CN102690514A - 电磁屏蔽尼龙复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁屏蔽尼龙复合材料，由下述组分按质量份组成：60～70份尼龙610；25～35份碳纤维；0.5～1.5份偶联剂；0～5份其他助剂。本发明所制备的电磁屏蔽尼龙复合材料，具有优异的电磁屏蔽效果，其所进一步制成的电磁屏蔽网圈，能够有效对固态电力绝缘件进行电场屏蔽。
Description
技术领域
本发明涉及有机高分子复合材料，尤其涉及一种电磁屏蔽尼龙复合材料。
背景技术
传统的固态电力绝缘元器件，为了有效改善固态电力绝缘元器件的寿命，会采用传统的金属材料制成相应的元器件以改善电力绝缘器件的电场情况，以延长元器件的寿命、提升元器件的可靠性。一般为金属屏蔽网，用此类金属网作为电磁屏蔽物有以下缺点：1、成型后的屏蔽网在生产过程中容易变形，变形后的屏蔽网对固态绝缘件点电场分布影响很大、直接影响绝缘件的性能和寿命。2、金属屏蔽网在加工成型时容易将金属颗粒附在上面，这些颗粒很容易混在后续的绝缘元器件中，导致元器件失效。3、金属屏蔽网导热性较高，外部热量很容易沿着金属屏蔽网进入内部，进而导之绝缘体失效。4、在固态绝缘件成型时，由于金属网圈导热率较高，在产品成型时网圈降温较快，会导致产品失效，为了克服以上缺点、迫切需要一种新的代替材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供电磁屏蔽尼龙复合材料，该电磁屏蔽尼龙复合材料能够用于生产具有电磁屏蔽功能的固态电力绝缘产品。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种电磁屏蔽尼龙复合材料，由下述组分按质量份组成：
尼龙610 60～70份；
碳纤维 25～35份；
偶联剂 0.5～1.5份；
其他助剂 0～5份。
优选的，
一种电磁屏蔽尼龙复合材料，由下述组分按质量份组成：
尼龙610 65份；
碳纤维 30份；
偶联剂 1份。
一种电磁屏蔽尼龙复合材料，由下述组分按质量份组成：
尼龙610 65份；
碳纤维 30份；
偶联剂 1份；
其他助剂 4份。
优选的，所述偶联剂选自有机酸铬络合物、有机硅偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磺酰叠氮偶联剂中的一种。
进一步优选的，所述偶联剂为3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷，其CAS号为34708-08-2，英文名称：3-Thiocyanatopropyltriethoxysilane。
所述其他助剂，为阻燃剂、抗氧剂、抗静电剂、光稳定剂和颜料中的一种或其混合物。
进一步的，对本发明所涉及的原料组分进行介绍：
所述尼龙610，化学名称为聚癸二酰乙二胺。聚酰胺纤维俗称尼龙(Nylon)，英文名称Polyamide(简称PA)，是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪-芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。
所述碳纤维，是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料(简称CFRP)抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
所述偶联剂，是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。
所述偶联剂可以是有机酸铬络合物、硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯偶联剂或磺酰叠氮偶联剂。
所述其他助剂，可以是本行业通用的添加剂，如阻燃剂(含卤素的阻燃剂，红磷，三氧化二锑等)、抗氧剂、抗静电剂、光稳定剂、颜料。
本发明电磁屏蔽尼龙复合材料的制备方法：
尼龙610在75～85℃真空条件下干燥4～6个小时，再将干燥后的尼龙610和其他助剂置于高混机中，边混边加入碳纤维和偶联剂，混合2～3分钟，然后于螺杆挤出机在200～220℃挤出造粒，水冷拉条切粒经过筛分脱水制得本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
本发明所制备的电磁屏蔽尼龙复合材料，具有优异的电磁屏蔽效果。
本发明所制备的电磁屏蔽尼龙复合材料，所进一步制成电磁屏蔽网圈，能使得电力固态绝缘件的电场分布更为均匀，能够有效对固态电力绝缘件电场改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明来进一步详细说明本发明。
实施例1
按照表一中对应的实施例1数据称取各原料。
尼龙610在80℃真空条件下干燥5小时，再将干燥后的尼龙610和其他助剂：阻燃剂、抗氧剂和抗静电剂置于高混机中，边混边加入碳纤维和偶联剂3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷，混合3分钟，然后于螺杆挤出机在210℃左右挤出造粒，水冷拉条切粒经过筛分脱水制得本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
表一电磁屏蔽尼龙复合材料配方表 单位：公斤
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 尼龙610 | 60 | 70 | 62 | 68 |
| 碳纤维 | 35 | 25 | 27 | 33 |
| 3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷 | 0.5 | 1.5 | 1.3 | 0.7 |
| 阻燃剂 | 2 | 0 | 0 | 1 |
| 抗氧剂 | 2 | 0 | 0 | 2 |
| 抗静电剂 | 1 | 0 | 1 | 0 |
实施例2
按照表一中对应的实施例2数据称取各原料。
尼龙610在75℃真空条件下干燥4小时，再将干燥后的尼龙610置于高混机中，边混边加入碳纤维和偶联剂3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷，混合2分钟，然后于螺杆挤出机在200℃左右挤出造粒，水冷拉条切粒经过筛分脱水制得本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
实施例3
按照表一中对应的实施例3数据称取各原料。
尼龙610在85℃真空条件下干燥6小时，再将干燥后的尼龙610和其他助剂抗静电剂置于高混机中，边混边加入碳纤维和偶联剂3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷，混合3分钟，然后于螺杆挤出机在220℃左右挤出造粒，水冷拉条切粒经过筛分脱水制得本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
实施例4
按照表一中对应的实施例4数据称取各原料。
尼龙610在80℃真空条件下干燥5小时，再将干燥后的尼龙610和其他助剂：阻燃剂和抗氧剂置于高混机中，边混边加入碳纤维和偶联剂3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷，混合3分钟，然后于螺杆挤出机在210℃左右挤出造粒，水冷拉条切粒经过筛分脱水制得本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
实施例5
按照表二中对应的实施例5数据称取各原料。
按照实施例1所述的方法制备本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
表二电磁屏蔽尼龙复合材料配方表 单位：公斤
| 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 对比例1 | |
| 尼龙610 | 65 | 65 | 65 | 0 |
| 尼龙66 | 0 | 0 | 0 | 65 |
| 碳纤维 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| KH-550偶联剂 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 阻燃剂 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 抗氧剂 | 2 | 0 | 0 | 0 |
| 抗静电剂 | 1 | 0 | 0 | 0 |
实施例6
按照表二中对应的实施例6数据称取各原料。
按照实施例2所述的方法制备本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
实施例7
按照表二中对应的实施例7数据称取各原料。
其中，KH-550偶联剂，为一种硅烷偶联剂。
按照实施例2所述的方法制备本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
对比例1
按照表二中对应的对比例1数据称取各原料。
尼龙66，为聚己二酰己二胺，工业简称PA66。
按照实施例2所述的方法制备本发明的电磁屏蔽尼龙复合材料。
对比例2
按照中国发明专利申请公布号CN101717577A说明书实施例一所述方法制备电磁屏蔽尼龙材料。
测试例1
表面电阻率的测量：
将实施例1～7、对比例1和对比例2制得的尼龙复合材料，按照常规方法分别加工成尺寸相同的屏蔽网圈，厚度20微米。
采用棒状电极，测量电极的端面为1cm×1cm方块，测量端面施加2公斤/平方厘米的压力，待测样品及电极端面保持清洁，测试设备为BY1943数字多用表，其精度不低于0.001Ω。
表面电阻率数值越低，电磁屏蔽效果越好。
测量数据，见表三。
表三：表面电阻率测试表
| 表面电阻率(Ω·cm-2) | |
| 实施例1 | 0.026 |
| 实施例2 | 0.018 |
| 实施例3 | 0.022 |
| 实施例4 | 0.024 |
| 实施例5 | 0.022 |
| 实施例6 | 0.020 |
| 实施例7 | 0.038 |
| 对比例1 | 0.048 |
| 对比例2 | 0.046 |
通过上述数据，可以明显的看出，本发明具有极低的表面电阻率，具有优异的电磁屏蔽效果。
特别是，比较实施例6和对比例1，可以看出：由于在配方中尼龙材料的选择不同，导致的结果是表面电阻率相差巨大，二者间的电磁屏蔽效果差距明显。
比较实施例6和实施例7，可以看出：由于在配方中偶联剂的选择不同，导致的结果是表面电阻率相差巨大，二者间的电磁屏蔽效果差距明显。
在本发明中尼龙材料及偶联剂的选择非常重要，发明人在海量实验的基础上，付出巨大的创造性劳动，从而精选出了尼龙610、碳纤维与3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷的最优组合，使得本发明所制备的电磁屏蔽尼龙复合材料，具有优异的电磁屏蔽效果。
Claims (6)
1.一种电磁屏蔽尼龙复合材料，其特征在于，由下述组分按质量份组成：
尼龙610 60～70份；
碳纤维 25～35份；
偶联剂 0.5～1.5份；
其他助剂 0～5份。
2.如权利要求1所述的电磁屏蔽尼龙复合材料，其特征在于，由下述组分按质量份组成：
尼龙610 65份；
碳纤维 30份；
偶联剂 1份。
3.如权利要求1所述的电磁屏蔽尼龙复合材料，其特征在于，由下述组分按质量份组成：
尼龙610 65份；
碳纤维 30份；
偶联剂 1份；
其他助剂 4份。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电磁屏蔽尼龙复合材料，其特征在于：所述偶联剂选自有机酸铬络合物、有机硅偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磺酰叠氮偶联剂中的一种。
5.如权利要求4所述的电磁屏蔽尼龙复合材料，其特征在于：所述偶联剂为3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷。
6.如权利要求1～3中任一项所述的电磁屏蔽尼龙复合材料，其特征在于：所述其他助剂，为阻燃剂、抗氧剂、抗静电剂、光稳定剂和颜料中的一种或其混合物。
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