CN114989601B - 一种电磁屏蔽高光低吸水聚酰胺及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电磁屏蔽低吸水高光表面聚酰胺复合材料及其制备方法，由以下重量百分比含量组分组成:聚酰胺PA XY/XZ 50％‑88％,碳纤维10％‑50％,抗氧剂0.05％‑0.5％,脱模剂0.1％‑2％。本发明还提出一种电磁屏蔽高光表面聚酰胺复合材料的制备方法。本发明制备的聚酰胺复合材料，具有高电磁屏蔽效率，低的吸水率和高光表面的特性。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其是指一种具有电磁屏蔽，高光表面和低吸水的聚酰胺复合材料。
背景技术
随着自动驾驶和5G通信技术的快速发展，对电磁屏蔽材料的需求越来越大。用电磁屏蔽塑料复合材料代替金属，可以起到减轻重量，降低能耗的作用。由于使用环境的恶劣以及对产品尺寸稳定性的较高要求，在自动驾驶毫米波雷达领域，通常采用具有电磁屏蔽功能的聚对苯二甲酸丁二醇(PBT)材料，PBT材料具有良好的耐化学品性能和尺寸稳定性。但是，PBT材料的一大缺点为脆性较高，特别是为了实现电磁屏蔽功能，需要加入大量填料，在这种情况下，PBT材料的韧性会变得非常差，对结构设计的要求非常高，并且在生产和使用过程中容易产生不良。聚酰胺(PA)同样具有优异的耐化学品性能，同时具有比PBT材料更好的韧性，具有在自动驾驶领域替代电磁屏蔽PBT材料的潜力。但是普通PA吸水性高，导致尺寸稳定性较差，并且吸水后介电性能改变，也会影响毫米波雷达的信号稳定性，限制了PA在该领域的应用。另外，电磁屏蔽材料由于添加了大量的导电性填料，导致材料表面均一性较差，粗糙度高，影响美观。在作为外观件使用时，需要进行单层甚至多层喷涂，提高生产成本，并且对环境产生不利影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种聚酰胺复合材料，该材料具有高的电磁屏蔽效率，同时具有低吸水，高光表面的特点。
本发明还提供了一种用于该聚酰胺复合材料的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种聚酰胺复合材料，包括以下重量百分比的各组分：
该聚酰胺PA XY/XZ，由下述组分聚合而成：
X为含有8到14个碳原子的不含侧链的脂肪族二胺；
Y为含有4到10个碳原子的不含侧链的脂肪族二羧酸，且X中碳原子总数比Y中碳原子总数至少多2；
Z为芳族二羧酸或/和脂肪环状二羧酸。
具体制备方法见专利申请202110716096.1
优选的，所述组分PA XY/XZ中XY的摩尔含量为40～100％，XZ的摩尔含量为0～60％，XY和XZ摩尔含量总和为100％，更优选的XZ的摩尔含量为0或者20～50％。
优选的，所述组分PA XY/XZ中芳族二羧酸选自对苯二甲酸、4,4'-联苯二羧酸、2,6-萘二羧酸中一种或多种，更优选为对苯二甲酸；所述脂肪环状二羧酸优选为1,4-环己烷二羧酸。
优选的，所述组份PA XY/XZ为PA106或PA106/10T。
优选的，所述碳纤维的含碳量为90％-95％。
优选的，所述复合材料还可以含有聚苯醚和接枝聚苯醚中的一种或两种，含量为5％-20％。
进一步优选的，所述聚苯醚和接枝聚苯醚的比例为1:1到3:1。
优选的，所述复合材料还可以含有1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯，含量为1％-5％。
优选的，所述复合材料还可以含有玻璃微珠，含量为1％-5％。
一种制备方法，其特征在于通过将各组分混合并经挤出机挤出造粒得到，造粒温度为240～320℃。
本发明的关键技术点如下：
1.所选用的PAXY/XZ比常见的聚酰胺材料具有更低的吸水和尺寸稳定性，同时保持了聚酰胺的高强度，高韧性，和高耐化性。
2.通过筛选不同的碳纤种类，发现了与所用PAXY/XZ聚酰胺最为匹配的碳纤，使用该碳纤，在相同添加量下，可以达到最好的电磁屏蔽效果。
3.发现了适当比例聚苯醚组份的加入，可以提高该PAXY/XZ复合材料的电磁屏蔽效果。
4.发现了适当比例玻璃微珠或者1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯的加入，可以提高该PAXY/XZ复合材料的表面光泽度。
本发明的有益技术效果：本发明的聚酰胺复合材料，同时具有良好的电磁屏蔽效果，较低的吸水，较高的尺寸稳定性和更高的表面光泽度。能够满足自动驾驶毫米波雷达领域对电磁屏蔽材料的需求。同时，本发明的制备方法简单易行，适合大规模生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案，但不构成对本申请的任何限制。
以下对于本申请的聚酰胺及其制备方法利用实施例进行详细的说明，实施例中的聚酰胺PAXY/XZ的制备方法见专利申请202110716096.1，其余原料皆可通过市售获得，具体如下：PA6为巴斯夫Ultramid B3S，碳纤维1为威海光威TZ700S，碳纤维2为威海光威TZ800S，碳纤维3为威海光威TZ40J，玻璃微珠为Sovitec 05-20-215，抗氧剂1098为天津利安隆1098，SEED为科莱恩公司NylostabS-EED，PPO为南通星辰LXR040，马来酸酐接枝PPO为能之光GPM450C，1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯为日本大八化学PX200。
以下实施例中的拉升强度和模量采用ISO527标准方法测试，热变形温度采用ISO75标准方法测试，平衡吸水率采用ISO62标准方法测试，光泽度采用DIN67530标准方法测试，电磁屏蔽采用ASTM D4935标准方法测试。
实施例1～8
实施例1～8中的聚酰胺复合材料，均由以下步骤制备得到：按重量百分比称取相应用量的组分，然后将各组分混合，用双螺杆挤出机造粒得到聚酰胺复合物，造粒温度为250～320℃。其中，实施例1～4和对比例1～4中各组分的重量百分数以及制备得到的聚酰胺复合材料的各项性能如下表1所示。
表1.PA106和PA106/10T碳纤维增强复合材料各项性能对比
从表1中数据可知，当碳纤维含量增加时，材料的电磁屏蔽效率提高，并且不同种类的碳纤维具有不同的电磁屏蔽效率。在本实验中，碳纤维1具有明显优于另外两种碳纤维的电磁屏蔽效果，同时该碳纤维的模量和强度稍低于另外两种碳纤维，三种碳纤维的吸水表现和表面光泽度表现相似。三种碳纤维的区别如表2所示。从表中数据还可以看出，PA106和PA106/10T复合材料的吸水率明显低于相同填料含量下的PA6，具有更高的尺寸稳定性。
表2.三种碳纤维参数对比
| 碳纤维1 | 碳纤维2 | 碳纤维3 | |
| 含碳量％ | 93 | 96 | 99 |
实施例9～16
实施例9～16中的聚酰胺复合材料，均由以下步骤制备得到：按重量百分比称取相应用量的组分，然后将各组分混合，用双螺杆挤出机造粒得到聚酰胺复合物，造粒温度为250～320℃。其中，实施例9-16中各组分的重量百分数以及制备得到的聚酰胺复合材料的各项性能如下表3所示。
表3.聚苯醚组份对性能影响的实验数据
从表3中数据可以看出，当向体系中加入聚苯醚组份后，随着聚苯醚组份含量的增加，材料的电磁屏蔽效率呈现先升高后降低的特点。这可能是由于当聚苯醚含量较低时，聚酰胺和聚苯醚呈海岛状两相形态，碳纤维在聚酰胺和聚苯醚两相中有一定选择性分布的原因。当聚苯醚含量过高后，形成双连续相，破坏了碳纤维的选择性分布。同时也可以看到，聚苯醚的加入使材料的各项性能具有一定下降，包括表面光泽度，这可能是由于聚苯醚和PA106相容性不好的原因。当使用一定比例的接枝聚苯醚后，材料在电磁屏蔽性能提升的同时，其他性能可以得到保持。
实施例17～22
实施例17～22中的聚酰胺复合材料，均由以下步骤制备得到：按重量百分比称取相应用量的组分，然后将各组分混合，用双螺杆挤出机造粒得到聚酰胺复合物，造粒温度为250～320℃。其中，实施例17～22中各组分的重量百分数以及制备得到的聚酰胺复合材料的各项性能如下表4所示。
表4.玻璃微珠对性能的影响研究
从表4中数据可以发现，当PA106和PA106/10T复合材料中加入少量玻璃微珠后，材料的表面光泽度会得到非常明显的提升，这可能是由于玻璃纤维占据了一部分表面，而玻璃微珠的表面光泽度远远好于碳纤维的原因。但当玻璃微珠含量过高后，树脂比例减少，可能引起碳纤维和树脂的浸润变差，浮纤增加，从而导致表面光泽度反而下降。并且可以看到，玻璃微珠对表面光泽度的提升同样适用于含有聚苯醚组份的材料。
实施例23～30
实施例23～30中的聚酰胺复合材料，均由以下步骤制备得到：按重量百分比称取相应用量的组分，然后将各组分混合，用双螺杆挤出机造粒得到聚酰胺复合物，造粒温度为250～320℃。其中，实施例23～30中各组分的重量百分数以及制备得到的聚酰胺复合材料的各项性能如下表5所示。
表5. 1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯对材料性能的影响
从表5中数据可以看到，当在PA106和PA106/10T的体系中加入1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯后，材料表面光泽度明显提升，并且当1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯的含量较低时，并不影响材料的其他性能。在含有聚苯醚的材料中，1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯同样具有提升表面光泽度的作用。并且，如果体系中含有玻璃微珠，二者还可以协同作用，共同提高材料的表面光泽度。
应当指出，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 (5)
1.一种聚酰胺复合材料，其特征在于：包括以下重量百分比的各组分：
聚酰胺PA XY/XZ 53.4%-79.4%；
碳纤维 20%-40%；
抗氧剂 0.05%-0.5%；
脱模剂 0.1%-2.0%；
玻璃微珠 1%-5%；
1,3-亚苯基磷酸四( 2,6-二甲基苯基)酯 1%-5%；
所述组份PA XY/XZ为PA106或PA106/10T，其中PA106/10T中PA106的摩尔含量为80%，10T的摩尔含量为20%。
2.如权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于所述碳纤维的含碳量为90%-95%。
3.如权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于所述复合材料还含有聚苯醚和接枝聚苯醚中的一种或两种，含量为5%-20%。
4.如权利要求3所述的聚酰胺复合材料，其特征在于，聚苯醚和接枝聚苯醚的比例为1:1到3:1。
5.如权利要求1-4任一项所述的聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，通过将各组分混合并经挤出机挤出造粒得到，造粒温度为240-320℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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