CN109627672A - 导电母料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电母料及其制备方法，导电母料的制备方法包括以下步骤：S1、将导电纤维束浸润在第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中，使第一高分子材料在所述导电纤维束的每一根导电纤维表面形成第一包覆层。本发明的导电母料，通过将高分子材料包覆在导电纤维表面，可将导电纤维束的导电纤维隔开，避免纤维之间相互缠结；在注塑成型中不容易断裂，可以分散均匀且保持较高的长径比。

Description

导电母料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电塑料技术领域，尤其涉及一种导电母料及其制备方法。
背景技术
导电塑料根据其导电性能，分为抗静电塑料和电磁屏蔽塑料。通常导电塑料采用导电填料添加到绝缘的塑料基材中，赋予绝缘的塑料基材具有导电性能。根据导电填料的加入量，导电塑料的导电性能有不同的级别，主要分为电阻较高的静电消散塑料和超高导电性能的电磁屏蔽塑料。
常用的导电填料为导电碳黑或者导电石墨等颗粒状的导电填料，其添加量大，对基材的力学性能影响严重。此外，由于添加量的限制，不能做到很低的电阻。而导电纤维具有优异的导电性能，其纤维状的结构，在很少添加量的情况下就实现很好的导电性能。但是，导电纤维容易相互缠结，难以分散均匀，并且在注塑成型过程中容易断裂，破坏其长径比。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种使纤维分散均匀、保持较高的长径比的导电母料的制备方法以及制得的导电母料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种导电母料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将导电纤维束浸润在第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中，使第一高分子材料在所述导电纤维束的每一根导电纤维表面形成第一包覆层。
优选地，所述第一高分子材料为聚氨酯、丙烯酸树脂、环氧树脂和环氧改性聚酯中的一种或多种。
优选地，所述第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中含有质量百分比为0.1％-5％的表面改善剂。
优选地，所述表面改善剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸以及十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
优选地，所述第二高分子材料中添加有阻燃剂。
优选地，所述导电纤维为不锈钢纤维、碳纤维、镀镍碳纤维、银纤维以及铜纤维中的一种或多种的混合；
在具有第一包覆层的导电纤维中，所述导电纤维的质量百分比为20％-80％。
优选地，所述导电母料的制备方法还包括以下步骤：
S2、将具有第一包覆层的所述导电纤维束导入第二高分子材料的熔体中，使所述导电纤维束外包覆有第二高分子材料形成的第二包覆层。
优选地，所述第二高分子材料为热塑性树脂。
优选地，所述热塑性树脂为聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
优选地，所述第二高分子材料中添加有阻燃剂。
优选地，在具有第二包覆层的导电纤维束中，导电纤维的质量百分比为20％-80％。
本发明还提供一种导电母料，采用以上任一项所述的制备方法制成。
本发明的有益效果：通过将高分子材料包覆在导电纤维表面，可将导电纤维束的导电纤维隔开，避免纤维之间相互缠结；在注塑成型中不容易断裂，可以分散均匀且保持较高的长径比。
本发明的导电母料与不同塑料混合进行挤出造粒或者注塑成型时，导电纤维能容易的分散开，并且相互搭接成三维导电网络，从而使绝缘的塑料具优异的导电性能，同时具有一定的阻燃性能；纤维的保留长度长，即在很少添加量的情况下，就能达到理想的抗静电和电磁屏蔽效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的导电母料的剖面结构示意图；
图2是本发明一实施例的导电母料的扫面电镜的截面图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明第一实施例的导电母料的制备方法，可包括以下步骤：
S1、将导电纤维束浸润在第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中，使第一高分子材料在导电纤维束的每一根导电纤维表面形成第一包覆层。
其中，导电纤维可为但不限于不锈钢纤维、碳纤维、镀镍碳纤维、银纤维以及铜纤维中的一种或多种的混合。在具有第一包覆层的导电纤维中，导电纤维的质量百分比为20％-80％。
第一高分子材料为聚氨酯、丙烯酸树脂、环氧树脂和环氧改性聚酯中的一种或多种，该些材料与导电纤维之间具有很好的浸润性，并且可在较低的温度下熔融，同时容易溶解在溶剂中制成溶液，通过添加乳化剂等后即可制成乳液。
浸润前，将第一高分子材料加热形成熔体，或者溶于对应的溶剂中形成溶液，或者将溶液进一步乳化形成乳液。当将导电纤维束浸入第一高分子材料的熔体，导电纤维取出后通过冷却使表面包覆的熔体固化形成第一包覆层。当将导电纤维束浸入第一高分子材料的溶液或乳液，导电纤维取出后在高温下烘干脱去溶剂，使第一高分子材料在导电纤维表面形成第一包覆层。
优选地，第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中含有质量百分比为0.1％-5％的表面改善剂。表面改善剂用于提高第一高分子材料与导电纤维之间的浸润性，增加第一高分子材料在导电纤维表面的结合力。表面改善剂可为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸以及十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
进一步地，在第一高分子材料中添加阻燃剂，使制得的导电母料具有阻燃性能，阻燃剂可以是含有磷氮或溴的有机阻燃剂，也可以是无机阻燃剂。
具有第一包覆层的导电纤维可直接切成长度为1mm-10mm、直径为0.5mm-10mm的圆柱颗粒，作为导电母料，可直接根据产品需求注塑成型，或者经过挤出机形成产品，也可以经过挤出机后再注塑成型为产品。
上述第一实施例的制备方法制得的导电母料，参考图1，制得的导电母料包括由多根导电纤维10构成的导电纤维束、设置在每一根导电纤维10表面的第一包覆层20。
该导电母料的扫描电镜截面图如图2所示，第一高分子材料形成的第一包覆层包覆在每一根导电纤维的表面。
本发明第二实施例的导电母料的制备方法，可包括以下步骤：
S1、将导电纤维束浸润在第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中，使第一高分子材料在导电纤维束的每一根导电纤维表面形成第一包覆层。
导电纤维及第一高分子材料的选择等可参考上述第一实施例。
S2、将具有第一包覆层的导电纤维束导入第二高分子材料的熔体中，使导电纤维束外包覆有第二高分子材料形成的第二包覆层。
第二高分子材料形成的第二包覆层将整个导电纤维束进行包覆，同时也包覆在第一包覆层外。在具有第二包覆层的导电纤维束中，导电纤维的质量百分比为20％-80％。
其中，第二高分子材料为热塑性树脂，进一步可为聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
进一步地，在第二高分子材料中添加阻燃剂，使制得的导电母料具有阻燃性能，阻燃剂可以是含有磷氮或溴的有机阻燃剂，也可以是无机阻燃剂。
具有第二包覆层的导电纤维束可直接切成长度为1mm-10mm、直径为0.5mm-10mm的圆柱颗粒，作为导电母料，可直接根据产品需求注塑成型，或者经过挤出机形成产品，也可以经过挤出机后再注塑成型为产品。进一步还可通过稀释导电纤维含量后再按要求制成产品。
上述第二实施例的制备方法制得的导电母料，如图2所示，该制得的导电母料包括由多根导电纤维10构成的导电纤维束、设置在每一根导电纤维10表面的第一包覆层20、设置在导电纤维束外的第二包覆层30。相比于第一实施例制得的导电母料，增加了外面的第二包覆层30。
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
在环氧树脂片中加入质量百分比为0.5％的十二烷基苯磺酸钠，混合均匀后加热，加热到120℃达到自由流动的熔融状态，形成熔体。将连续碳纤维束浸入上述的熔体中，使环氧树脂浸润每一根碳纤维。碳纤维取出后，表面包覆的环氧树脂立即冷却变硬形成包覆层。
在ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)中加入18wt％的溴化聚苯乙烯和6wt％三氧化二锑，并加热使ABS融化。将包覆环氧树脂的碳纤维经过ABS的熔体中，使整束碳纤维表面包覆一层ABS树脂，控制碳纤维的含量为30wt％。经切粒机，切成6mm长度的近似圆柱颗粒，制得ABS母料。
在ABS母料中加入ABS稀释其纤维含量为5wt％，直接注塑成型。测试注塑产品的表面电阻为104Ω，能够满足静电消散领域的需求；阻燃级别达到2.0mm UL 94 V2。
实施例2
将环氧改性聚酯树脂溶解在二乙醇胺中，一定温度下反应一定时间，再加入聚醚胺继续反应，后加入冰乙酸，最后加入大量水快速搅拌乳化，得到环氧树脂乳液。取一定量环氧树脂乳液，加入0.5wt％硅烷偶联剂HK550，20wt％液体磷酸酯阻燃剂，搅拌均匀。将连续的镀镍碳纤维浸入在上述制成的乳液中，后取出烘干，脱去溶剂和水，使镀镍碳纤维表面包覆环氧改性聚酯树脂。
将包覆环氧改性聚酯树脂的镀镍碳纤维经过聚碳酸酯树脂熔体中，控制聚碳酸酯树脂的含量，使镀镍碳纤维的质量比为40％，在镀镍碳纤维外包覆聚碳酸酯树脂。将包覆聚碳酸酯树脂的镀镍碳纤维切成长度为7mm的导电母粒。
用聚碳酸酯纯料稀释导电母粒，使导电母粒的纤维含量稀释到20wt％，经过注塑机直接注塑成型，测试其性能，体积电阻为10-2Ω.cm。
用聚碳酸酯纯料稀释导电母粒，使导电母粒的纤维含量稀释到20wt％，制成2mm厚度的圆板，在30MHz-1.5GHz频率的电磁波下，屏蔽效能为50-60dB；阻燃级别达到2.0mmUL94 V1。
实施例3
取丙烯酸树脂溶解在丙酮中，制成丙烯酸溶液，控制丙烯酸的含量为30％。将连续的不锈钢纤维浸入丙烯酸溶液中，使每根不锈钢纤维外都包覆上丙烯酸树脂。取出不锈钢纤维，放入烘箱，抽风脱去溶剂，使不锈钢纤维表面包覆有丙烯酸树脂。
将包覆有丙烯酸树脂的不锈钢纤维，加入到尼龙6的熔体中，在不锈钢纤维束外包覆一层尼龙树脂，控制纤维的质量比为60％，切成长度为6mm的导电颗粒。加入尼龙66将纤维含量稀释到10wt％，后加入单螺杆挤出机中造粒，将造好的颗粒加入到注塑机中注塑成样件。测试注塑件的表面电阻为103Ω，满足常用的抗静电要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种导电母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将导电纤维束浸润在第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中，使第一高分子材料在所述导电纤维束的每一根导电纤维表面形成第一包覆层。
2.根据权利要求1所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述第一高分子材料为聚氨酯、丙烯酸树脂、环氧树脂和环氧改性聚酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述第一高分子材料的熔体、溶液或乳液中含有质量百分比为0.1%-5%的表面改善剂；
所述表面改善剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硬脂酸以及十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述第一高分子材料中添加有阻燃剂。
5.根据权利要求1所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述导电纤维为不锈钢纤维、碳纤维、镀镍碳纤维、银纤维以及铜纤维中的一种或多种的混合；
在具有第一包覆层的导电纤维中，所述导电纤维的质量百分比为20%-80%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：
S2、将具有第一包覆层的所述导电纤维束导入第二高分子材料的熔体中，使所述导电纤维束外包覆有第二高分子材料形成的第二包覆层。
7.根据权利要求6所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述第二高分子材料为热塑性树脂；
所述热塑性树脂为聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的导电母料的制备方法，其特征在于，所述第二高分子材料中添加有阻燃剂。
9.根据权利要求6所述的导电母料的制备方法，其特征在于，在具有第二包覆层的导电纤维束中，导电纤维的质量百分比为20%-80%。
10.一种导电母料，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制成。
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