CN112175387B - 一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料领域，公开了一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。所述的聚酰胺复合材料，包括聚酰胺10～95％，聚倍半硅氧烷1～10％，抗氧剂0.05～0.5％，脱模剂0.1～2％，增韧剂1～10％，聚烯烃1～15％，玻璃纤维5～50％。本发明采用聚酰胺，聚倍半硅氧烷，抗氧剂，脱模剂，增韧剂，聚烯烃，玻璃纤维共同作用，在不锈钢纳米注塑工艺下，具有很高的不锈钢结合力，同时能够具有低介电常数和低介电损耗。当用氮化鹏替代部分玻纤后，材料的介电常数和介电损耗均得到降低，同时，不锈钢结合力下降幅度并不大，仍然保持在30MPa以上。而且本发明的制备方法简单易行，适于大规模生产应用。

Description

一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别涉及一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着金属在消费电子领域，特别是众多工业涉及领域，需要用到塑胶和金属的结合设计。最常见的两种塑胶/金属结合机，平板电脑和笔记本电脑中需求增加，急需一种更有效的塑胶/金属结合技术，该技术需要有更高的结合强度，更简化的生产工艺，更高的设计自由度，更轻的重量和更小的体积。
手机行业以前普遍使用铝合金作为金属外壳，当使用铝合金时，由于存在阳极氧化工艺，PPS和PBT由于与铝合金的结合力高，以及耐阳极氧化的特点，得到了广泛应用。随着手机个性化和差异化的发展，从2017年开始，不锈钢复合玻璃和不锈钢复合陶瓷的结构逐渐开始替代全铝合金机身，成为新的主流设计。在不锈钢工艺中，不需要阳极氧化工艺，但要经过PVD高温工艺，PBT耐温等级不够，无法使用，PPS虽然耐温能达到要求，可是配色困难，难以满足个性化色彩需求。因此，耐高温的聚酰胺作为一种较为理想的材料被用在不锈钢纳米注塑工艺中。
但是，聚酰胺材料本身的介电常数和介电损耗都较高。在5G时代，常规聚酰胺材料难以满足手机天线的性能要求。常用的改性技术是共混大量的聚烯烃，氟塑料等低介电的材料来降低聚酰胺的介电性能。但是在NMT工艺中，聚烯烃和氟塑料会严重降低聚酰胺和金属的结合力，不能大量添加，因此必须开发新的技术，来实现同时具有低介电和高金属结合力的性能目标。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，该复合材料同时具有低介电和高金属结合力的性质。
本发明另一目的在于提供上述低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料的制备方法，该方法操作简便，可控性强，适合大规模生产。
本发明再一目的在于提供上述低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料在手机制作中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括：
Figure BDA0002705727730000021
进一步的，所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括：
Figure BDA0002705727730000022
进一步的，所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括：
Figure BDA0002705727730000023
Figure BDA0002705727730000031
进一步的，所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料还含有氮化硼，此时，按重量百分比计，所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料包括：
Figure BDA0002705727730000032
进一步的，所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料还含有氮化硼，此时，按重量百分比计，所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料包括：
Figure BDA0002705727730000033
所述的聚酰胺为结晶性聚酰胺和无定型聚酰胺的混合物，其重量百分比为5：1到1：1。其中结晶性聚酰胺指PA6，PA66，PA610，PA106，PA1010中的至少一种，优选为PA66和PA610的混合物(两者重量比优选为17:17.4)；无定型聚酰胺指MXD6,PA6I,PA6T/6I中的至少一种。
所述的聚倍半硅氧烷为笼状结构聚倍半硅氧烷，如笼状甲基聚倍半硅氧烷、笼状甲基丙烯基聚倍半硅氧烷、笼状苯胺丙基聚倍半硅氧烷中的至少一种；优选为笼状结构且含有氨基的聚倍半硅氧烷，如笼状苯胺丙基聚倍半硅氧烷。
所述的抗氧剂为受阻酚，受阻胺、亚磷酸酯中的至少一种。
所述的脱模剂为硬脂酸酯，硬脂酸盐、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
所述的增韧剂为含有缩水甘油醚或/和马来酸酐结构，并且缩水甘油醚在增韧剂中的比例大于5％的增韧剂，优选为AX8900。
所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、聚环状烯烃中的至少一种。
所述的玻璃纤维为低介电玻纤，玻纤的介电常数小于4.6。
一种上述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：按配比将原料混合均匀，然后经挤出机挤出造粒，即得低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，造粒温度为240-300℃。
所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料在手机制备中的应用。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明采用聚酰胺，聚倍半硅氧烷，抗氧剂，脱模剂，增韧剂，聚烯烃，玻璃纤维共同作用，在不锈钢纳米注塑工艺下，具有很高的不锈钢结合力，同时能够具有低介电常数和低介电损耗。本发明的制备方法简单易行，适于大规模生产应用。
附图说明
图1为实施例中金属塑胶测试整体件的结构示意图，1-金属片，4-塑胶件。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
PA66为神马PA66 EPR24，PA6T/6I为杜邦Selar PA3426，PP为独山子石化K9928，PA610为山东东辰瑞森PA610，MDX6为日本三菱1022H，低介电玻纤为CPIC ECS301HP-3-K(HL)，笼状甲基聚倍半硅氧烷为广州一新科技
Figure BDA0002705727730000052
POSS104，笼状甲基丙烯基聚倍半硅氧烷为广州一新科技
Figure BDA0002705727730000053
POSS102，笼状苯胺丙烯基聚倍半硅氧烷为广州一新科技
Figure BDA0002705727730000054
POSS1012，氮化硼为北京兴荣源科技有限公司BN20。
本发明中使用的不锈钢粘接力测试标准参照日本大成化学专利(如WO2007/040245)中的标准，具体如下：
如图1所示为不锈钢塑胶测试整体件，金属和塑胶的结合面面积为0.5平方厘米。
在所有对比实验中，保持相同的注塑条件，料筒温度260℃-280℃，模温140℃。结合力测试为双向拉伸测试。
介电常数和介电损耗测试标准为IEC60250。
实施例1
按重量百分比计，将各组分按表1中比例经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为260～280℃。所得粒子注塑后测试不锈钢结合力和介电性能。
表1添加不同种类及用量的聚倍半硅氧烷的性能对比
Figure BDA0002705727730000051
Figure BDA0002705727730000061
从表1中数据可以看到，当尼龙体系中加入PP后，随后PP量的增加，不锈钢结合力逐步下降，特别是当PP含量超过10％后，不锈钢结合力更是大幅下降，而通常手机NMT行业要求结合力达到30MPa以上才能保证良率。当加入普通的二甲基硅氧烷后，材料的性能和PP相比，并没有提升反而进一步下降。而当加入倍半硅氧烷后，材料的介电常数和介电损耗和PP相比均更低，而不锈钢结合力却能得到较好的保持，特别是苯胺丙基聚倍半硅氧烷，对不锈钢结合力基本没有影响。从数据推论，用倍半硅氧烷完全替代PP应该能得到更好的性能，但是由于倍半硅氧烷价格昂贵，因此本发明后续采用PP和倍半硅氧烷的组合。
实施例2
按重量百分比计，将各组分按表2中比例经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为240～280℃。所得粒子注塑后测试不锈钢结合力和介电性能。
表2不同尼龙组合性能
Figure BDA0002705727730000062
Figure BDA0002705727730000071
由表2中数据可知，作为无定形聚酰胺的PA6I和MXD6各个性能并无明显区别。作为结晶性聚酰胺的PA66和PA610，当各自单独使用时，不锈钢结合力并没有大的区别，含PA610的样品介电较低，这是由于PA610本身介电较低导致的。但是当两者同时使用时，不锈钢结合力比两者单独使用时均有明显提高，这可能是由于PA610流动性较好，而PA66强度较高，二者的混合物达到了一个更好的平衡的原因。
实施例3
按重量百分比计，将各组分按表3中比例经双螺杆挤出机造粒，造粒温度为240～280℃。所得粒子注塑后测试不锈钢结合力和介电性能。
表3.氮化硼性能对比
Figure BDA0002705727730000072
Figure BDA0002705727730000081
5G手机行业通常要求材料的介电常数需要小于3，介电损耗小于等于0.005。为了进一步降低材料的介电常数，可以减少玻纤含量。但是从表3中数据可以看到，玻纤减少到15份以后，材料的结合力也会随之下降到30MPa以下，同时，介电损耗并没有明显变化。而当采用部分氮化硼(氮化硼粒径为2um)替代玻纤后，材料的介电常数和介电损耗均得到降低，同时，不锈钢结合力下降幅度并不大，仍然保持在30MPa以上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，其特征在于按重量百分数计，包括：
Figure FDA0003764836220000011
2.一种根据权利要求1所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按配比将原料混合均匀，然后经挤出机挤出造粒，即得低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料，造粒温度为240-300℃。
3.根据权利要求1所述的低介电纳米注塑的聚酰胺复合材料在手机制备中的应用。
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