CN109648964A - 一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，包括表层和芯层；其制备方法：S100、按照重量百分比称取表层和芯层的组分原料；S200、将称取好的电磁屏蔽剂喷涂到木质纤维表面，再将涂有电磁屏蔽剂的木质纤维与聚氯乙烯树脂、环保稳定剂、润滑剂、偶联剂混合后，干燥，得到表层混合物；S300、将芯层组分中的聚氯乙烯树脂、木质纤维、碳酸钙、环保稳定剂、偶联剂、发泡剂和发泡调节剂混合后，干燥，得到芯层混合物；S400、将表层混合物和芯层混合物分别置于不同的挤出机料斗中，使原料熔融塑化，熔融塑化后的产物同步通过模具挤出定型；S500、最后依次冷却、定型、切割，制成木塑复合材料，本发明提高木塑复合材料的电磁屏蔽效能和材料整体的强度。

Description

一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木塑复合材料领域，具体为一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料及其制备方法。
背景技术
随着无线通讯技术的飞速发展，电磁干扰，电磁信息泄露，电磁环境污染等问题也变得越来越严重。目前，几乎所有的电子和电器设备都不可避免的受到电信号和磁信号的干扰。因此，电磁干扰的问题受到广泛的关注，电磁屏蔽材料的研究也成为一个热点，对于国民经济的可持续发展战略具有重要的意义。相对于传统的金属类屏蔽材料，目前的电磁屏蔽材料向着轻、薄、易加工的方向发展，以适应微电子工业中无源器件的发展。
目前，国内外电磁屏蔽木塑复合材料方法主要采用在整个木塑复合材料体系内添加导电颗粒，如银、铜或碳纳米管、石墨烯等，通过在聚合物基体内形成导电通路来提高聚合物的导电性，从而提高木塑复合材料的电磁屏蔽效能。目前共挤技术也常常应用在电磁屏蔽木塑复合材料的生产过程中。
共挤技术是一种使用两台或两台以上挤出机通过一个复合共挤机头联合在一起，挤出机分别供给不同的熔融物料，并在复合机头内汇合后连续挤出多层复合产品，从而实现通过不同的表层与芯层材料的融合，为木塑复合材料提供不同的性能。芯层往往提供力学性能，以普通木塑或高填充量木质纤维的木塑为主，表层则通过添加不同的助剂赋予木塑复合材料不同的功能。通过表芯层结构的设计和组分的变化可以赋予木塑复合材料不同的功能。
木塑复合材料是利用林业三剩物和高分子树脂熔融共混制备的绿色复合材料。因此，采用共挤法制备电磁屏蔽木塑复合材料，不但可以拓展木塑复合材料的应用领域，而且可以提高产品的附加值，具有较高的环保效益和经济效益。
但是，现有的电磁屏蔽木塑复合材料的生产存在以下缺陷：
(1)由于导电颗粒需在整个体系内分散，故添加量大，生产成本高；
(2)导电颗粒在整个体系内的分散性差、相容性差，电磁屏蔽效果不佳，且反射损耗太大，容易造成二次电磁干扰。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料及其制备方法，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，包括表层和芯层，所述表层为电磁屏蔽木塑复合材料层，所述芯层为木塑复合材料层；
所述电磁屏蔽木塑复合材料层的组分按重量百分比计包括：
聚氯乙烯树脂30～50％、木质纤维15～20％、电磁屏蔽剂10～20％、环保稳定剂2～6％、润滑剂1～2％、偶联剂2～3％、加工助剂1～3％，所述表层的各个组分的重量百分比之和为100％；
所述木塑复合材料层的组分按重量百分比计包括：
聚氯乙烯树脂30～45％、木质纤维10～20％、碳酸钙10～20％、环保稳定剂2～6％、润滑剂2～3％、偶联剂2～4％，发泡剂3～5％、发泡调节剂4～10％，所述芯层的组分的重量百分比之和为100％。
进一步地，所述电磁屏蔽木塑复合材料层的厚度为0.8mm～2.0mm；所述木塑复合材料层的厚度为8mm～40mm。
进一步地，所述电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的木质纤维均为木材、稻秸、麦秸、锯末和稻壳中的任意一种或者几种的混合物，粒径为80～150目。
进一步地，所述电磁屏蔽木塑复合材料层的电磁屏蔽剂是纳米晶态纤维素/石墨烯胶体、纳米晶态纤维素/碳纳米管胶体、纳米晶态纤维素/导电石墨胶体和纳米晶态纤维素/炭黑胶体中的任意一种或者几种的混合物，所述电磁屏蔽剂中胶体的质量分数为30～45％。
进一步地，所述电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的润滑剂均为硬脂酸和石蜡中的任意一种或者两种的混合物；所述电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的偶联剂均为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种或者几种的混合物。
进一步地，所述电磁屏蔽木塑复合材料层的加工助剂是ACR树脂；
所述木塑复合材料层的发泡剂是AC发泡剂或碳酸氢钠发泡剂中的一种；
所述木塑复合材料层的发泡调节剂为丙烯酸酯类聚合物。
另外，本发明还提供了一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S100、按照重量百分比称取表层和芯层的组分原料；
S200、将称取好的电磁屏蔽剂喷涂到木质纤维表面，再将涂有电磁屏蔽剂的木质纤维与聚氯乙烯树脂、环保稳定剂、润滑剂、偶联剂混合后，干燥，得到表层混合物；
S300、将芯层组分中的聚氯乙烯树脂、木质纤维、碳酸钙、环保稳定剂、偶联剂、发泡剂和发泡调节剂混合后，干燥，得到芯层混合物；
S400、将表层混合物和芯层混合物分别置于不同的挤出机料斗中，使原料熔融塑化，熔融塑化后的产物同步通过模具挤出定型；
S500、最后依次通过牵引方式冷却、定型、切割，制成表面共挤无卤阻燃木塑复合材料。
进一步地，所述步骤S200中干燥温度为105～120℃，干燥时间为2～4h；所述步骤S300中干燥温度为105～110℃，干燥时间为2～3h。
进一步地，所述表层混合物置于单螺杆挤出机中，所述单螺杆挤出机的机筒温度为160～240℃，螺杆转速为5～10r/min；所述芯层混合物置于双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的机筒温度为180～220℃，螺杆转速是4～8r/min。
进一步地，在表层混合物和芯层混合物的挤出过程中，均采用强制加料的方式进行加料，并且在单螺杆挤出的时，逐步对螺杆的转速进行点试，再通过点试确定转速之后呈周期性的调整螺杆的转速。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将木塑复合材料设计为表芯层结构，表层为电磁屏蔽处理的电磁屏蔽木塑复合材料层，芯层为普通木塑复合材料层，然后利用共挤技术同步挤出定型，制成表面电磁屏蔽木塑复合材料，通过对材料结构的设计和制备方法的改进，提高木塑复合材料的电磁屏蔽效能和材料整体的强度，同时降低电磁屏蔽木塑复合材料的生产成本。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，包括表层和芯层，表层为电磁屏蔽木塑复合材料层，其厚度为0.8mm～2.0mm。芯层为木塑复合材料层，其厚度为8mm～40mm。
电磁屏蔽木塑复合材料层的组分按重量百分比计包括：
聚氯乙烯树脂30～50％、木质纤维15～20％、电磁屏蔽剂10～20％、环保稳定剂2～6％、润滑剂1～2％、偶联剂2～3％、加工助剂1～3％、表层的各个组分的重量百分比之和为100％；
木塑复合材料层的组分按重量百分比计包括：
聚氯乙烯树脂30～45％、木质纤维10～20％、碳酸钙10～20％、环保稳定剂2～6％、润滑剂2～3％、偶联剂2～4％、发泡剂3～5％、发泡调节剂4～10％、芯层的组分的重量百分比之和为100％。
电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的木质纤维均为木材、稻秸、麦秸、锯末和稻壳中的任意一种或者几种的混合物，粒径为80～150目。
电磁屏蔽木塑复合材料层的电磁屏蔽剂是纳米晶态纤维素/石墨烯胶体、纳米晶态纤维素/碳纳米管胶体、纳米晶态纤维素/导电石墨胶体和纳米晶态纤维素/炭黑胶体中的任意一种或者几种的混合物，电磁屏蔽剂中胶体的质量分数为30～45％。
电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的润滑剂均为硬脂酸和石蜡中的任意一种或者两种的混合物。
电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的偶联剂均为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种或者几种的混合物。
电磁屏蔽木塑复合材料层的加工助剂是ACR树脂。
木塑复合材料层的发泡剂是AC发泡剂或碳酸氢钠发泡剂中的一种。
木塑复合材料层的发泡调节剂为丙烯酸酯类聚合物。
在上述配方中，通过加入发泡剂，有利于各成分之间的充分分散，并进一步地，在发泡的过程中由于行程了内部膨胀的结构，可以更好的充填各个成分，以便实现本发明中上述成分的混合，而且在该结构中还存在较多的间隙，可以使得在后续的挤出中，将各组分更进一步地进行分散。即通过发泡剂的作用形成混合料间的间隙，有利于在挤出过程中形成分散体系，以克服上述问题。
如图1所示，一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S100、按照重量百分比称取表层和芯层的组分原料；
S200、将称取好的电磁屏蔽剂喷涂到木质纤维表面，再将涂有电磁屏蔽剂的木质纤维与聚氯乙烯树脂、环保稳定剂、润滑剂、偶联剂混合后，进行干燥，干燥温度为105～120℃，干燥时间为2～4h，得到表层混合物。
S300、将芯层组分中的聚氯乙烯树脂、木质纤维、碳酸钙、环保稳定剂、偶联剂、发泡剂和发泡调节剂混合后，进行干燥，干燥温度为105～110℃，干燥时间为2～3h，得到芯层混合物。
S400、将表层混合物和芯层混合物分别置于不同的挤出机料斗中。表层混合物置于单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机的机筒温度为160～240℃，螺杆转速为5～10r/min。芯层混合物置于双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的机筒温度为180～220℃，螺杆转速是4～8r/min。使原料熔融塑化，熔融塑化后的产物同步通过模具挤出定型。
S500、最后依次通过牵引方式冷却、定型、切割，制成表面共挤无卤阻燃木塑复合材料。
在上述中，在表层混合物和芯层混合物的挤出过程中，均采用强制加料的方式进行加料，通过这种方式加料，其主要的作用在于防止蓬松的木质或者复合材质的材料由于架桥等原因而出现中空结构，使得复合材料内部出现孔隙，而且采用强制性加料，一方面可以充分的补充原料，使得挤出后的材料更加紧实，另外一个方面在于可以通过强制加料的压力来控制整个进料的压力，实现挤出的有序控制。并且在单螺杆挤出的时，逐步对螺杆的转速进行点试，再通过点试确定转速之后呈周期性的调整螺杆的转速，在该步骤中，由于热敏性的木粉和热塑性的复合材料会由于温度的变化而发生降解，但是又由于低温将会导致树脂等复合材料无法包裹木粉，因此，就势必要严格的控制温度，而在本工艺中，单一的温度无法满足上述需求，这也是现有技术中的一大缺陷，在本发明中，结合单螺杆挤出的过程，首先通过点试法确定最佳的温度，然后再依据该温度的确定其波动的上限和下限，在挤出的过程中将温度控制在这个范围内波动，这样的优点在于可以通过循环变化的温度来满足上述温度的需求，而且又由于是强制性加料，可以防止出现挤出不紧实的问题，还可以克服相容性差的问题。
对基于本发明的上述配方和方法所制备的木塑复合材料，对其物理力学性能进行测试，其测试结果如下表所示：
经过一系列步骤制备出的电磁屏蔽共挤木塑复合材料。通过对材料结构的设计和制备方法的改进，提高木塑复合材料的电磁屏蔽效能和材料整体的强度，同时降低电磁屏蔽木塑复合材料的生产成本。
本发明利用纳米晶态纤维素的高分散性促进电磁屏蔽剂在木塑复合材料表层形成连续的导电网络，因而提高木塑复合材料的电磁屏蔽能力。制备得到的电磁屏蔽木塑复合材料的电磁屏蔽效能(30MHz-230MHz)高达95dB，并且具有良好的力学性能。同时，由于仅在木塑复合材料的表层添加电磁屏蔽剂，降低了生产成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，其特征在于，包括表层和芯层，所述表层为电磁屏蔽木塑复合材料层，所述芯层为木塑复合材料层；
所述电磁屏蔽木塑复合材料层的组分按重量百分比计包括：
聚氯乙烯树脂30～50％、木质纤维15～20％、电磁屏蔽剂10～20％、环保稳定剂2～6％、润滑剂1～2％、偶联剂2～3％、加工助剂1～3％，所述表层的各个组分的重量百分比之和为100％；
所述木塑复合材料层的组分按重量百分比计包括：
聚氯乙烯树脂30～45％、木质纤维10～20％、碳酸钙10～20％、环保稳定剂2～6％、润滑剂2～3％、偶联剂2～4％，发泡剂3～5％、发泡调节剂4～10％，所述芯层的组分的重量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽木塑复合材料层的厚度为0.8mm～2.0mm；所述木塑复合材料层的厚度为8mm～40mm。
3.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的木质纤维均为木材、稻秸、麦秸、锯末和稻壳中的任意一种或者几种的混合物，粒径为80～150目。
4.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽木塑复合材料层的电磁屏蔽剂是纳米晶态纤维素/石墨烯胶体、纳米晶态纤维素/碳纳米管胶体、纳米晶态纤维素/导电石墨胶体和纳米晶态纤维素/炭黑胶体中的任意一种或者几种的混合物，所述电磁屏蔽剂中胶体的质量分数为30～45％。
5.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的润滑剂均为硬脂酸和石蜡中的任意一种或者两种的混合物；所述电磁屏蔽木塑复合材料层和木塑复合材料层的偶联剂均为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、硅皖偶联剂和铝酸酯偶联剂中的任意一种或者几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料，其特征在于，
所述电磁屏蔽木塑复合材料层的加工助剂是ACR树脂；
所述木塑复合材料层的发泡剂是AC发泡剂或碳酸氢钠发泡剂中的一种；
所述木塑复合材料层的发泡调节剂为丙烯酸酯类聚合物。
7.一种如权利要求1所述电磁屏蔽共挤木塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、按照重量百分比称取表层和芯层的组分原料；
S200、将称取好的电磁屏蔽剂喷涂到木质纤维表面，再将涂有电磁屏蔽剂的木质纤维与聚氯乙烯树脂、环保稳定剂、润滑剂、偶联剂混合后，经过干燥得到表层混合物；
S300、将芯层组分中的聚氯乙烯树脂、木质纤维、碳酸钙、环保稳定剂、偶联剂、发泡剂和发泡调节剂混合后，经过干燥得到芯层混合物；
S400、将表层混合物和芯层混合物分别置于不同的挤出机料斗中，使原料熔融塑化，熔融塑化后的产物同步通过模具挤出定型；
S500、最后依次通过牵引方式冷却、定型、切割，制成表面共挤无卤阻燃木塑复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S200中干燥温度为105～120℃，干燥时间为2～4h；所述步骤S300中干燥温度为105～110℃，干燥时间为2～3h。
9.根据权利要求7所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述表层混合物置于单螺杆挤出机中，所述单螺杆挤出机的机筒温度为160～240℃，螺杆转速为5～10r/min；所述芯层混合物置于双螺杆挤出机中，所述双螺杆挤出机的机筒温度为180～220℃，螺杆转速是4～8r/min。
10.根据权利要求9所述的一种电磁屏蔽共挤木塑复合材料的制备方法，其特征在于，在表层混合物和芯层混合物的挤出过程中，均采用强制加料的方式进行加料，并且在单螺杆挤出的时，逐步对螺杆的转速进行点试，再通过点试确定转速之后呈周期性的调整螺杆的转速。
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