專利名稱：不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法。
背景技術(shù)：
塑料本身是良好的絕 緣體，大部分塑料的體積電阻率都超過(guò)1015Ω. Cm，甚至可達(dá)到102°Ω. Cm。塑料的絕緣性導(dǎo)致塑料制品表面積累的靜電荷無(wú)法得到釋放，進(jìn)而形成靜電壓，容易吸附灰塵等污物，靜電電壓達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電與電擊現(xiàn)象。另一方面，隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展，電磁波干擾和射頻干擾成為了新的“環(huán)境污染”問(wèn)題，精密電子元器件之間的微電流很容易受到這樣的復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，產(chǎn)生誤動(dòng)作、圖像障礙等故障。同時(shí)，一些設(shè)備所產(chǎn)生的高頻率電磁波，對(duì)人體也有一定的危害，所以我們希望電子設(shè)備的外殼都具有一定的電磁波屏蔽性能。復(fù)合型導(dǎo)電塑料是指在塑料基體中加入導(dǎo)電填料(如碳黑、石墨、碳纖維、碳納米管、金屬粉末、金屬纖維等)，通過(guò)分散復(fù)合、層積復(fù)合等不同的方式加工后得到的一種復(fù)合材料。這類材料既保持了高分子材料的優(yōu)異特性又具有導(dǎo)電的功能，而且成本比較低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。根據(jù)添加的導(dǎo)電填料的類型，復(fù)合型導(dǎo)電塑料可分為碳系和金屬系兩種，金屬系的導(dǎo)電填料常用的金屬主要有銀、銅、鎳和鐵等。金屬填充型導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性能受到導(dǎo)電填料的種類、形狀、數(shù)量等因素的影響。比如金屬纖維由于其長(zhǎng)徑比較大，有較大的接觸面積，在基體中容易相互搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所以在相同的含量下，金屬纖維的導(dǎo)電性能要明顯好于金屬粉末。目前，不銹鋼纖維被認(rèn)為是最好的導(dǎo)電塑料填料之一，其具有優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性和導(dǎo)電性能，備受國(guó)內(nèi)外研究人員的認(rèn)可，而且不銹鋼纖維對(duì)制備出的導(dǎo)電塑料的外觀和性能影響較小。目前，生產(chǎn)不銹鋼纖維復(fù)合型導(dǎo)電塑料基本都是采用反應(yīng)擠出工藝，原料樹(shù)脂和其他助劑由雙螺桿擠出機(jī)喂料口以重力方式加入，連續(xù)或短切的不銹鋼纖維由擠出機(jī)的排氣口或側(cè)喂料口處引入螺桿，通過(guò)螺桿的剪切混合，使纖維與樹(shù)脂均勻混合，并由口模擠出，經(jīng)冷卻后進(jìn)切粒機(jī)切粒。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單、纖維含量分布窄和生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性高，但由于不銹鋼纖維的材質(zhì)為百分百不銹鋼，連續(xù)的不銹鋼纖維會(huì)對(duì)螺桿產(chǎn)生較高的磨損，會(huì)大幅度降低螺桿的使用壽命。另外，由于雙螺桿剪切作用較強(qiáng)，不銹鋼纖維容易被剪的很碎，從而影響了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，因此需要很高的添加量才可獲得較好的導(dǎo)電性能，所以不銹鋼纖維復(fù)合型導(dǎo)電塑料的應(yīng)用推廣一直受到性能的限制，在很多應(yīng)用場(chǎng)合依然無(wú)法完全替代一些傳統(tǒng)金屬材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料，可以改進(jìn)目前普遍使用的反應(yīng)擠出工藝的產(chǎn)品缺陷。在不銹鋼纖維與樹(shù)脂共擠出的過(guò)程中，螺桿不對(duì)纖維施加剪切作用，可以在最大限度上保持不銹鋼纖維的長(zhǎng)度，使導(dǎo)電塑料產(chǎn)品以較低的纖維含量獲得較高的導(dǎo)電性能，大幅度降低了材料的成本，促進(jìn)材料的應(yīng)用普及。較長(zhǎng)的纖維長(zhǎng)度可大幅度提高材 料的導(dǎo)電性能，使其體積電阻率最低可達(dá)KT1Q. cm，使用同軸法蘭法測(cè)試2mm厚的樣品，電磁屏蔽效能在30MHz iOOOMHz頻率范圍內(nèi)可達(dá)40 65dB。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是按整體的3 40重量百分比在樹(shù)脂材料中含有不銹鋼纖維，并以環(huán)氧乳液和硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配處理液做界面相容劑，由不銹鋼纖維表面均勻地包覆一層樹(shù)脂材料制成，包括以下步驟步驟一用環(huán)氧乳液和偶聯(lián)劑復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維進(jìn)行表面處理，在烘箱中烘干；步驟二 采用包覆口模通過(guò)牽引拉出，從而在不銹鋼纖維表面包覆樹(shù)脂材料；步驟三通過(guò)切粒機(jī)切成顆粒，得到不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒。進(jìn)一步講步驟一是用含5% 40%的環(huán)氧乳液和O. 2% 2%的偶聯(lián)劑復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維進(jìn)行表面處理，將處理過(guò)的不銹鋼纖維在80°C 110°C下烘干48h備用，并保證不銹鋼纖維含水率低于O. 2% ;步驟二是在雙螺桿擠出機(jī)中裝入混合均勻的樹(shù)脂材料，210°C 260°C之間熔融混煉，熔融物料沿?cái)D出機(jī)機(jī)頭擠出到與之連接的包覆口模中，處理過(guò)的不銹鋼纖維沿與樹(shù)脂成垂直方向進(jìn)入包覆口模，然后沿不銹鋼纖維平行方向牽引拉出，從而在不銹鋼纖維表面包覆樹(shù)脂材料；步驟三是將步驟二中拉出的表面包覆有樹(shù)脂材料的不銹鋼纖維經(jīng)過(guò)冷卻水冷卻，進(jìn)入切粒機(jī)切成2 20_長(zhǎng)度的顆粒，得到不銹鋼纖維復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒。所述環(huán)氧乳液選自于雙酚A、環(huán)氧雙酚S、環(huán)氧齒代雙酚A、酚醛環(huán)氧、環(huán)氧雙酚F環(huán)氧、丙三醇、季戊四醇環(huán)氧、丙烯酸環(huán)氧和乙二醇中的任一種。所述偶聯(lián)劑選自于Y-(2, 3_環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基娃燒、Y _氨丙基二乙氧基硅烷、鈦酸酯偶聯(lián)劑、Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和鋁酸酯偶聯(lián)劑中的任一種。所述不銹鋼纖維的直徑為3 20 μ m，每束不銹鋼纖維的根數(shù)為Ik 12k。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，克服已有技術(shù)的缺陷。采用樹(shù)脂包覆的生產(chǎn)工藝，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是能在最大程度上保持不銹鋼纖維在導(dǎo)電塑料制品中的長(zhǎng)度，因此，使材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能都有大幅度提高。特別是導(dǎo)電性能和電磁屏蔽效能，體積電阻率最低可達(dá)到 ο—1 Ω . Cm,同軸法蘭法測(cè)試該材料在30MHz iOOOMHz頻率范圍內(nèi)的電磁屏蔽效能可達(dá)到40 65dB。


圖I為本發(fā)明不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料制備方法流程示意圖；圖2為由本發(fā)明制備方法制得的導(dǎo)電塑料顆粒的截面圖。圖中I-不銹鋼纖維，2-雙螺桿擠出機(jī)，3-包覆口模，4-冷卻水槽，5-牽引機(jī)，6-切粒機(jī)，7-不銹鋼纖維束，8-樹(shù)脂層。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例講述本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容，提供實(shí)施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。本發(fā)明不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料制備方法中所用的設(shè)備布置如圖2所示，其中，包覆口模3與冷卻水槽4、牽引機(jī)5和切粒機(jī)6沿不銹鋼纖維I運(yùn)行方向依次排開(kāi)。
實(shí)施例I使用含8%的環(huán)氧鹵代雙酚A和O. 4%的Y-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷與去離子水形成復(fù)配處理液，以該復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維(其直徑為10 μ m，每束纖維根數(shù)為4k)進(jìn)行表面處理，以提高不銹鋼纖維與樹(shù)脂材料的界面結(jié)合性能；將處理過(guò)的不銹鋼纖維在100°C下烘干48h備用，并保證不銹鋼纖維含水率低于O. 2%。將96. 5份熔融指數(shù)為10g/10min的聚碳酸酯樹(shù)脂，O. 5份季戊四醇硬脂酸酯，3份丙烯晴/ 丁二烯/苯乙烯共聚物高膠粉在高速混合機(jī)中混合5 15分鐘，保證各組分混合均勻；
如圖I所示，將混合好的原料加入同向雙螺桿擠出機(jī)2的喂料斗中，通過(guò)雙螺桿擠出對(duì)其進(jìn)行熔融混煉，混煉溫度設(shè)定在210°C 260°C，并由擠出機(jī)機(jī)頭擠出。機(jī)頭外接一個(gè)包覆口模3，不銹鋼纖維I沿與樹(shù)脂成垂直方向進(jìn)入模具，然后經(jīng)牽引機(jī)5沿不銹鋼纖維I平行方向牽引拉出，從而在不銹鋼纖維表面包覆樹(shù)脂材料，在拉出過(guò)程中，通過(guò)控制牽引速度，使不銹鋼纖維的含量在30% (重量分?jǐn)?shù))左右。將上述拉出的表面包覆有樹(shù)脂材料的不銹鋼纖維經(jīng)過(guò)冷卻水槽4中的冷卻水進(jìn)行冷卻，進(jìn)入切粒機(jī)6切成5mm長(zhǎng)度的顆粒，即得到不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒，其截面如圖2所示，其中，不銹鋼纖維束7，樹(shù)脂層8。實(shí)施例I得到的不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒料，按照GB/T 15662標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，體積電阻率可達(dá) ο—1 Ω . Cm,將獲得的顆粒料注塑成厚度為2mm的樣品后，經(jīng)同軸法蘭法測(cè)試電磁屏蔽效能在30MHz 1000MHz頻率范圍內(nèi)為40 60dB。實(shí)施例2使用含40%的環(huán)氧雙酚F環(huán)氧和2%的Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷與去離子水復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維(其直徑為10 μ m，每束纖維根數(shù)為4k)進(jìn)行表面處理，提高不銹鋼纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合性能。將處理過(guò)的不銹鋼纖維在100°C下烘干48h備用，并保證不銹鋼纖維含水率低于0. 2%。將71. 5份熔融指數(shù)為22g/10min的聚碳酸酯樹(shù)脂，18份磷酸三苯酯，0. 5份乙撐雙硬脂酰胺，10份甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物在高速混合機(jī)中混合5 15min，保證樹(shù)脂與各種助劑混合均勻，將混合好的原料加入同向雙螺桿擠出機(jī)2的喂料斗中，通過(guò)雙螺桿擠出對(duì)其進(jìn)行熔融混煉，并由擠出機(jī)機(jī)頭擠出。雙螺桿擠出機(jī)2不同加熱段的溫度設(shè)置在210°C 260°C之間。機(jī)頭外接一個(gè)包覆口模3，不銹鋼纖維I沿與樹(shù)脂成垂直方向進(jìn)入模具，然后經(jīng)牽引機(jī)5沿不銹鋼纖維I平行方向牽引拉出。將上述拉出的表面包覆有樹(shù)脂材料的不銹鋼纖維經(jīng)過(guò)冷卻水槽4中的冷卻水進(jìn)行冷卻，進(jìn)入切粒機(jī)切成6mm長(zhǎng)度的顆粒，即得到不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒。生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)控制牽引速度，使不銹鋼纖維的含量在20%左右。實(shí)施例2得到的不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒料，按照GB/T 15662標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，體積電阻率可達(dá) ο—1 Ω . Cm,將材料注塑成厚度為2mm的樣品后，經(jīng)同軸法蘭法測(cè)試電磁屏蔽效能在30MHz 1000MHz頻率范圍內(nèi)為40 60dB。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù) 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，按整體的3 40重量百分比在樹(shù)脂材料中含有不銹鋼纖維，并以環(huán)氧乳液和硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配處理液做界面相容劑，由不銹鋼纖維表面均勻地包覆一層樹(shù)脂材料制成，包括以下步驟 步驟一用環(huán)氧乳液和偶聯(lián)劑復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維進(jìn)行表面處理，在烘箱中烘干; 步驟二 采用包覆口模通過(guò)牽引拉出，從而在不銹鋼纖維表面包覆樹(shù)脂材料； 步驟三通過(guò)切粒機(jī)切成顆粒，得到不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，其特征在于，進(jìn)一步講 步驟一是用含5% 40%的環(huán)氧乳液和O. 2% 2%的偶聯(lián)劑復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維進(jìn)行表面處理，將處理過(guò)的不銹鋼纖維在80°C 110°C下烘干48h備用，并保證不銹鋼纖維含水率低于O. 2% ； 步驟二是在雙螺桿擠出機(jī)中裝入混合均勻的樹(shù)脂材料，210°C 260°C之間熔融混煉，熔融物料沿?cái)D出機(jī)機(jī)頭擠出到與之連接的包覆口模中，處理過(guò)的不銹鋼纖維沿與樹(shù)脂成垂直方向進(jìn)入包覆口模，然后沿不銹鋼纖維平行方向牽引拉出，從而在不銹鋼纖維表面包覆樹(shù)脂材料； 步驟三是將步驟二中拉出的表面包覆有樹(shù)脂材料的不銹鋼纖維經(jīng)過(guò)冷卻水冷卻，進(jìn)入切粒機(jī)切成2 20mm長(zhǎng)度的顆粒，得到不銹鋼纖維復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，其特征在于，所述環(huán)氧乳液選自于雙酚A、環(huán)氧雙酚S、環(huán)氧齒代雙酚A、酚醛環(huán)氧、環(huán)氧雙酚F環(huán)氧、丙三醇、季戊四醇環(huán)氧、丙烯酸環(huán)氧和乙二醇中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，其特征在于，所述偶聯(lián)劑選自于Y _ (2, 3-環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基娃燒、Y _氨丙基二乙氧基娃燒、欽酸酯偶聯(lián)劑、Υ_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和鋁酸酯偶聯(lián)劑中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，其特征在于，所述不銹鋼纖維的直徑為3 20 μ m，每束不銹鋼纖維的根數(shù)為Ik 12k。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，按整體的3～40重量百分比在樹(shù)脂材料中含有不銹鋼纖維，并以環(huán)氧乳液和硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配處理液做界面相容劑，由不銹鋼纖維表面均勻地包覆一層樹(shù)脂材料制成，步驟包括用環(huán)氧乳液和偶聯(lián)劑復(fù)配處理液對(duì)不銹鋼纖維進(jìn)行表面處理，在烘箱中烘干；采用包覆口模通過(guò)牽引拉出，從而在不銹鋼纖維表面包覆樹(shù)脂材料；通過(guò)切粒機(jī)切成顆粒，得到不銹鋼纖維樹(shù)脂基復(fù)合導(dǎo)電塑料的顆粒。本發(fā)明制備的導(dǎo)電塑料擁有極好的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，體積電阻率最低可達(dá)10-1Ω.cm，同軸法蘭法測(cè)試結(jié)果表明，該材料厚度為2mm時(shí)的電磁屏蔽效能在30MHz～1000MHz頻率范圍內(nèi)為40～65dB。
文檔編號(hào)B29B9/06GK102617986SQ201210098259
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者萬(wàn)怡灶, 史航 申請(qǐng)人:天津大學(xué)