CN103483792B - 一种吸波防辐射塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸波防辐射塑料及其制备方法，它是由塑料原料和吸波防辐射功能粉末材料及助剂组成，塑料原料包含PC（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）等，吸波防辐射功能粉末材料由乙炔炭粉、羰基铁粉混合制成，经过原料混合，得到混合料后，将混合料挤出成型、模压成型或注塑成产品，本发明的吸波防辐射塑料具有强烈的吸收电磁波、微波的功能，将吸收的电磁波、微波的能量转换成热能挥发，降低电磁波的辐射。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程塑料及其制备方法，特别涉及一种具有吸收电磁波功能的塑料及其制备方法。
背景技术
目前，科学技术和电子工业的高速发展，电子设备的应用越来越多，而这些电子设备（如电子计算机、通讯设备、家用电器、医疗设备等）大都是由大规模和超大规模的电路组成，极易受到外界电磁干扰而出现误动作、图像障碍或声音障碍等，同时它们也对外发射不同频率的电磁波，给临近运行的电子设备和附近的人类等生物造成干扰和影响。
随着城市的经济发展和人口增长，电子、通信、计算机、电气设备大量进入人们的生活，城市的电磁环境已经变得非常复杂和恶劣了。电磁辐射已经成为继大气污染、水污染和噪声污染后的第四大环境污染，电磁辐射对电子设备及人类干扰和危害影响越来越被重视，功能性电磁辐射防护产品也越来越受到人们的亲睐。
虽然目前国内外都有对于导电塑料的研究，但主要集中在利用碳纤维、镀镍碳纤维或不锈钢纤维通过塑料制作工艺制成导电塑料，达到屏蔽电磁波的能效，它们主要是利用各种导电填料与工程塑料母粒混合后，通过混炼和注塑等工艺制备而成。
现有的导电塑料通常分为两大类：一类是高聚物本身或经掺杂之后具有导电性的材料，称之为结构型导电塑料，主要有如下3种：（1）π-共轭型高聚物如聚乙炔、聚苯乙炔、线型聚苯等；（2）金属螯合型高聚物如聚酮酞菁等；（3）电荷转移型高分子络合物如吖啶与四氟基醌二甲烷的络合物等。另一类是高聚物本身不具有导电性，但通过加入导电性填充物，使其获得导电性的材料，称之为复合型导电塑料，主要分为表面膜式导电塑料、填充型导电塑料和层压型导电塑料3种类型。表面膜式导电塑料是利用贴金属箔、金属熔融喷射、电镀或化学镀和对手了制品涂敷导电涂料等方法在塑料表面获得很薄的金属层，从而达到屏蔽电磁波的效能，虽然表面膜式导电塑料具有良好的导电性，但是它没有吸收电磁波功效，只是反射电磁波原理；由电绝缘性的塑料与具有优良导电性能的填料及其它添加剂通过混炼造粒，并采用注射成型、挤压成型或压塑成型制得的填充型导电塑料，容易脆裂，虽然它有一定的吸收电磁波功能，由于导电性能的填料配方选择配比上的缺陷，达不到真正吸波防辐射功效；层压型导电塑料是将铝箔、金属网、纸张、玻璃纤维布、石棉等片状底材涂树脂后，经过层叠、加热、加压而制成板材、管材等导电制品，它也是没有吸收电磁波功效，只是反射电磁波原理；
对屏蔽电磁辐射的复合塑料的研究日益众多，例如专利号为200710121999.5的发明专利公开了一种屏蔽电磁辐射的复合塑料涉及具有电磁屏蔽效能的特种功能塑料。该屏蔽电磁辐射的复合塑料为三层复合式结构,内外两层由普通工程塑料构成，中间层为金属粉末/导电聚合物以及树脂为基体的复合电磁屏蔽材料。内外两层工程塑料的厚度范围从0.05毫米到10毫米，中间金属粉末/导电聚合物及树脂构成的电磁屏蔽材料的厚度为0.1毫米到4毫米，其屏蔽效能在30MHZ-1500MHZ的频率范围大于40DB。制成的具有电磁屏蔽效能的塑料外壳，不仅电子设备与人体接触的外壳部分不导电，而且内壳接触面也不导电，具有使用安全并防止电子元件与外壳接触短路以及屏蔽效能高的优点，可用于制作具有电磁屏蔽效能的电子设备产品的外壳。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种吸波防辐射塑料及其制备方法，本发明制备的吸波防辐射塑料是利用具有吸波、防辐射性能的粉末原料与热塑性塑料复合而成，制备的防辐射塑料的性能好、具有良好的加工性能，并且通过吸收电磁波，将电磁能量转换热能的原理，对电磁辐射有吸收消减功效，可根据不同需求、不同配方制作成频带宽、高性能的复合吸波屏蔽电磁波产品。
为实现本发明的目的，本发明提供一种吸波防辐射塑料，包括塑料和吸波防辐射辅料，其中，所述塑料与吸波防辐射辅料的重量份配比为60-80：20-40。
其中，所述塑料与吸波防辐射的粉末原料重量份配比优选为60-70:30-40，进一步优选为60：40。
其中，所述的塑料选择、聚碳酸酯（PC）塑料、聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（PC/ABS）、聚苯硫醚（PPS）塑料、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）塑料、聚苯乙烯（PS）塑料、聚丙烯（PP）塑料、聚乙烯（PE）塑料、聚氯乙烯（PVC）塑料中的一种或多种。
特别是，所述的塑料优选为聚丙烯（PP）塑料和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）塑料中的一种。
其中，所述的吸波防辐射辅料包括乙炔碳黑和羰基铁粉。
特别是，所述吸波防辐射辅料中所述羰基铁粉与所述乙炔炭黑的重量份配比为：10-50：50-90，优选为30:70。
其中，所述吸波防辐射辅料中所述的羰基铁粉为磷化羰基铁粉，平均粒度2-3μm。
特别是，还包括防辐射助剂，所述防辐射助剂与所述塑料的重量份配比为5-8：100。
其中，所述防辐射助剂选择分散剂、抗氧化剂、偶联剂、润滑剂。
特别是，所述的分散剂选择N,N’乙撑双硬脂酰胺；所述抗氧化剂选择白油；所述偶联剂选择硅烷偶联剂；所述润滑剂选择PE蜡。
本发明另一方面提供一种制备上述吸波防辐射塑料的方法，包括1）将所述原料混合均匀，得到混合料；2）将混合料挤出成型、模压成型或注塑成型。
其中，步骤1）中所述原料混合温度为70-180℃，优选为120-180℃，进一步优选为170-180℃；混合时间为8-30min，优选为10-25min，进一步优选为15-25min；混合时搅拌速率为300-800rpm，优选为700-800rpm。
其中，步骤2）所述挤出成型过程中混合料加热熔融温度为70-180℃，优选为140-180℃，进一步优选为150-180℃；转速为50-100rpm。
本发明又一方面提供一种上述吸波防辐射塑料的制备方法，包括1）将所述原料混合均匀，制得混合物料；2）将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出，切断，得到防辐射塑料粒料；3）将防辐射塑料粒料挤出成型、模压成型或注塑成型。
其中，步骤1）中采用搅拌将所述原料混合均匀，混合时搅拌速率为300-800rpm，混合时间为8-30min，优选为10-30min，进一步优选为15-25min；混合温度为70-180℃，优选为150-180℃，进一步优选为160-175℃。
其中，步骤2）中采用双螺杆挤出机中挤出，利用横面切刀切断，制得所述木塑复合材料粒料，其中螺杆挤出机的加热温度为70-180℃，优选为120-180℃，进一步优选为130-170℃；转速为50-100rpm。
其中，步骤3）中所述挤出成型过程中混合料加热熔融温度为70-180℃，优选为120-155℃，进一步优选为140-155℃；转速为50-100rpm。
本发明制备的防辐射塑料具有如下优点：
1、本发明的吸波防辐射塑料具有强烈的吸收电磁波、微波的功能，将吸收的电磁波、微波的能量转换成热能挥发，降低电磁波的辐射。
2、本发明的吸波防辐射塑料消除电磁波的效果显著，少二次反射，对电磁波的屏蔽频率宽，能够屏蔽10-30000MHz的电磁波，对电磁波的屏蔽效能高，对频率在10-30000MHz的电磁波的屏蔽效能达到91%以上。
3、本发明的吸波防辐射塑料消除电磁波的效果好，按照国家电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定检测本发明的防辐射塑料的屏蔽想能，达到国家电子行业均用标准。
4、本发明的吸波防辐射塑料可根据不同需求、不同配方制作成频带宽、高性能的复合吸波屏蔽电磁波产品，广泛应用于国防工业、军事、航天、通讯、医疗、家电、建筑、交通等领域，有较好的社会和经济效益。
5、本发明的制备方法工艺简单，产品得率高，耗能低，环保，操作工艺条件容易控制，质量可控性强。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步说明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
1、按照如下重量份配比准备原料（×100g）
聚丙烯（PP）60
吸波防辐射辅料40
助剂3.6
其中，吸波防辐射辅料由乙炔炭黑和羰基铁粉组成，乙炔炭黑与羰基铁粉的重量份配比为80：20，即乙炔炭黑的重量为3200g，羰基铁粉的重量800g，其平均粒度2-3μm，助剂是分散剂N,N’乙撑双硬酯酰胺。
2、将聚丙烯（PP）原料、乙炔炭黑、羰基铁粉和助剂一起加入到高速混炼机中进行混合，搅拌混匀，制得塑料混合物料，其中，混合时的搅拌速度为700rpm，混合时间为25min，混合温度为170℃。
3、将上述制备好的塑料混合物料直接用锥形双螺杆挤出机挤出生产各种规格型材，其中，螺杆挤出机的加热温度为155℃，转速为100rpm。
按照国家电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定检测制备的防辐射塑料的屏蔽效能，检测结果如表1所示。
实施例2
1、按照如下重量份配比准备原料（×100g）
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）70
吸波防辐射辅料30
助剂3.5
其中，吸波防辐射辅料由乙炔炭黑和羰基铁粉组成，乙炔炭黑与羰基铁粉的重量份配比为50：50，即乙炔炭黑的重量为1500g，羰基铁粉的重量1500g，其平均粒度2-3μm，助剂是分散剂N,N’乙撑双硬脂酰胺；润滑剂PE蜡，其中N,N’乙撑双硬脂酰胺250g，PE蜡100g。
2、将原料丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、乙炔炭黑、羰基铁粉和助剂一起加入到高速混炼机中进行混合，搅拌混匀，制得塑料混合物料，其中，混合时的搅拌速度为500rpm，混合时间为30min，混合温度为160℃。
3、将上述制备好的塑料混合物料加入到同向平行双螺杆挤出机挤出，进行挤出造粒，挤出条状共混物，然后将条状共混物通入水槽中进行冷却，冷却后进入切粒机切成防辐射塑料颗粒，其中，螺杆加热温度为130℃，转速为70rpm。
4、将制得的塑料颗粒粒料直接用锥形双螺杆挤出机挤出生产各种规格型材，其中，锥形双螺杆挤出机挤出过程中粒料加热熔融温度为155℃，转速为100rpm。
按照国家电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定检测制备的防辐射塑料的屏蔽效能，检测结果如表1所示。
实施例3
1、按照如下重量份配比准备原料（×100g）
聚丙烯（PP）80
吸波防辐射辅料20
其中，吸波防辐射辅料由乙炔炭黑和羰基铁粉组成，乙炔炭黑与羰基铁粉的重量份配比为10：90，即乙炔炭黑的重量为1800g，羰基铁粉的重量200g，其平均粒度2-3μm。
2、将原料聚丙烯（PP）、乙炔炭黑和羰基铁粉一起加入到高速混炼机中进行混合，搅拌混匀，制得塑料混合物料，其中，混合时的搅拌速度为800rpm，混合时间为15min，混合温度为180℃。
3、将上述制备好的塑料混合物料直接用锥形双螺杆挤出机挤出生产各种规格型材，其中，螺杆挤出机的加热温度为180℃，转速为50rpm。
按照国家电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定检测制备的防辐射塑料的屏蔽效能，检测结果如表1所示。
实施例4
1、按照如下重量份配比准备原料（×100g）
聚氯乙烯（PVC）70
吸波防辐射辅料30
其中，吸波防辐射辅料由乙炔炭黑和羰基铁粉组成，乙炔炭黑与羰基铁粉的重量份配比为70：30，即乙炔炭黑的重量为2100g，羰基铁粉的重量900g，其平均粒度2-3μm。
2、将原料聚氯乙烯、乙炔炭黑和羰基铁粉一起加入到高速混炼机中进行混合，搅拌混匀，制得塑料混合物料，其中，混合时的搅拌速度为300rpm，混合时间为15min，混合温度为180℃。
3、将上述制备好的塑料混合物料加入到同向平行双螺杆挤出机挤出，进行挤出造粒，挤出条状共混物，然后将条状共混物通入水槽中进行冷却，冷却后进入切粒机切成防辐射塑料颗粒，其中，螺杆加热温度为170℃，转速为100rpm。
4、将制得的塑料颗粒粒料直接用锥形双螺杆挤出机挤出生产各种规格型材，其中，锥形双螺杆挤出机挤出过程中粒料加热熔融温度为120℃，转速为50rpm。
按照国家电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定检测制备的防辐射塑料的屏蔽效能，检测结果如表1所示。
实施例5
1、按照如下重量份配比准备原料（×100g）
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）60
吸波防辐射辅料40
助剂4.8
其中，吸波防辐射辅料由乙炔炭黑和羰基铁粉组成，乙炔炭黑与羰基铁粉的重量份配比为70：30，即乙炔炭黑的重量为2800g，羰基铁粉的重量1200g，其平均粒度2-3μm，助剂为分散剂N,N’乙撑双硬脂酰胺；抗氧化剂白油；偶联剂选择硅烷偶联剂；润滑剂PE蜡，其中N,N’乙撑双硬脂酰胺200g，白油50g，硅烷偶联剂130g，PE蜡100g。
2、将原料聚丙烯(PP)、乙炔炭黑、羰基铁粉和助剂一起加入到高速混炼机中进行混合，搅拌混匀，制得塑料混合物料，其中，混合时的搅拌速度为800rpm，混合时间为25min，混合温度为150℃。
3、将上述制备好的塑料混合物料加入到同向平行双螺杆挤出机挤出，进行挤出造粒，挤出条状共混物，然后将条状共混物通入水槽中进行冷却，冷却后进入切粒机切成防辐射塑料颗粒，其中，螺杆加热温度为150°C，转速为50rpm。
4、将制得的塑料颗粒粒料直接用锥形双螺杆挤出机挤出生产各种规格型材，其中，锥形双螺杆挤出机挤出过程中粒料加热熔融温度为140℃，转速为70rpm。
按照国家电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定检测制备的防辐射塑料的屏蔽效能，检测结果如表1所示。
表1吸波防辐射塑料的屏蔽效能检测结果
检测结果表明：
本发明的吸波防辐射塑料消除电磁波的效果显著，少二次反射，对电磁波的屏蔽频率宽，能够屏蔽10-30000MHz的电磁波，对电磁波的屏蔽效能高，对频率在10-30000MHz的电磁波的屏蔽效能达到91%以上。
实施例中羰基铁粉的含量高低，取决于对不同频率的屏蔽效能高低，羰基铁粉的含量低，低频屏蔽效果好，反之：羰基铁粉的含量高对高频屏蔽效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种吸波防辐射塑料成型产品的制备方法，由采用塑料和吸波防辐射辅料组成的原料按照如下步骤制成:
1)在70-180℃的温度下，将由塑料和吸波防辐射辅料组成的原料混合均匀，制得用于挤出成型的混合物料；
2)将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出、切断，得到防辐射塑料粒料，其中挤出过程中的加热温度为70-180℃；
3)将防辐射塑料粒料挤出成型、模压成型或注塑成型,
其中，塑料与吸波防辐射辅料的重量份配比为60-70：40；吸波防辐射辅料由重量份配比为：50-90：10-50的乙炔碳黑和羰基铁粉组成。
2.如权利要求1所述的吸波防辐射塑料成型产品的制备方法，其特征是：所述的塑料选择聚碳酸酯塑料、聚碳酸酯/丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯硫醚塑料、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物塑料、聚苯乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的吸波防辐射塑料成型产品的制备方法，其特征是：所述的塑料为聚丙烯塑料或丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物塑料。
4.如权利要求1所述的防吸波辐射塑料成型产品的制备方法，其特征是：所述防辐射辅料中所述的羰基铁粉为磷化羰基铁粉，平均粒度2-3μm。
5.如权利要求1所述的吸波防辐射塑料成型产品的制备方法，其特征是：在所述步骤1)中的原料中还混合有防辐射助剂，所述防辐射助剂与所述塑料的重量份配比为5-8：100。
6.如权利要求5所述的吸波防辐射塑料成型产品的制备方法，其特征是：所述防辐射助剂选择分散剂、抗氧化剂、偶联剂、润滑剂。
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