CN101955653A - 一种增强导电尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强导电尼龙材料及其制备方法，其原料包括按重量计的以下物质：尼龙40%-70%，玻璃纤维10%-40%，金属粉末10%-40%，偶联剂0.1%-5%，抗氧剂0.1%-0.5%，硅油0.5%-5%。利用玻璃纤维在塑料中易加工、易分散的特点，提出一种将玻璃纤维二次附着金属粉末，再与塑料共混造粒的方法，制备热塑性导电塑料，具有生产过程简便，金属粉末分散均匀、添加量少，导电性可控、制品表面光滑的特点。

Description

一种增强导电尼龙材料及其制备方法

技术领域

本发明属于热塑性导电塑料技术领域，尤其涉及一种添加金属粉末导电的尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，人们对于防止静电危害和防止电磁辐射的要求日益增多。由于塑料橡胶等高分子材料在各行各业中的应用越来越广，在许多应用场合中，对于塑料制品也提出了导电或电磁屏蔽要求，如电子电器工业、半导体工业、矿山机械业，特别还有国防工业。

为了解决这些问题，人们早期采取的是在塑料制品表面涂覆导电涂料或电镀金属层。但这种方法大量使用了具有易挥发的有毒有机溶剂，污染环境。同时塑料表面涂层易脆裂，失去屏蔽导电能力。

目前，导电塑料是继导电涂料之后的新型导电复合材料，广泛应用于导体、防静电材料、导电性塑料等领域，可分为结构型和填充型。结构型导电塑料是高聚物本身或经掺来之后具有导电性的材料，如PPy、PTh、PPV等。而填充型导电材料则是由本身绝缘的塑料和具有导电性的填料共混造粒而来。导电填料一般选用导电炭黑，金属粉末，金属纤维等。这些方法存在加工技术要求苛刻、成本高、制品表面粗糙等缺点，而且导电填料在添加进树脂时，要么不易分散，要么容易被破坏，从而降低导电性能。

中国专利（公开号 CN 100338130C）公开了一种导电塑料及其加工方法、加工装置，采用金属纤维和热塑性塑料复合，获得较好的抗静电和电磁屏蔽效果，但由于金属纤维成本极高，影响其应用，且表面粗糙；中国专利（公开号 CN 1760250A）公开了一种EMI导电塑料专用料及其制备方法，采用茂金属聚烯烃及聚烯烃弹性体的混合物与特导电炭黑混合而成，以及电阻率为103Ω·cm，但特导电炭黑添加量大（25%-33%），在螺杆里难以分散均匀，加工工艺苛刻；中国专利（公开号 CN 101402776A）公开了一种导电塑料及其制备方法，将玻璃纤维分别和炭黑、树脂混合造粒，然后混合均匀，该导电塑料及包括玻璃纤维，又包括导电炭黑，起到增强导电的作用，但玻璃纤维本身不导电，造成炭黑用量增加（＞30%），加工困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，对目前导电塑料中存在的成本高、加工难等缺点，利用玻璃纤维在塑料中易加工、易分散的特点，提出一种将玻璃纤维二次附着金属粉末，再与塑料共混造粒的方法，制备热塑性导电塑料，具有生产过程简便，金属粉末分散均匀、添加量少，导电性可控、制品表面光滑的特点。

本发明的目的有以下技术方案实现，导电尼龙材料由以下原料组成（按重量计）：

尼龙        40%-70%

玻璃纤维    10%-40%

金属粉末    10%-40%

偶联剂      0.1%-5%

抗氧剂      0.1%-0.5%

硅油        0.5%-5%

其中，所述尼龙为PA6、PA66中的至少一种，其总量为40%-70%即可；

所述的玻璃纤维为无碱连续玻璃纤维，单丝直径在8～18μm；

所述的金属粉末为铜粉和铝粉，铜粉的目数在100～800目，铝粉的目数在10～80目；

所述的偶联剂为y-氨丙基三氧基硅烷、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯中的一种或两种的任意比例混合物；

抗氧剂为酚类、五磷酸酯等抗氧剂中方的至少一种，其总量为0.1%-0.5%即可。

本发明所述玻璃纤维增强导电尼龙材料的制备方法如下：

步骤1：将玻璃纤维浸润在偶联剂、硅油、铜粉的混合液中1～4小时，取出，室温干燥6～24小时，混合溶液中，偶联剂占5～20%，硅油占5～20%，铜粉占60～90%，通过高速搅拌机搅拌均匀。此步骤为第一次将铜粉附着在玻璃纤维表面。

步骤2：在双螺杆挤出机主喂料口将40～70%的尼龙和0.1～0.5%的抗氧剂均匀混合后加入挤出机，将已附着铜粉的玻璃纤维匀速通过硅油处理过的铝粉。在用硅油处理铝粉时，比例为硅油占1～10%，铝粉占90～99%，用搅拌机将硅油和铝粉混合均匀。从侧喂料口加入挤出机，使玻璃纤维加入量为10～40%，金属粉末加入量为10～40%。此步骤为第二次将铝粉附着在玻璃纤维表面。

上述玻璃纤维和金属粉末的具体加入量可通过调整挤出机螺杆转速及喂料螺杆转速来调整。

上述金属粉末加入量是指铜粉和铝粉的总加入料。

步骤3：将上述共混物挤出，经冷却、造粒即制得成品。

步骤3所采用的挤出机挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙工艺相同，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

利用了玻璃纤维在尼龙基体中的良好分散性，将金属粉末更加均匀的分散在尼龙中，从而降低金属粉末的用量，在达到相同的表面电阻时，金属粉末用量减少1/3到1/2。

在保证了材料导电性能的同时，不降低材料本身的物理性能，同时加工简便，材料表面光滑，成本与金属纤维复合材料相比有较大优势。

具体实施方式

以下实施例用以进一步解释本发明。

实施例1

将玻璃纤维浸润在偶联剂、硅油、铜粉的混合液中2小时，取出，室温干燥24小时，混合溶液中，氨丙基三乙氧基硅烷占5%，硅油占20%，铜粉占75%。此步骤为第一次将金属粉末附着在玻璃纤维表面。

在双螺杆挤出机主喂料口将6.1kg的PA6和20g抗氧剂1010、20g抗氧剂168均匀混合后加入挤出机，将已附着铜粉的玻璃纤维匀速通过硅油处理过的铝粉（此步骤为第二次将金属粉末附着在玻璃纤维表面，在用硅油处理铝粉时，比例为硅油占10%，铝粉占90%。），从侧喂料口加入挤出机，通过调整挤出机螺杆转速及喂料螺杆转速，使玻璃纤维加入量为20%，铜粉加入量为10 %，铝粉加入量为5 %。

上述共混物挤出、冷却、造粒。挤出机挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙工艺相同，在此不再赘述。

实施例2

配制铜粉混合液，氨丙基三乙氧基硅烷占3%，异丙基三（二辛基鱼鳞酸酰氧基）钛酸酯2%，硅油占5%，铜粉占90%。将玻璃纤维浸润在偶联剂、硅油、铜粉的混合液中2小时，取出，室温干燥24小时。此步骤为第一次将金属粉末附着在玻璃纤维表面。再用硅油处理铝粉，比例为硅油占5%，铝粉占95%。

在双螺杆挤出机主喂料口将5.3kg的PA666和20g抗氧剂1010、20g抗氧剂168均匀混合后加入挤出机，将已附着铜粉的玻璃纤维匀速通过硅油处理过的铝粉（此步骤为第二次将金属粉末附着在玻璃纤维表面），从侧喂料口加入挤出机，通过调整挤出机螺杆转速及喂料螺杆转速，使玻璃纤维加入量为20%，铜粉加入量为15%，铝粉加入量为10 %。

上述共混物挤出、冷却、造粒。挤出机挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙工艺相同，在此不再赘述。

 实施例3

将玻璃纤维浸润在偶联剂、硅油、铜粉的混合液中2小时，取出，室温干燥24小时，混合溶液中，氨丙基三乙氧基硅烷占5%，硅油占10%，铜粉占85%。此步骤为第一次将金属粉末附着在玻璃纤维表面。

在双螺杆挤出机主喂料口将3.6kg的PA6和50g抗氧剂1010、50g抗氧剂168均匀混合后加入挤出机，将已附着铜粉的玻璃纤维匀速通过硅油处理过的铝粉（此步骤为第二次将金属粉末附着在玻璃纤维表面，在用硅油处理铝粉时，比例为硅油占5%，铝粉占95%。），从侧喂料口加入挤出机，通过调整挤出机螺杆转速及喂料螺杆转速，使玻璃纤维加入量为30%，铜粉加入量为20 %，铝粉加入量为10 %。

上述共混物挤出、冷却、造粒。挤出机挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙工艺相同，在此不再赘述。

 实施例4

配制铜粉混合液，氨丙基三乙氧基硅烷占3%，异丙基三（二辛基鱼鳞酸酰氧基）钛酸酯2%，硅油占5%，铜粉占90%。将玻璃纤维浸润在偶联剂、硅油、铜粉的混合液中2小时，取出，室温干燥24小时。此步骤为第一次将金属粉末附着在玻璃纤维表面。再用硅油处理铝粉，比例为硅油占5%，铝粉占95%。

在双螺杆挤出机主喂料口将3.4kg的PA666、3.4kg的PA6和20g抗氧剂1010、20g抗氧剂168均匀混合后加入挤出机，将已附着铜粉的玻璃纤维匀速通过硅油处理过的铝粉（此步骤为第二次将金属粉末附着在玻璃纤维表面），从侧喂料口加入挤出机，通过调整挤出机螺杆转速及喂料螺杆转速，使玻璃纤维加入量为10%，铜粉加入量为15 %，铝粉加入量为5 %。

上述共混物挤出、冷却、造粒。挤出机挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙工艺相同，在此不再赘述。

将实施例1和2所得的粒子在110℃鼓风烘箱中干燥6小时，干燥后的粒子在注塑机上注塑成ASTM标准样条，密度按ASTM792进行，拉伸性能按ASTM D638进行，弯曲性能按ASTM D790进行，悬臂梁冲击强度按ASTM D256进行，表面电阻按ASTMD257进行。测试结果见表1。

表1 实施例的材料性能对照表

Claims (8)

1.一种增强导电尼龙材料，其特征在于其原料包括按重量百分比计的以下物质：

尼龙        40%-70%

玻璃纤维    10%-40%

金属粉末    10%-40%

偶联剂      0.1%-5%

抗氧剂      0.1%-0.5%

硅油        0.5%-5%。

2.按权利要求1所述的增强导电尼龙材料，其特征在于所述尼龙为PA6、PA66中的至少一种。

3.按权利要求1所述的增强导电尼龙材料，其特征在于玻璃纤维为无碱连续玻璃纤维，单丝直径在8～18μm。

4.按权利要求1所述的增强导电尼龙材料，其特征在于金属粉末为铜粉和铝粉，铜粉的目数在100～800目，铝粉的目数在10～80目。

5.按权利要求1所述的偶联剂为y-氨丙基三氧基硅烷、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯中的一种或两种的任意比例混合物。

6.按权利要求1所述的增强导电尼龙材料，其特征在于抗氧剂为1010和抗氧剂168按重量比1：1的混合物。

7.权利要求1-6任意一项所述玻纤增强导电尼龙材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1） 将玻璃纤维浸润在由偶联剂、硅油、铜粉组成的混合液中1～4小时后取出，室温干燥6～24小时，混合溶液中，偶联剂占5～20%，硅油占5～20%，铜粉占60～90%，通过搅拌机搅拌均匀；

2）在双螺杆挤出机主喂料口将尼龙、抗氧剂均匀混合后加入挤出机，将已附着铜粉的玻璃纤维匀速通过硅油处理过的铝粉从侧喂料口加入挤出机使玻璃纤维加入量为10～40%，金属粉末加入量为10～40%；

3）将上述共混物挤出，经冷却、造粒即制得成品。

8.按权利要求7所述玻纤增强导电尼龙材料的制备方法，其特征在于所述硅油处理过的铝粉是指将硅油和铝粉按如下重量比用搅拌混合均匀：

硅油1～10%，铝粉90～99%。