[发明专利]一种粒子填充导电热塑性高聚物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁屏蔽材料的制备领域，具体是一种粒子填充导电热塑性高聚物的制备方法。

背景技术

在电子/微电子工业高速发展时代，导电高聚物(俗称导电塑料)作为电磁屏蔽材料，是防止电磁波污染所必需的防护性功能材料，是目前高新技术领域中的新型电子材料，其屏蔽性能与材料的化学、物理、机械性能都将随着电子工业和通讯技术的飞速发展而日益改善和提高。导电塑料作为继导电涂料之后推入市场的新型有机功能高分子材料，大有后来居上之势，研制和发展新型宽频、电磁兼容、比重低、屏蔽效能高、成本低、易加工的导电塑料，已经成为EMC/EMI应用领域中电磁防护材料的重要研究方向和迫切的市场需求。

导电塑料由电绝缘性较好的合成树脂和具有优良导电性能的导电填料及其它添加剂所组成，经注射、模压或挤出成型等加工方法制成各种电磁屏蔽复合材料和制品。其中，常用的热塑性合成树脂有PP、PE、PS、PC、ABS、PA、PBT、PET、PPO、PPS和高性能热塑性塑料合金等。导电填料一股为高电导率的粉末、大尺寸的纤维状与片状导电材料，目前最常用的有金属粉末、金属纤维、金属片材、导电碳纤维、导电石墨、超导碳黑、碳纳米管、金属合金填料等。由于导电纤维的长径比和接触面积大、彼此更容易搭接，在相同填充量下，选用大尺寸的导电纤维与片状导电材料更易形成导电的三维网络结构，从而获得较佳的导电性能和屏蔽效能，故金属纤维填充型热塑性导电塑料是最主要和应用领域最广泛的导电塑料。  金属纤维填充型导电塑料大多采用铜纤维或不锈钢纤维作导电填料，近年来，国内外采用新材料、新工艺、新设备开发出导电纤维与热塑性树脂共混复合制备成导电塑料，可用于各种环境下要求具有抗电磁波干扰(EMI)效应的电子、电气和通讯器材产品的塑料壳体。导电塑料具有良好的导电性能和对电磁波的衰减性能，在较宽频率范围内都具有好的反射-吸收损耗作用，并且具有轻质、耐腐蚀、易成型加工的特点，可作为新型轻质导电高分子屏蔽材料使用，在电子、通讯、防爆安全生产、军工、航空航天、医疗器材等领域具有十分重要的应用价值。不锈钢纤维是上个世纪80年代才得到开发与应用的一种新型导电纤维材料，具有优良的导电性和加工性能，最突出的性能是不容易产生表面氧化，因而无需进行繁杂的去氧化层和表面防护处理。由拉拔技术生产的不锈钢纤维直径小，对塑料基体性能如收缩率、拉伸强度、弯曲模量等影响较小。此外，不锈钢纤维填充加入对合成树脂的外观颜色、机械性能、加工性能等影响最为轻微，且达到相同电磁屏蔽效率时所需的添加量为最少。目前，使用在(EMI/RFI)电磁(波)屏蔽防护方面所广泛应用的导电纤维主要有三种：导电碳纤维(CCF)、镀镍碳纤维(NCF)及不锈钢纤维(SSF)，其中不锈钢纤维填充导电塑料约占60％的市场份额，主要应用在消费电子产品、电器、通讯器材、安全防爆产品、信息传递与安全、抗静电、石油化工等民用与电子消费产品领域；镀镍碳纤维增强导电塑料约占30％的市场份额，主要应用便携式电子产品、通讯、医疗器械、军工、航天航空等高端应用领域；其它品种约占不到10％的市场份额。

碳纳米管具有良好的力、热、电学等方面的性能，长径比在1000∶1以上，是非常理想的高强度纤维材料，是目前可制备出的具有最高比强度的材料。碳纳米管抗拉强度50～200GPa，是钢的100倍，密度只有钢的1/6；弹性模量1TPa，与金刚石相当，约为钢的5倍。碳纳米管的结构与高分子材料相似，但比高分子材料稳定，可靠性高。碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，但是垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能，电导率约为铜的1000倍。此外，以高分子材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性、各向同性、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波，给复合材料的性能带来极大的改善。

目前将碳纳米管加入金属填充的高聚物主要采用的加工工艺为：将碳纳米管、金属粉末、聚合物树脂在混合机中混合，通过双辊磨或捏合机融化、捏合混合物，冷却后制得导电高聚物。这种工艺为了更好地混合，通常需要在混合物中加入能溶解高聚物树脂的溶剂，残余溶剂需要在后期的制备过程中除去，增加了工艺复杂度，提高了工艺难度，容易出现残余杂质。同时碳纳米管和金属粉末容易出现团聚现象，采用上述工艺制成的导电高聚物存在着导电粉末、纤维分布不均的现象，极大地降低了复合材料的强度、电磁屏蔽、导电等性能。

发明内容