[發明專利]一種具有電磁屏蔽功能的長碳纖維增強尼龍復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310371641.3
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103450665A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 汪曉東;張爽爽;武德珍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C08L77/00
• 分類號: C08L77/00;C08L77/02;C08L77/06;C08L51/06;C08K13/06;C08K9/00;C08K7/06;C08K3/08;B29B15/10;B29B9/06
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技術領域

本發明涉及一種長纖維增強尼龍復合材料，尤其涉及一種基于長碳纖維增強的、具有電磁屏蔽功能的尼龍復合材料及其制備方法；本發明屬于復合材料加工制備領域。本發明所制備尼龍復合材料即具有較高力學性能、又擁有全頻段電磁波屏蔽功能，適用于電子電氣領域的結構及零部件制造。

背景技術：

聚酰胺（PA）俗稱尼龍，含有極性的酰胺基團，能夠形成氫鍵。尼龍樹脂具有優異的機械性能、耐熱性、電絕緣性等，在工業中應用廣泛。但同時尼龍也具有尺寸穩定性差、高吸水性等缺點，在某些對機械性能要求很高的應用領域，純尼龍樹脂無法滿足其性能要求。纖維增強尼龍復合材料可以很好的改善尼龍的缺點并提高其力學性能和熱變形溫度，成為近年來尼龍類樹脂增強改性技術的重點研發方向。

盡管傳統的短切纖維增強尼龍類樹脂取得了良好的增強效果，但在短纖維增強尼龍過程中，纖維在擠出機中與樹脂混煉時，由于螺桿與機筒之間的剪切，纖維會受到很大的損傷，粒料中纖維長度只能維持在0.2～1mm，所得制品中纖維殘留長度更短。而近年來迅速發展起來的長纖維增強技術顯示了巨大的優越性，通常利用連續長纖維增強的尼龍復合材料中，纖維保留長度較長（約在5～10mm），且纖維的各向同性好，可以更大程度的提高制品的力學性能，且材料的耐疲勞性和制品的尺寸穩定性更佳。如質量分數30%的短玻璃纖維增強尼龍6，拉伸強度160MPa，彎曲強度230MPa，而相同條件下質量分數30%的長玻璃纖維增強尼龍6，拉伸強度可以達到190MPa，彎曲強度260MPa。與短纖維增強復合材料相比，正是由于纖維保留長度的增加使得長纖維增強熱塑性樹脂基復合材料表現出更高的力學性能。中國專利CN102010590A、CN103013099A采用熔融浸漬法，對低粘度尼龍進行長玻璃纖維增強，得到具有優異力學性能的增強材料。中國專利CN1775515A先對低粘度尼龍66進行長玻纖、長碳纖增強造粒，然后對造粒后切片在一定條件下進行固相縮聚提高粘度、性能，實現較好的增強效果。

某些特定的領域對于尼龍材料的具有特殊的性能要求，因此對于尼龍的功能化改性具有重要意義。隨著電子電氣行業的高速發展，電磁干擾已成為一種新的社會公害，對于具有電磁屏蔽功能的尼龍材料的開發也引起了重視。中國專利CN102888091A將合金粉末加入尼龍中，制備具有電磁屏蔽功能的導電尼龍材料，雖然其電磁屏蔽功能優異，但單一加入金屬粉末使得尼龍的力學性能下降，遠遠不能滿足某些領域的要求，并且金屬粉末易從基體中脫落，極大影響其使用性能；中國專利CN102344674A以玻璃纖維、導電石墨為主要填料，通過成鹽反應制備電磁屏蔽尼龍6，但工藝復雜且難以控制。

碳纖維具有較好的導電性，且具有優異的力學性能，因此填充改性尼龍制備具有電磁屏蔽功能尼龍復合材料成為碳纖維新的應用方向。美國專利US7022265通過加入碳纖維、石墨、氧化鋅晶須、芳綸纖維、熱塑性多酚制備具有電磁屏蔽功能增強尼龍，中國專利CN101717577A通過加入碳纖維、導電石墨、金屬纖維三種導電材料制備電磁屏蔽尼龍66，中國專利CN102690514A通過加入碳纖維制備電磁屏蔽尼龍610復合材料，但均采用傳統的擠出造粒工藝制備，加工過程中對于纖維的損傷較大，纖維保留長度較短，不僅不能最大化實現增強效果，復合材料導電性能也相對較差，對其電磁屏蔽功能也有一定影響，從而限制了其在結構性材料中的應用。

發明內容

雖然已公開發明中通過加入各種導電填充物實現電磁屏蔽功能，但填充物的添加必然導致復合材料力學性能的下降，因此本發明采用連續長碳纖維增強技術來增強尼龍類樹脂，同時通過配方設計添加其它填料和助劑，開發出長纖維增強技術與熔融共混改性集成化制備技術。本發明的目的將有效克服現有技術上的缺陷，不但使所制備的尼龍基復合材料具備優異的全頻段電磁屏蔽功能、同時也擁有長纖維增強材料所特有的高機械強度和優異的長期使用性能。

一種具有電磁屏蔽功能的長碳纖維增強尼龍復合材料，利用通用雙螺桿擠出機及與其機頭直接連接的經特殊設計的浸漬模具，形成一種一體化生產模式。其加工過程如下：將尼龍樹脂，合金粉末以及各種助劑混合，該混合物經過雙螺桿擠出機熔融共混后，熔體直接進入特殊設計的模具。同時將經表面處理過的碳纖維絲束在張力作用下，通過三組主動導絲輥和兩組靜止導絲輥強制性浸漬在模具內的熔體中，浸漬過的纖維絲束從模具中牽引出冷卻并切粒，得到纖維長度為10±0.2mm的長條形切粒。

本發明所涉及的電磁屏蔽機理：