一種具有電磁屏蔽功能的芳香族耐高溫尼龍/熱致液晶復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于具有電磁屏蔽功能復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及到一種具有電磁屏蔽功能的芳 香族耐高溫尼龍/熱致液晶復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)和電子工業(yè)的高速發(fā)展，各種數(shù)字化、高頻化的電子電器 設(shè)備在工作時(shí)向空間輻射了大量不同波長和頻率的電磁波，從而導(dǎo)致了新的環(huán)境污染一 電磁波干擾（Electromagnetic Interference，EMI)和放射頻率干擾（Radio-Frequency Interference，RFI)。與此同時(shí)，電子元器件也正向著小型化、輕量化、數(shù)字化和高密度集 成化方向發(fā)展，靈敏度越來越高，很容易受到外界電磁干擾而出現(xiàn)誤動(dòng)、圖像障礙以及聲音 障礙等。電磁輻射產(chǎn)生的電磁干擾不僅影響到電子產(chǎn)品的性能實(shí)現(xiàn)，而且由此而引起的電 磁污染會(huì)對(duì)人類和其它生物體造成嚴(yán)重的危害。為解決電磁波輻射造成的干擾與泄漏，主 要采用電磁屏蔽材料進(jìn)行屏蔽，實(shí)現(xiàn)電子電器設(shè)備與環(huán)境相調(diào)和、相共存的電磁兼容環(huán)境 (Electro-Magnetic Compatibility, EMC)〇
[0003] 電磁屏蔽技術(shù)通常使用標(biāo)準(zhǔn)金屬及其復(fù)合材料，它們的屏蔽效能很好，但是存 在重量大、價(jià)格昂貴、易腐蝕、難于調(diào)節(jié)屏蔽效能等缺點(diǎn)。導(dǎo)電高分子材料（Conducting Polymers，CPs)具有同樣電磁屏蔽性能，且重量輕、韌性好、易加工、電導(dǎo)率易于調(diào)節(jié)、成本 低、易大面積涂敷、施工方便。因此，它是一種非常理想的替代傳統(tǒng)金屬的新型電磁屏蔽材 料，可應(yīng)用在計(jì)算機(jī)房、手機(jī)、電視機(jī)、電腦和心臟起搏器等電子電器元件上。
[0004] 目前開發(fā)導(dǎo)電高分子材料樹脂具有30dB (在IGHz時(shí)30分貝）電磁屏蔽效果，但 是相比標(biāo)準(zhǔn)金屬及其復(fù)合材料其電磁屏蔽效果還差許多。為了提高高分子導(dǎo)電材料的電磁 屏蔽效果，已經(jīng)提出了提高高分子樹脂中導(dǎo)電纖維含量的辦法，然而高含量的纖維的樹脂 由于其低的沖擊強(qiáng)度、低的流動(dòng)性和差的加工型而不適于應(yīng)用。
[0005] 因此我們?cè)陂_發(fā)電磁屏蔽材料時(shí)，在加入導(dǎo)電纖維的同時(shí)加入導(dǎo)電填料，長徑比 較大的金屬纖維由于其具有較大的接觸面積，與金屬填料一起在基體中容易相互搭接形成 導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0006] 用脂肪族聚酰胺樹脂作基體的電磁屏蔽材料中，存在由于低尺寸穩(wěn)定性、高吸水 率及不耐溫等缺陷導(dǎo)致最終產(chǎn)品容易劣化，因此本發(fā)明選用耐溫、尺寸穩(wěn)定性和低吸水率 的芳香族聚酰胺，但是耐高溫尼龍的流動(dòng)性差、加工性能不好、機(jī)械性能不能滿足工業(yè)要求 等缺點(diǎn)已漸漸體現(xiàn)，因此為了尋求一種更好的提高耐高溫尼龍的力學(xué)性能、加工性能，增加 其流動(dòng)性，特發(fā)明一種芳香族耐高溫尼龍和熱致液晶復(fù)合材料。熱致液晶高分子材料具有 優(yōu)良的力學(xué)性能，在許多高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。液晶聚合物具有高強(qiáng)度，高模量 的力學(xué)性能，還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐熱性及耐化學(xué)藥品性，而具有優(yōu)異的流動(dòng)性。因此 我們?cè)谙嗳輨┑淖饔孟?，在芳香族耐高溫尼龍中引入熱致液晶，從而改善芳香族聚酰胺?于高纖維填充量下流動(dòng)相差而造成難加工的問題。
[0007] 玄武巖纖維具有非人工合成的純天然性，加之生產(chǎn)過程無害，且產(chǎn)品壽命長，是一 種低成本、高性能、潔凈程度理想的新型綠色環(huán)保材料。玄武巖纖維在很大程度上可代替 玻璃纖維，被廣泛用于航天航空、石油化工、汽車、建筑等多領(lǐng)域。玄武巖纖維具有良好的增 強(qiáng)效應(yīng)。單纖維拔絲試驗(yàn)表明，玄武巖纖維與環(huán)氧聚合物的粘合能力高于無堿E玻璃纖維， 而且在采用硅烷偶聯(lián)劑處理后其粘合能力還會(huì)進(jìn)一步提高。
[0008] 用于屏蔽電磁波干擾的聚合物基鍍金屬或者金屬纖維復(fù)合材料，其導(dǎo)電能力和屏 蔽效果取決于纖維的長徑比和在聚合物基體的分散程度。對(duì)于直徑細(xì)且柔軟的纖維，由于 其表面性能與聚合物基體不同，纖維不容易與基體混合均勻。過度的混煉將使纖維破碎，降 低了纖維的長徑比而使導(dǎo)電性下降。所以保持纖維在成型后的復(fù)臺(tái)材料制品中仍有較大的 長徑比.并提高纖維在聚臺(tái)物基體中的分散成為制備這類材料的關(guān)鍵。本發(fā)明中采用本發(fā) 明采用連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性材料的浸漬包覆設(shè)備，所得電磁屏蔽復(fù)合材料顆粒中，長纖 維沿復(fù)合材料顆粒長度方向彼此平行排列，且纖維長度與復(fù)合材料顆粒長度相同，使纖維 在聚合物中具有較大的長徑比，保證了其具有較好的電磁屏蔽效果。另外，對(duì)纖維進(jìn)行表 面處理是制備纖維復(fù)合材料重要工序，本發(fā)明利用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯作為相容劑，加入 的過氧化物引發(fā)劑在一定溫度下分解出自由基，使相容劑與鍍金屬玄武巖纖維上的處理劑 Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷反應(yīng)，使連續(xù)鍍金屬玄武巖纖維與基體聚合物具有 很好的親和性，從提高了鍍金屬玄武巖纖維與基體聚合物的粘接強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料的 強(qiáng)度、剛度、沖擊韌性，制品表面質(zhì)量良好。
[0009] 中國發(fā)明專利CN102985492A中提到了用鍍金屬纖維及導(dǎo)電填料來改善芳香族尼 龍電磁屏蔽效果，但是其并未采用通過添加熱致液晶來改善芳香族尼龍?jiān)诟咛畛淞坷w維下 加工困難問題。中國發(fā)明專利CN101768367A制備了一種電磁屏蔽導(dǎo)電樹脂組合物，但是 并未用到本發(fā)明所用的鍍金屬玄武巖纖維，其加工方法與本專利也不同。中國發(fā)明專利 CN102276980A通過聚酰胺與液晶的復(fù)合制備了一種高流動(dòng)性芳香族聚酰胺組合物，但是其 并未加入鍍金屬玄武巖纖維和金屬填料制備成電磁屏蔽材料。
[0010] 本專利所制備的電磁屏蔽材料選用耐溫、尺寸穩(wěn)定性高和吸水率低的芳香族耐高 溫尼龍為基體，在加入相容劑的作用下，引入熱致液晶，從而改善芳香族耐高溫尼龍由于高 纖維填充量下流動(dòng)相差而造成難加工的問題；加入導(dǎo)電纖維的同時(shí)加入導(dǎo)電填料，長徑比 較大的金屬纖維由于有較大的接觸面積，與金屬填料一起在基體中容易相互搭接形成導(dǎo)電 網(wǎng)絡(luò)，保證了復(fù)合材料具有較好的電磁屏蔽效果；同時(shí)本發(fā)明采用連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性 材料的浸漬包覆設(shè)備，所得電磁屏蔽復(fù)合材料顆粒中，長纖維沿復(fù)合材料顆粒長度方向彼 此平行排列，且纖維長度與復(fù)合材料顆粒長度相同，使纖維在聚合物中具有較大的長徑比， 保證了其具有較好的電磁屏蔽效果。另外，對(duì)纖維進(jìn)行表面處理是制備纖維復(fù)合材料重要 工序，本發(fā)明利用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯作為相容劑，加入的過氧化物引發(fā)劑在一定溫度下 分解出自由基，使相容劑與鍍金屬玄武巖纖維上的處理劑Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧 基硅烷反應(yīng)，使連續(xù)鍍金屬玄武巖纖維與基體聚合物具有很好的親和性，從提高了鍍金屬 玄武巖纖維與基體聚合物的粘接強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度、沖擊韌性，制品表面 質(zhì)量良好。

【發(fā)明內(nèi)容】
toon] 本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種具有電磁屏蔽功能的芳香 族耐高溫尼龍/熱致液晶復(fù)合材料及其制備方法。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0013] 一種具有電磁屏蔽功能的芳香族耐高溫尼龍/熱致液晶復(fù)合材料：由包括以下重 量份的組分制成：
[0014] 芳香族耐高溫尼龍 65-95份， 熱致液晶 5-35份， 相容劑A 5-15汾， 相容劑B 2-10份， 連續(xù)鍍金屬玄武巖長纖維 30-170份， 導(dǎo)電填料 2-20份， 過氧化物引發(fā)劑 0.2-0.5份, 加工助劑 1.5-6.5份。
[0015] 所述的芳香族耐高溫尼龍為聚對(duì)苯二甲酰己二胺-CO-己二酰己二胺共聚物 (PA6T)、聚對(duì)苯二甲酰壬二胺（PA9T)、聚對(duì)苯二甲酰己二胺-Co-己二酰癸二胺共聚物 (PA610T)、聚對(duì)苯二甲酰癸二胺（PA10T)、聚對(duì)苯二甲酰十二碳二胺（PA12T)、聚對(duì)苯二甲 酰十三碳二胺（PA13T)或聚鄰苯二甲酰胺（PPA)中的一種或一種以上；
[0016] 所述PA6T熔點(diǎn)310°C，熱變形溫度（1.82MPa) 135°C ;PA9T熔點(diǎn)306°C，熱變形溫 度（L82MPa) 125°C ;PA10T 熔點(diǎn) 319°C，熱變形溫度（1.82MPa) IKTC ;PA610T 熔點(diǎn) 305°C， 熱變形溫度（1.82MPa)92°C ;PA12T 熔點(diǎn) 311°C，熱變形溫度（1.82MPa) 131°C ;PA13T 熔點(diǎn) 124°C，熱變形溫度（I. 82MPa) 139°C，PPA 熔點(diǎn)為 330°C，熱變形溫度（I. 82MPa) 140°C。
[0017] 所述的熱致液晶為Goodfellow公司生產(chǎn)的Vectra A型熱致液晶和美國Dupont 公司生產(chǎn)的Zenite型熱致液晶其中的一種或一種以上。
[0018] 所選的相容劑A為均苯三甲酸。
[0019] 所選的相容劑B為環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯中一種或一種以上；
[0020] 所述的環(huán)氧樹脂選自雙酚型環(huán)氧樹脂、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯 型環(huán)氧樹脂中的一種或一種以上；
[0021] 所述的不飽和聚酯選自鄰苯二甲酸型不飽和聚酯、雙酚A型不飽和聚酯、乙烯基 酯型不飽和聚酯中的一種或一種以上。
[0022] 所選的連續(xù)鍍金屬玄武巖長纖維為經(jīng)過Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷 表面處理的連續(xù)鍍金屬玄武巖長纖維，纖維直徑為5-15 μ m。
[0023] 所選的鍍金屬玄武巖纖維中所鍍金屬類型為鋁、不銹鋼、鐵、銅、鎳、錫中一種或一 種以上。
[0024] 所選的導(dǎo)電填料為金屬填料或?qū)щ娛戎械囊环N或一種以上。
[0025] 所選的金屬填料為金屬粉末、金屬珠子或金屬涂覆顆粒中的一種或一種以上。
[0026] 所述的金屬粉末、金屬珠子，金屬涂覆顆粒中所用的金屬選自鋁、不銹鋼、鐵、銅、 鎳或錫中一種或一種以上。
[0027] 所述的過氧化物引發(fā)劑為過氧化二異丙苯、二叔丁基過氧化物或過氧化苯甲酰中 的一種或一種以上。
[0028] 所述的加工助劑抗氧劑0. 5-1. 5份，潤滑劑0. 5-3. 0份，偶聯(lián)劑0. 5-2. 0