　　　　　 10～12

紫外線吸收劑UV-P　　10～15

氧化鈹　　　　　　　 10～14

三乙烯四胺　　　　　10～15

（2）加工工藝　按配方比例稱量各原料，在高速混合機中高速混合攪拌5～10min，充分混合均勻后經過常規的密煉、開煉，然后將開煉后的混合物料經造粒機造粒，將粒料放入水槽冷卻，然后在常溫下干燥，即得PS抗靜電耐磨塑料。

（3）參考性能　拉伸強度為34～36MPa，斷裂伸長率為12%～14%，沖擊強度為3.8～4.2kJ/m2，彎曲強度為45～46MPa，體積電阻率（4.5～4.8）×107Ω·cm。該材料具有良好的抗靜電和耐磨性能，并且不影響塑料的力學強度。