CN112341808B - 低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法 - Google Patents

低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法，由以下按重量份数计的原料组成：聚酰胺：39‑93.8份；木粉：5‑30份；离子聚合物：1‑6份；微球发泡剂：1‑3份；增强填充材料：0‑20份；润滑剂：0.1‑1份；稳定剂：0.1‑1份。本发明的优势在于：获得低的介电常数的同时具备高的介电强度，保持了较好的机械性能，降低安全隐患，满足5G各种工况的使用；利用微发泡工艺和木粉低的介电常数的双重作用，获得低介电常数的复合材料；利用木粉高的介电强度，弥补微发泡对介电强度的影响；将传统的生物质木粉资源与现代科技发展前沿的5G结合，赋予环保理念新的时代特征。

Description

低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料，具体涉及一种低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法。
背景技术
随着5G通讯技术的发展，其在智能家居、智能家电、智能传媒、智能汽车、智能交通等领域将广泛应用。同时，与上述5G通讯设备相匹配的低介电常数材料的需求也迫在眉睫。介电常数对5G通讯毫米波的信号传输速度、信号延迟、信号损失等的影响很大，在5G高频传输情况下，低介电常数和低介电损耗的材料大有用途。
改性塑料在5G时代可用于设备的框、盖、壳、支架等部件，用于5G产品中的改性塑料需要具备作为结构件的高强度、抗冲击、耐高低温等特点以及作为非结构件的美学设计、低介电常数等要求。
极性低的聚丙烯材料，由于其兼具低密度、低介电常数(ε≈2.3)的特点，获得了广泛的研究和报道。如专利CN105367897A公开了一种长玻璃纤维和空心玻璃微珠改性的低介电常数聚丙烯材料。空心玻璃微珠理论上是在材料中引入空气，空气的介电常数ε≈1，对降低材料的介电常数有利。但是在挤出加工过程中，经过螺杆剪切，空心玻璃微珠很容易被破坏，空心保留率较低，实际的效果不明显。再如公开号为CN111073148A的专利公开了一种低介电常数微发泡玻纤增强聚丙烯复合物及其制备方法，使用四氟乙烯作为聚丙烯的增粘剂，超临界流体作为发泡剂，制备微发泡长玻纤增强聚丙烯产品，具有低密度、高强度、低介电常数等特点。此外，专利CN106543554A公开了一种低介电玻璃纤维和掺杂二氧化硅改性的低介电常数聚丙烯材料。专利CN107141686A公开了一种低介电常数聚丙烯材料，除了使用掺杂二氧化硅之外，用特种聚合物纤维替代了玻璃纤维，协同作用降低了材料的介电常数。总之，低介电常数聚丙烯材料的配方设计和微观结构设计被广泛采用和实践。
由于聚酰胺的极性较强，固有介电常数较高(ε≈3.5)，与聚丙烯存在一定差距，但是，相比聚丙烯材料，聚酰胺材料具备更加优异的耐磨、耐刮擦、耐热、耐化学性等特点，因此，对低介电聚酰胺材料的研究具备深刻的意义。如专利CN107573683A公开了一种低介电常数玻纤增强聚酰胺材料，采用PA66、PA6I/6T、沸石等制备了具有低介电常数和低介电损耗的玻纤增强聚酰胺材料，具备优异的流动性和抗浮纤效果，但其介电常数降低幅度并不显著。如专利CN108410167A公开了一种玻纤增强低介电尼龙材料，使用了目前市场上出现的低介电常数的石英玻璃纤维，由于成本及稳定性因素尚不能大规模使用。再如专利CN108264759A公开了一种微发泡注塑尼龙-聚苯醚复合材料。此外，专利CN107903620A公开了一种汽车发动机罩盖用微发泡尼龙材料。专利CN107903625B公开了一种低气味杀菌微发泡耐刮擦尼龙复合材料。以上专利同样借鉴了低介电常数聚丙烯材料的开发，主要进行了微发泡复合材料的研究，理论上空气的ε≈1，对降低材料的介电常数有利。借鉴上述专利制备的产品经过测试，具有较低的介电常数和介电损耗。但是，上述多种微发泡材料由于微孔的存在，在获得低介电常数的同时，造成了介电强度较低的负面影响，若用于智能机电壳体等部件，在某些极端条件下容易被击穿，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明提供了一种低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法，利用离子聚合物的特殊结构改性木粉耐温性及与树脂的相容性，改善微发泡效果，获得了低的介电常数的同时具备高的介电强度，保持了较好的机械性能，满足5G各种工况的使用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，由以下按重量份数计的原料组成：聚酰胺：39-93.8份；木粉：5-30份；离子聚合物：1-6份；微球发泡剂：1-3份；增强填充材料：0-20份；润滑剂：0.1-1份；稳定剂：0.1-1份。
所述聚酰胺为熔点170～230℃的如PA6，PA11，PA12.PA612，PA610，PA1010，PA1012，PA1212等中的一种或多种材料的混合物。
所述木粉为公知的作为木纤维粉的材料，介电常数为3.0-4.5，如木材锯末、竹粉、麦秸秆粉、椰壳粉等中的一种或几种。
所述的离子聚合物是含有羧酸盐的离子聚合物，它的主链是乙烯与不饱和脂肪酸的共聚物，其中不饱和脂肪酸是丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸酐；所述离子聚合物中的部分羧基被金属离子中和，金属离子是钠、钾、锌、镁等离子，优选钠离子和锌离子。
作为优选，所述的离子聚合物为杜邦的
Figure BDA0002807757070000031
树脂。
所述的微球发泡剂是一种核壳结构，外壳为热塑性聚合物，内核为气体组成的球状塑料颗粒；加热后体积可迅速膨胀增大到自身的几十倍，从而达到发泡的效果。微球发泡峰值温度范围180～240℃，可根据各种不同加工温度和工艺要求，选择最合适的微球型号。
作为优选，所述的微球发泡剂为阿克苏诺贝尔、日本松本油脂、快思瑞科技生产的微球发泡剂。
所述增强填充材料，可以选自玻璃纤维、玻璃微珠、硫酸镁晶须、滑石粉、硅灰石、碳酸钙、三聚氰胺氰尿酸盐、十溴二苯乙烷、三氧化二锑等。
所述稳定剂为S-EED、1098、168、H10、H318中的一种或几种。
所述润滑剂为改性乙撑双脂肪酸酰胺TAF、硅酮、芥酸酰胺、硬脂酸盐、EBS、氧化PE蜡中的一种或几种。
所述低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称量木粉和离子共聚物，加入温度为40-120℃的中混机中，高速混合均匀，得到改性木粉混合物；
(2)按配比称量聚酰胺、离子共聚物、微球发泡剂、润滑剂、抗氧剂，使用高速混合设备混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)(2)混合物从主喂料投入到挤出机中，与侧喂料口加入的微球发泡剂和剩余部分增强填充材料和进行熔融挤出造粒，制得低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1)获得低的介电常数的同时具备高的介电强度，保持了较好的机械性能，降低安全隐患，满足5G各种工况的使用；
2)利用微发泡工艺和木粉低的介电常数的双重作用，获得低介电常数的复合材料；利用木粉高的介电强度，弥补微发泡对介电强度的影响；
3)利用离子聚合物具备交联大分子的特点共混改善了木粉的耐温性，并且发挥两亲性的特点改善了木粉与树脂的相容性，获得相容性优良的木塑复测材料，保证了复合材料具备优良的机械性能；
4)通过离子聚合物优良的熔体强度充当微球发泡剂的泡膜补强剂，在挤出阶段引入合适的微发泡，改善了聚酰胺发泡困难、发泡后容易崩塌的难题，生产出微发泡聚酰胺专用料，无需后续再混合发泡剂，适合后续环节直接使用；
5)通过木粉种类和含量的筛选，配合微发泡注塑工艺优化可以制备出类似植绒的哑光绒面效果，符合5G智能家居的美学设计要求，拓展了应用领域；
6)将传统的生物质木粉资源与现代科技发展前沿的5G结合，赋予环保理念新的时代特征；
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。
本发明的实施例采用下列物料：
聚酰胺：PA6，江苏瑞美福实业有限公司
聚酰胺：PA1012，山东东辰工程塑料有限公司
杨木粉：介电常数为3.1，万安金都竹粉纤维科技有限公司
竹粉：介电常数为3.5，万安金都竹粉纤维科技有限公司
离子共聚物：
Figure BDA0002807757070000041
1605，杜邦公司
微球发泡剂：DU2601S-3L，快思瑞科技(上海)有限公司
微球发泡剂：980DU 120，阿克苏诺贝尔公司
润滑剂：TAF，苏州兴泰国光化学助剂公司
稳定剂：S-EED，科莱恩公司
玻璃纤维：巨石集团有限公司
硅灰石：大连环球矿产集团
十溴二苯乙烷：山东兄弟科技股份有限公司
三氧化二锑：闪星锑业有限公司
产品性能测试方法：
拉伸性能：按ISO527-2方法，样条尺寸：170*10*4mm，试验速度5mm/min
弯曲性能：按ISO178-1方法，样条尺寸：80*10*4mm，试验速度2mm/min
缺口冲击性能：按ISO 180方法，样条尺寸：80*10*4mm。
介电强度：按ISO 60243方法，样条尺寸：60*60*2mm。
介电常数：按GB/T 12636方法，样条尺寸：50*30*3mm。
阻燃等级：按UL94方法，样条尺寸：127*12.7*1.6mm。
表观哑光绒面效果评价：144*102*3.4mm大众K31皮纹板。
表1采用上述方式制备得到的塑料粒子各组分配比及检测结果如下：
Figure BDA0002807757070000051
Figure BDA0002807757070000061
从表中所示数据可以看出，比较实施例3和对比例1，常规填充物的介电常数太高，木粉的低介电常数优势明显；比较实施例3～4和对比例2，离子聚合物的加入以及含量的增加，对于提升发泡效果从而降低介电常数以及改善相容性从而提升机械性能都有很大的作用；比较实施例3、4、5、7和对比例1、3可以看出，发泡微孔会削弱介电强度，需要协调微发泡和木粉低的双重作用来获得低的介电常数。本发明提供的一种低介电常数(ε≤3.5)、高介电强度(≥20KV/mm)的木粉增强微发泡聚酰胺复合物及其制备方法，利用离子聚合物的特殊结构改性木粉耐温性及与树脂的相容性，改善微发泡效果，获得了低的介电常数的同时具备高的介电强度，保持了较好的机械性能，还可以具备类似植绒的哑光绒面效果以及附加的阻燃效果，满足5G各种工况的使用。

Claims (7)

1.低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：由以下按重量份数计的原料组成：聚酰胺： 39-93.8份；木粉 ：5-30份；离子聚合物：1-6份；微球发泡剂：1-3份；增强填充材料：0-20份；润滑剂：0.1-1份；稳定剂：0.1-1份；
所述的离子聚合物是含有羧酸盐的离子聚合物，它的主链是乙烯与不饱和脂肪酸的共聚物，其中不饱和脂肪酸是丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸酐；所述的微球发泡剂是一种核壳结构，外壳为热塑性聚合物，内核为气体组成的球状塑料颗粒；微球发泡峰值温度范围180-240℃。
2.根据权利要求1所述的低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：所述聚酰胺为熔点170-230℃的PA6, PA11,PA12.PA612,PA610,PA1010，PA1012,PA1212中的一种或两种材料的混合物。
3.根据权利要求1所述的低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：所述木粉为木材锯末、竹粉、麦秸秆粉、椰壳粉中的一种或几种；介电常数为3.0-4.5。
4.根据权利要求1所述的低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：所述离子聚合物中的部分羧基被金属离子中和，金属离子选自钠、钾、锌、镁离子。
5.根据权利要求4所述的低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：金属离子选自钠离子和锌离子。
6.根据权利要求1所述的低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：所述的微球发泡剂为阿克苏诺贝尔、日本松本油脂或快思瑞科技生产的微球发泡剂。
7.根据权利要求1所述的低介电常数、高介电强度的木粉增强微发泡聚酰胺复合物，其特征在于：所述增强填充材料，选自玻璃纤维、玻璃微珠、硫酸镁晶须、滑石粉、硅灰石、碳酸钙、三聚氰胺氰尿酸盐、十溴二苯乙烷、三氧化二锑；
所述稳定剂为S-EED、1098、168、H10、H318中的一种或几种；
所述润滑剂为改性乙撑双脂肪酸酰胺TAF、硅酮、芥酸酰胺、硬脂酸盐、EBS、氧化PE蜡中的一种或几种。
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