CN104231587B - 一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电磁屏蔽外壳的热塑性复合材料及其制备方法，所述的复合材料由以下重量百分比的原料制得：热塑性树脂47-87，碳纤维10-30，导电剂1-10，相容剂1-10，偶联剂0.2-1，抗氧剂0.2-1，润滑分散剂0.2-1。本发明还提供该复合材料的制备方法。本发明的复合材料表面电阻低于10-2Ω，具有抗电磁屏蔽效果保护电路系统，机械强度高，表观优良，综合性能优异，由于其可直接注塑成型，大大提升设计自由度，降低了加工难度，提高了加工效率，减轻系统重量，能满足电气领域类产品塑料电器外壳的要求，可广泛用于电子电气领域、通讯、军事等领域器件中。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性复合材料技术领域，具体地说，是一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料及其制备方法。
背景技术
在家电或移动通讯领域，射频功率放大器、差频、放大电路等都会造成电磁辐射，需要采取措施保护电路和电磁屏蔽，通常材料要达到一定的抗静电作用，目前广泛使用的是金属屏蔽板或表面导电处理来解决，直接用金属材料，强度高屏蔽效果好，但也存在一些问题，金属加工过程复杂，难度大，包括一系列繁杂的后续处理，费用高，效率低；对材料进行导电涂层处理，效果不持久，工艺复杂，对工人健康有伤害。而热塑性塑料具有一体成型，可以大大降低设计自由度，机械强度高，是理想的材料解决方案。
抗静电改性方面，添加低分子量抗静电剂是最常见的抗静电措施，这种改性材料主要是利用抗静电剂在材料表面吸附的水分降低表面电阻率，因此耐久性差，不耐洗，对环境湿度的依赖性大，国外有学者在含有醚键的聚合物内复合一定分量的金属盐溶胶，金属离子和聚醚嵌段物的醚键配合，在其内部形成离子导电网络，提高导电率，增强聚合物的导电能力，这两种方法对材料的耐热温度和表面特性都有不同程度下降，导电能力有限，达不到电磁屏蔽的效果。而经单一的炭黑、金属填料改性的聚合物，虽能获得比较好的导电性能，但往往添加量大，性能破坏大且加工困难。
碳纤维本身具有轻质高强、导电的特性是理想的高强度增强材料，满足电气领域外壳对材料的机械性能要求，但其仍存在导电性能不均衡的不足。本发明提供一种目前还未见报道的机械强度高、抗电磁屏蔽的理想的高性能复合材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料。
本发明的再一的目的是，提供一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料，所述的复合材料按以下重量百分比的原料制成：
热塑性树脂
47-87；
碳纤维
10-30；
导电剂
1-10；
相容剂
1-10；
偶联剂
0.2-1；
抗氧剂
0.2-1；
润滑分散剂
0.2-1；
所述的导电剂为碳纳米管或金属纤维。
所述的热塑性树脂为PC、ABS、PA66、PA6、PBT、PET的任意一种或者以其中任意一种为主的合金。
所述的碳纤维为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm。
所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa。
所述的碳纳米管为经有机化处理的单壁或多壁碳纳米管，其纯度＞95%，比表面积＞40m2/g，电导率＞150s/cm；所述的金属纤维为钢丝纤维。
所述的相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物、乙烯丁烯共聚物或乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
所述的抗氧剂为245、1076、168、1010、1098中的任意一种或者其组合。
所述的分散剂为低分子量PE、EBS或硅酮。
为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料的制备方法，所述的方法包括以下步骤：
1）备料；
2）将除碳纤维、金属纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维、金属纤维按配方质量比从侧喂料口加入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度210-300℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
本发明优点在于：
本发明的复合材料机械性能高，比强度大于铝镁材料，表面电阻＜10-2Ω，抗电磁屏蔽效果好，外观优良，综合性能高。由于其可直接注塑成型，大大提升设计自由度，降低了加工难度，提高了加工效率，减轻系统重量，能满足电气领域类产品塑料电器外壳的要求，可广泛用于电子电气领域、通讯、军事等领域器件中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
碳纤维本身具有轻质高强、导电的特性是理想的高强度增强材料，满足电气领域外壳对材料的机械性能要求，但其仍存在导电性能不均衡的不足，本发明加入导电效率高的碳纳米管或金属纤维，满足工业对电磁屏蔽性能的要求。
一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料，所述的复合材料按以下重量份的原料制成：
热塑性树脂
47-87；
碳纤维
10-30；
导电剂
1-10；
相容剂
1-10；
偶联剂
0.2-1；
抗氧剂
0.2-1；
润滑分散剂
0.2-1；
所述的导电剂为碳纳米管或金属纤维。
实施例
1
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表1中的组分及含量进行备料，PC特性粘度为1.1；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，本实施例采用的是三菱公司的牌号为TR06QL碳纤维；导电剂为碳纳米管，本实施例采用的是DK nano公司的CNT304；相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物，本实施例采用的是台湾奇美的PM-200；偶联剂为硅烷偶联剂；抗氧剂为245；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述原料除碳纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维从侧喂料口加入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-300℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表1 实施例1配方
实施例
2
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表2中的组分及含量进行备料，所述的热塑性树脂为ABS，本实施例采用的是台湾奇美的ABS
8391；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，本实施例采用的是三菱公司的牌号为TR06QL碳纤维；导电剂为金属纤维，本实施例优选使用的是钢丝纤维；相容剂为为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物，本实施例采用的是台湾奇美的PM-600；所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为1076；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维、钢丝纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维和钢丝纤维按质量比混合均匀，从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度210-250℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表2 实施例2配方
实施例
3
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表3中的组分及含量进行备料，所述的热塑性树脂为PA66，本实施例采用的是神马集团的PA66
FYR2.7；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，本实施例采用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为钢丝纤维；相容剂为乙烯丁烯共聚物，本实施例采用的是上海日之升CMG9805-EMI；所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为168、1098按1：1比例混合；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维和金属钢丝纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维和钢丝纤维按配方质量比从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-280℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表3 实施例3配方
实施例
4
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表4中的组分及含量进行备料，所述的热塑性树脂为PA6，本实施例采用的是日本宇部 PA6
M1013B；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，本实施例采用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为钢丝纤维；相容剂为乙烯丁烯共聚物，本实施例采用的是上海日之升CMG9805-EMI；所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为168、1098按1：1比例混合；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维和金属钢丝纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤和钢丝纤维按配方质量比从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-280℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表4 实施例4配方
实施例
5
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表5中的组分及含量进行备料，所述的热塑性树脂为PBT，本实施例采用的是新疆屯河PBT
TH6100；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，本实施例采用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为碳纳米管，本实施例采用的是DK nano公司的CNT303；相容剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，本实施例采用的是阿克玛公司的AX8900；所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为168、1098按1：1比例混合；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度220-260℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表5 实施例5配方
实施例
6
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表6中的组分及含量进行备料，所述的热塑性树脂为PBT与PET按80：20质量比例称量，本实施例采用的PBT是新疆屯河PBT TH6100，本实施例采用的PET是浙江万凯的WK-821；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，本实施例采用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为碳纳米管，本实施例采用的是DK nano公司的CNT303；相容剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，本实施例采用的是阿克玛公司的AX8900；所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为168、1098按1：1比例混合；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度220-260℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表6 实施例6配方
根据实施例1-6制得的样品1-6，，进行性能测试对比，采用ISO标准，测试性能对比如表7所示。
表7 性能测试结果
实施例
7
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表8中的组分及含量进行备料，热塑性树脂为PA66，是神马集团的PA66
FYR2.7；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，具体选用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为经有机化处理的单壁或多壁碳纳米管，其纯度＞95%，比表面积＞40m2/g，电导率＞150s/cm；相容剂为乙烯丁烯共聚物，是上海日之升CMG9805-EMI；偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为168、1098按1：1比例混合；润滑分散剂为低分子量PE。
（2）将上述除碳纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度210-300℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
表8 实施例7-11配方
实施例
8
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表8中的组分及含量进行备料，热塑性树脂为PA66，是神马集团的PA66
FYR2.7；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，具体选用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为经有机化处理的单壁或多壁碳纳米管，其纯度＞95%，比表面积＞40m2/g，电导率＞150s/cm；相容剂为乙烯丁烯共聚物，是上海日之升CMG9805-EMI；偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为1010；润滑分散剂为EBS。
（2）将上述除碳纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-280℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
实施例
9
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表8中的组分及含量进行备料，热塑性树脂为PA66，是神马集团的PA66
FYR2.7；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，具体选用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为钢丝纤维；相容剂为乙烯丁烯共聚物，是上海日之升CMG9805-EMI；偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为168；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维和钢丝纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤和钢丝纤维按配方质量比从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-280℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
实施例
10
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表8中的组分及含量进行备料，热塑性树脂为PA66，是神马集团的PA66
FYR2.7；碳纤维为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm，具体选用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为金属纤维；相容剂为乙烯丁烯共聚物，是上海日之升CMG9805-EMI；偶联剂为钛酸酯偶联剂；抗氧剂为1098；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维和金属纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤和金属纤维按配方质量比从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-280℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
实施例
11
按照以下步骤制备样品：
（1）按照表8中的组分及含量进行备料，热塑性树脂为PA66，是神马集团的PA66
FYR2.7；碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm，具体选用的是晓星集团的牌号为H2550碳纤维；导电剂为金属纤维；相容剂为乙烯丁烯共聚物，是上海日之升CMG9805-EMI；偶联剂为硅烷偶联剂；抗氧剂为168、1098按1：1比例混合；润滑分散剂为硅酮。
（2）将上述除碳纤维和金属纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤和金属纤维按配方质量比从侧喂料口进入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度240-280℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
实施例7-11制得的样品机械性能高，表面电阻小，抗电磁屏蔽效果好，外观优良，综合性能高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于电磁屏蔽外壳热塑性复合材料，其特征在于，所述的复合材料按以下重量百分比的原料制成：
热塑性树脂
47-87；
碳纤维
10-30；
导电剂
1-10；
相容剂
1-10；
偶联剂
0.2-1；
抗氧剂
0.2-1；
润滑分散剂
0.2-1；
所述的热塑性树脂为PC、ABS、PA66、PA6、PBT、PET的任意一种或者以其中任意一种为主的合金，所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，其拉伸强度＞500kg/mm2，拉伸模量＞250GPa，所述的导电剂为碳纳米管，所述的碳纳米管为经有机化处理的单壁或多壁碳纳米管，其纯度＞95%，比表面积＞40m2/g，电导率＞150s/cm，所述的相容剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物、乙烯丁烯共聚物或乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，所述的抗氧剂为245、1076、168、1010、1098中的任意一种或者其组合，所述的分散剂为低分子量PE、EBS或硅酮。
2. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的碳纤维为经过热塑性改性的短切碳纤维，其长度为4-7mm。
3. 根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1）备料；
2）将除碳纤维、金属纤维以外的原料放入高混机中混合3-5min后出料，得到混合物，碳纤维、金属纤维按配方质量比从侧喂料口加入，然后控制双螺杆挤出机的加工温度210-300℃，螺杆转数180-600转/分，将混合物置于双螺杆挤出机挤出造粒，即得产品。
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