CN110791093B - 一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料及其制备方法 - Google Patents

一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料及其制备方法，本发明采用热塑性聚酰亚胺作为基体树脂，同时采用笼型倍半硅氧烷这种新型的有机硅杂化材料进行分子结构创新设计，合成球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷作为阻燃剂，并以球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷为模板进行化学电镀制备笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料作为电磁屏蔽材料。利用G‑POSS‑SiO2基聚合物燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，同时利用笼型聚倍半硅氧烷有机取代基接枝SiO2，形成特殊的“桑葚”结构，通过镀银在表面形成“丘陵”形貌，更有利于电磁波的屏蔽和吸收等优点。

Description

一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料，更具体的说是涉及一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料。
背景技术
电能计量箱是国家电网设施中通向每家每户的电表计量仪器的一个保护壳体，近年来，随着国家加大对电力基础设施的投资建设力度和城镇化的进展，电能计量箱的需求量和产能都在逐年递增。
传统非金属电能计量箱，箱盖多采用耐候性聚碳酸酯（PC）、箱底采用阻燃ABS和PC/ABS合金工程塑料制造。具有绝缘性能高、透明度高、防雨、防尘、耐老化、易于安装管理等优点，但也存在承压能力差，易产生高温蠕变等、电磁屏蔽性能不佳等不足。
目前，聚合物基电磁屏蔽复合材料材料繁多，主要采用PP、PET、PC-ABS、ABS等聚合物为基材；如：中国专利200910212436.6公开了一种电磁屏蔽聚乙烯材料及其制作工艺，主要用来生产电磁屏蔽零配件或外壳，中国专利201210029979.6公开了一种透明电磁屏蔽薄膜，具有透明性好，电磁屏蔽性能佳等优点。
笼型倍半硅氧烷一种新型的有机硅杂化材料，是由无机核和八个顶端为有机部分组成的立方体形纳米粒子，是具有纳米尺度、规整的空间结构杂化材料。六面体结构顶点的硅原子与8个有机取代基R相连，R可进行化学接枝，而Si—O—Si无机内核可赋予聚合物良好的硬度、强度、抗氧化性和热稳定性能，因此在材料改性方面有着独特的应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，包括下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
电磁屏蔽材料：20份
阻燃剂：15份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份
作为本发明的进一步改进，所述电磁屏蔽材料为笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料；
所述笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml 60%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性。
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2。
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)。
步骤D：分别称取20g酒石酸钾钠和10g AgNO３各溶于100ml去离子水中，配制成络合液和 AgNO３溶液，将AgNO３溶液加入络合液，缓慢加入NaOH溶液和氨水，调节pH值至8~10,置于80℃水浴中充分反应6h后加入5g步骤C制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2），继续反应8h后蒸馏水洗涤三遍，烘干制得笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）；
所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂；
所述阻燃剂为球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）；
所述相容剂为马来酸酐接枝POE；
所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺；
所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯混合物；
所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑混合物；
作为本发明的另一发明目的，提供的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料的制备方法：
步骤一：按照配方比例称取聚酰亚胺树脂、电磁屏蔽材料、阻燃剂、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、备用；
步骤二：先将电磁屏蔽材料、阻燃剂、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒；
本发明的有益效果，作为本发明的发明要点，本发明采用热塑性聚酰亚胺作为基体树脂，利用热塑性聚酰亚胺高强度，耐高温等特点，同时通过在材料中加入自制电磁屏蔽材料，阻燃剂来提高材料的电磁屏蔽及阻燃性能。正常情况下，制备电磁屏蔽及阻燃材料通常采用树脂复配电磁屏蔽材料及阻燃剂制备。而传统的电磁屏蔽材料主要采用无机微粒表面镀金属材料，与基体树脂相容性不好，阻燃剂也存在具有添加量大等问题，难以将效果发挥到最佳。而本发明解决的这个问题的方案，采用笼型倍半硅氧烷这种新型的有机硅杂化材料进行分子结构创新设计，合成球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）作为阻燃剂，利用笼型聚倍半硅氧烷特殊的空间结构，在其有机取代基化学接枝SiO2，G-POSS-SiO2基聚合物燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，该炭层能隔热、隔氧，有效的保护聚合物基体，发挥阻燃作用，相较传统阻燃剂具有添加量少，阻燃效果佳等优点。并以球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）为模板进行化学电镀制备笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）作为电磁屏蔽材料，由于笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2具有更大的比表面积，同时利用笼型聚倍半硅氧烷有机取代基接枝SiO2，形成特殊的“桑葚”结构，通过镀银在表面形成“丘陵”形貌，更有利于电磁波的屏蔽和吸收，较传统的无机微粒直接镀银具有更优的电磁屏蔽效果。
具体实施方式
实施例1：
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，包括下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
电磁屏蔽材料：20份
阻燃剂：15份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份
所述电磁屏蔽材料为笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料；
所述笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml 浓度为60wt%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性。
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2。
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)。选自美国HybridPlastics公司。
步骤D：分别称取20g酒石酸钾钠和10g AgNO３各溶于100ml去离子水中，配制成络合液和 AgNO３溶液，将AgNO３溶液加入络合液，缓慢加入NaOH溶液和氨水，调节pH值至8~10,置于80℃水浴中充分反应6h后加入5g步骤C制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2），继续反应8h后蒸馏水洗涤三遍，烘干制得笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）；
所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂；
所述阻燃剂为球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）；
所述相容剂为马来酸酐接枝POE；
所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺；
所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物；
所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑的混合物；
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料的制备方法：
步骤一：按照配方比例称取聚酰亚胺树脂、电磁屏蔽材料、阻燃剂、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，备用；
步骤二：先将电磁屏蔽材料、阻燃剂、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒。
对比例1：
一种非金属电能计量箱用阻燃聚酰亚胺材料，包括下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
阻燃剂：15份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份
所述阻燃剂为球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）；
所述球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml 60%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性。
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2。
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)。
所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂；
所述相容剂为马来酸酐接枝POE；
所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺；
所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯混合物；
所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑混合物；
一种非金属电能计量箱用阻燃聚酰亚胺材料的制备方法：
步骤一：按照配方比例称取聚酰亚胺树脂、阻燃剂、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、备用；
步骤二：先将阻燃剂、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒。
对比例2：
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽聚酰亚胺材料，包括下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
电磁屏蔽材料：20份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份
所述电磁屏蔽材料为笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料；
所述笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml 浓度为60wt%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性。
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2。
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)。
步骤D：分别称取20g酒石酸钾钠和10g AgNO３各溶于100ml去离子水中，配制成络合液和 AgNO３溶液，将AgNO３溶液加入络合液，缓慢加入NaOH溶液和氨水，调节pH值至8~10,置于80℃水浴中充分反应6h后加入5g步骤C制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2），继续反应8h后蒸馏水洗涤三遍，烘干制得笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）；
所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂；
所述相容剂为马来酸酐接枝POE；
所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺；
所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯混合物；
所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑混合物；
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽聚酰亚胺材料的制备方法：
步骤一：按照配方比例称取聚酰亚胺树脂、电磁屏蔽材料、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、备用；
步骤二：先将电磁屏蔽材料、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒。
对比例3：
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，包括下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
电磁屏蔽材料：20份
阻燃剂：15份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份
所述电磁屏蔽材料为表面镀银SiO2微粒；
所述阻燃剂为球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）；
所述球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml 60%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性。
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2。
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)。
所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂；
所述相容剂为马来酸酐接枝POE；
所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺；
所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯混合物；
所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑混合物；
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料的制备方法：
步骤一：按照配方比例称取聚酰亚胺树脂、表面镀银SiO2微粒、阻燃剂、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、备用；
步骤二：先将表面镀银SiO2微粒、阻燃剂、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒。
对比例4：
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，包括下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
电磁屏蔽材料：20份
N-P阻燃剂：15份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份
所述电磁屏蔽材料为笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料；
所述笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml 60%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性。
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2。
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)。
步骤D：分别称取20g酒石酸钾钠和10g AgNO３各溶于100ml去离子水中，配制成络合液和 AgNO３溶液，将AgNO３溶液加入络合液，缓慢加入NaOH溶液和氨水，调节pH值至8~10,置于80℃水浴中充分反应6h后加入5g步骤C制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2），继续反应8h后蒸馏水洗涤三遍，烘干制得笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）；
所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂；
所述阻燃剂为N-P阻燃剂；
所述相容剂为马来酸酐接枝POE；
所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺；
所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯混合物；
所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑混合物；
一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料的制备方法：
步骤一：按照配方比例称取聚酰亚胺树脂、电磁屏蔽材料、N-P阻燃剂、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、备用；
步骤二：先将电磁屏蔽材料、N-P阻燃剂、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒。
具体性能检测及结果评价如下：
将上述实施例1和对比例1-4获得的样品，阻燃性能按照GB/T 2408-2008《塑料 燃烧性能的测定 水平发和垂直法》和GBT 2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分 室温试验》，屏蔽效能（SE）采用美国国家标准局（NBS）推荐的同轴测试法测得，电磁波波段为200 MHz至10 GHz频率范围。测试结果如表1所示。
表1 实施例1和对比例1-4的测试结果
垂直燃烧级别 氧指数(%) 屏蔽效能（dB）
实施例1 V-0 36 65
对比例1 V-0 38 10
对比例2 V-1 28 69
对比例3 V-0 35 36
对比例4 V-1 30 62
由表1测试结果可见，实施例1采用自制的电磁屏蔽材料和阻燃剂，能显著提高材料的电磁屏蔽和阻燃性能，对比例1和对比例2较实施例1区别在于对比例1未添加电磁屏蔽材料，而对比例2则未添加阻燃材料，从测试结果可以看出，未添加电磁屏蔽材料和阻燃材料，产品的电磁屏蔽性能和阻燃性能明显低于添加电磁屏蔽材料和阻燃材料，而对比例3和对比例4和实施例1的区别在于对比例3采用表面镀银SiO2微粒作为电磁屏蔽材料，而对比例4采用N-P阻燃剂取代自制球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）阻燃剂，虽然采用表面镀银SiO2微粒和N-P阻燃剂也能提高材料的电磁屏蔽和阻燃性能，但效果仍劣于实施例1。本发明采用最优选的采用实施例1的配方，材料的电磁屏蔽和阻燃性能均为最佳。
本发明的有益效果，作为本发明的发明要点，本发明采用热塑性聚酰亚胺作为基体树脂，利用热塑性聚酰亚胺高强度，耐高温等特点，同时通过在材料中加入自制电磁屏蔽材料，阻燃剂来提高材料的电磁屏蔽及阻燃性能。正常情况下，制备电磁屏蔽及阻燃材料通常采用树脂复配电磁屏蔽材料及阻燃剂制备。而传统的电磁屏蔽材料主要采用无机微粒表面镀金属材料，与基体树脂相容性不好，阻燃剂也存在具有添加量大等问题，难以将效果发挥到最佳。而本发明解决的这个问题的方案，采用笼型倍半硅氧烷这种新型的有机硅杂化材料进行分子结构创新设计，合成球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）作为阻燃剂，利用笼型聚倍半硅氧烷特殊的空间结构，在其有机取代基化学接枝SiO2，G-POSS-SiO2基聚合物燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，该炭层能隔热、隔氧，有效的保护聚合物基体，发挥阻燃作用，相较传统阻燃剂具有添加量少，阻燃效果佳等优点。并以球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）为模板进行化学电镀制备笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）作为电磁屏蔽材料，由于笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2具有更大的比表面积，同时利用笼型聚倍半硅氧烷有机取代基接枝SiO2，形成特殊的“桑葚”结构，通过镀银在表面形成“丘陵”形貌，更有利于电磁波的屏蔽和吸收，较传统的无机微粒直接镀银具有更优的电磁屏蔽效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：由下述重量份组成：
聚酰亚胺树脂：100份
电磁屏蔽材料：20份
阻燃剂：15份
相容剂：5份
润滑剂：3份
分散剂：2份
抗氧化剂：0.5份
紫外线吸收剂：0.5份；
所述电磁屏蔽材料为笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料，
所述笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料通过下述方法制备：
步骤A:取30g球形二氧化硅加入200ml浓度60wt%浓硝酸中浸泡5h，过滤后用蒸馏水洗涤8次放入干燥箱在80℃下干燥12h，对球形SiO2进行表面改性；
步骤B：称取10g的步骤A制得的二氧化硅和2g偶联剂加入到60mL的丙酮中，超声20 min后，在氮气保护下恒温75℃下磁力搅拌反应24h，反应完成后过滤，边真空抽滤边用无水乙醇清洗5遍，然后50℃恒温真空干燥制得氨基接枝球形SiO2；
所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；
步骤C：取5g笼型聚倍半硅氧烷（POSS）和20g步骤B制得氨基接枝球形二氧化硅溶解于吡咯烷酮中，超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥去除溶剂后粉碎制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）；
所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷(G-POSS)；
步骤D：分别称取20g酒石酸钾钠和10g AgNO３各溶于100ml去离子水中，配制成络合液和AgNO３溶液，将AgNO３溶液加入络合液，缓慢加入NaOH溶液和氨水，调节pH值至8~10,置于80℃水浴中充分反应6h后加入5g步骤C制得球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2），继续反应8h后蒸馏水洗涤三遍，烘干制得笼型聚倍半硅氧烷修饰球形SiO2镀银材料（G-POSS-SiO2@Ag）。
2.根据权利要求1所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：所述聚酰亚胺树脂为热塑性聚酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：所述阻燃剂为权利要求1步骤C所制得的球形SiO2接枝笼型聚倍半硅氧烷（G-POSS-SiO2）。
4.根据权利要求1所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝POE。
5.根据权利要求1所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：所述分散剂为N,N'-亚乙基双硬脂酰胺。
6.根据权利要求1所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：所述抗氧化剂为质量比3:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料，其特征在于：所述紫外线吸收剂为质量比为2:1的[2-羟基-4-(辛氧基)苯基]苯基酮和2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑的混合物。
8.权利要求1-7任一所述的一种非金属电能计量箱用电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料的制备方法：其特征在于：步骤如下：
步骤一：按照配比称取聚酰亚胺树脂、电磁屏蔽材料、阻燃剂、相容剂、润滑剂、分散剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，备用；
步骤二：先将电磁屏蔽材料、阻燃剂、分散剂加入高速混合机内，升温至100℃，以300r/min的转速搅拌0.5h后，依次加入聚酰亚胺树脂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂，以500r/min的转速常温搅拌0.5h，冷却至室温出料，得到预混料；
步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到电磁屏蔽、阻燃聚酰亚胺材料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为250~310℃，二区温度为350~370℃，三区温度为370~410℃，四区温度为370~400℃，五区温度为350~390℃，模头温度为350~370℃，喂料速度为50~100r/min，螺杆转速为100~300r/min，挤出造粒。
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