一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料及其制备方法，属于电磁屏蔽塑料【技术领域】。本发明的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，以镍金属纤维和不锈钢金属纤维两种金属纤维为屏蔽组分材料，分别用TPEE热塑性弹性聚酯进行表面包覆预处理，将包覆后的两种金属纤维的粒料制成电磁屏蔽塑料母料。本发明制备的电磁屏蔽塑料按照中华人民共和国国家军用标准GJB6100-2008进行测试，经同轴测试方法测试，在30MHz-1500MHz的频率范围内，其屏蔽效能可达40-70dB，对电磁波的吸收损耗部分达到10-30％以上。
【专利说明】一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能性复合材料领域，涉及用于防治电磁波辐射和抑制电磁干扰的电磁屏蔽塑料，更具体地说是一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子技术和电子设备的进步，带来了技术的进步和人们生活质量的提高。但是随着电子设备的使用，随之而来的电磁波辐射对电子设备的安全使用和人类的健康都带来了极大的危害和隐患。电磁屏蔽材料是有效治理电磁波的危害，屏蔽电磁波干扰的重要手段。
[0003]工程塑料一般不具有导电性和导磁性，因此没有电磁屏蔽的功能。为了实现电磁屏蔽，往往在电子产品中需要加装由金属材料制成屏蔽罩或者屏蔽网，或者利用金属材料制成电子产品的外壳。加装屏蔽罩/网对电子设备的设计和制造带来了成本上升、工作效率降低等等不利因素。利用金属外壳造成产品重量加重、成形困难以及成本提高以及金属的耐腐蚀等一系列问题。
[0004]材料的电导率和磁导率是构成材料电磁屏蔽效能的关键。随着材料的电导率和磁导率的提高，可以实现对电磁波辐射的反射损耗和吸收损耗，达到电磁屏蔽的目的。利用在塑料的基体中加入导电填料的方法，可以是工程塑料具有一定的导电性和导磁性，从而实现工程塑料自身的电磁屏蔽效能。目前一般采用的方法，主要是利用导电的碳纤维或不锈钢纤维作为导电填料来制备导电塑料。但是，在实际制备过程中，作为导电填料的纤维的电磁特性是影响电磁屏蔽塑料电磁屏蔽效能的关键之一，而导电纤维在塑料中的分布状态是能否构成导电网络实现塑料导电的另一个关键。一般而言，如果将金属纤维直接与塑料粒料混合注塑，金属纤维将发生团聚而不能形成良好的导电网络，往往不能达到电磁屏蔽的目的。所以金属纤维导电填料在与塑料粒料混合前，必须进行表面涂覆的预处理。预处理的目的是在金属纤维表面形成一层均匀的涂覆层，保证金属纤维在注塑的前期不发生团聚，在注塑过程中，在温度和压力的作用下，表面涂层熔融，金属纤维打开搭接，而形成良好的导电网络。为了保证这一性能，涂层材料的选用和制备具有显著的重要性。
[0005] 中国专利201210098259.5 “不锈钢纤维树脂基复合导电塑料的制备方法”和中国专利201010140117.1 “含有不锈钢纤维的导电塑料母粒的制备方法”均报道了利用不锈钢纤维制备导电塑料母粒材料的方法，但是在这些方法中:(I)均是利用单一不锈钢纤维作为导电填料的基本组分，由于不锈钢具有不同的组织结构，一般有奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢和双相不锈钢。奥氏体不锈钢含有较高的镍含量，原料成本昂贵，而且为非铁磁性材料，对电磁波没有吸收损耗的功能；(2)不锈钢纤维的相对电导率大约是镍的1/10，难以取得很高的屏蔽效能；(3)在专利201010140117.1需要对不锈钢纤维进行两次高分子材料的包覆，而且所采用的涂层材料化学成分复杂，难以控制。在专利201210098259.5中采用了环氧乳液和偶联剂复配处理液进行涂层，同样具有一定的化学复杂性，同时涂覆之后需要进行烘干处理，实际生产有一定困难。上述两种制备方法都需要自行配制化学涂层材料，给母粒的实际制备带来了困难。
【发明内容】
[0006]1.发明要解决的技术问题
[0007]本发明从金属材料的特性入手，以简化生产过程提高材料性能为目的，提出了利用镍金属纤维和铁素体不锈钢金属纤维的复合纤维的屏蔽组分作为导电填料，以获得具有优良电磁屏蔽效能和性价比的电磁屏蔽塑料，本发明提供了一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料及其制备方法。其中镍金属纤维具有优异导电性能和磁性能配合以及优异的抗氧化性能，而铁素体不锈钢纤维具有铁磁性能和较低的原料成本。由于两种纤维均表现出一定的铁磁特性，可以实现在取得要求电磁屏蔽效能的基础上，降低对电磁波的反射损耗而增加对电磁波的吸收损耗，达到降低反射电磁波二次污染的效果。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0010]本发明的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，以镍金属纤维和不锈钢金属纤维两种金属纤维为屏蔽组分材料，分别用TPEE热塑性弹性聚酯进行表面包覆预处理，将包覆后的两种金属纤维的粒料制成电磁屏蔽塑料母料。
[0011]更进一步地，本发明的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，其具体的步骤为:
[0012]步骤一、镍金属纤维表面包覆预处理
[0013]将镍金属纤维通过包覆系统进行表面包覆预处理，其中:包覆系统包括金属纤维卷筒、入口导轮、加热器、容器、出口圆孔、出口导轮和收线辊筒，所述的容器内装有TPEE热塑性弹性聚酯，该容器的两端分别设有入口圆孔和出口圆孔，所述的容器的外部安装有加热器，该加热器用于加热容器内部的TPEE热塑性弹性聚酯；容器上入口圆孔的一侧设置有金属纤维卷筒和入口导轮，容器上出口圆孔的一侧设置有出口导轮和收线辊筒；
[0014]镍金属纤维从金属纤维卷筒依次穿过入口导轮、入口圆孔、出口圆孔、出口导轮，该出口圆孔的孔径比镍金属纤维的直径大0.1-0.3毫米，容器内部的TPEE热塑性弹性聚酯加热至180°C -210°C，镍金属纤维穿过容器时表面被包覆一层TPEE热塑性弹性聚酯，包覆预处理后的镍金属纤维缠绕于收线辊筒上，待包覆后的镍金属纤维冷却至室温固化后，剪断成长度为3-6毫米的镍金属纤维圆柱形粒料；
[0015]步骤二、不锈钢金属纤维表面包覆预处理
[0016]将不锈钢金属纤维通过包覆系统进行表面包覆预处理，不锈钢金属纤维从金属纤维卷筒依次穿过入口导轮、入口圆孔、出口圆孔、出口导轮，该出口圆孔的孔径比不锈钢金属纤维的直径大0.1-0.3毫米，容器内部的TPEE热塑性弹性聚酯加热至180°C _210°C，不锈钢金属纤维穿过容器时表面被包覆一层TPEE热塑性弹性聚酯，包覆预处理后的不锈钢金属纤维缠绕于收线辊筒上，待包覆后的不锈钢金属纤维冷却至室温固化后，剪断成长度为3-6毫米的不锈钢金属纤维圆柱形粒料；所述的不锈钢金属纤维为铁素体不锈钢金属纤维；
[0017]步骤三、制备复合屏蔽组分粒料
[0018]将步骤一剪断后的镍金属纤维粒料和步骤二剪断后的不锈钢金属纤维粒料按照重量1:9至9:1的比例混合，将混合粒料放入滚筒式混料机进行混合5-15分钟，制成复合屏蔽组分粒料；
[0019]步骤四、制备电磁屏蔽塑料母料
[0020]步骤三完成后，在滚筒式混料机中加入工程塑料，其中:复合屏蔽组分粒料与工程塑料的重量比为1:1，再进行混合5-15分钟后，放入挤出机在220°C -260°c挤出，将挤出的塑料棒剪断成长度为10毫米的颗粒，即得电磁屏蔽塑料母料。
[0021]更进一步地，步骤一和步骤二中容器(4)内部的TPEE热塑性弹性聚酯均加热至200℃。
[0022]更进一步地，步骤四中挤出机在240°C挤出。
[0023]更进一步地，步骤四中的工程塑料为ABS或PC或PVC或PP。
[0024]本发明的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料，由上述的制备方法制备而成。
[0025]3.有益效果
[0026]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果:
[0027]利用本发明制备的镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料制造的电磁屏蔽塑料，按照中华人民共和国国家军用标准GJB6100-2008进行测试，经同轴测试方法测试，在30MHz-1500MHz的频率范围内，其屏蔽效能可达40_70dB，对电磁波的吸收损耗部分达到10-30%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明中金属纤维表面包覆系统的结构示意图；
[0029]示意图中的标号说明:1、金属纤维卷筒；2、入口导轮；3、加热器；4、容器；5、出口圆孔；6、出口导轮；7、收线辊筒。
【具体实施方式】
[0030]为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
[0031]结合图1，本发明的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，以镍金属纤维和不锈钢金属纤维两种金属纤维为屏蔽组分材料(即作为导电填料组分)，分别用TPEE热塑性弹性聚酯进行表面包覆预处理，将包覆后的两种金属纤维的粒料制成电磁屏蔽塑料母料。其具体的步骤为:
[0032]步骤一、镍金属纤维表面包覆预处理
[0033]将镍金属纤维通过包覆系统进行表面包覆预处理，其中:包覆系统包括金属纤维卷筒1、入口导轮2、加热器3、容器4、出口圆孔5、出口导轮6和收线辊筒7 (如图1所示)，所述的容器4内装有TPEE热塑性弹性聚酯，该容器4的两端分别设有入口圆孔和出口圆孔5，所述的容器4的外部安装有加热器3，该加热器3用于加热容器4内部的TPEE热塑性弹性聚酯，TPEE热塑性弹性聚酯在170°C开始熔化，1700C _210°C为液体，为双键结构；容器4上入口圆孔的一侧设置有金属纤维卷筒I和入口导轮2，容器4上出口圆孔5的一侧设置有出口导轮6和收线辊筒7 ;
[0034]镍金属纤维从金属纤维卷筒I依次穿过入口导轮2、入口圆孔、出口圆孔5、出口导轮6，该出口圆孔5的孔径比镍金属纤维的直径大0.1-0.3毫米，以尽量使表面涂层能够均匀，容器4内部的TPEE热塑性弹性聚酯加热至180°C-210°C，镍金属纤维穿过容器4时表面被包覆一层TPEE热塑性弹性聚酯，包覆预处理后的镍金属纤维缠绕于收线辊筒7上，待包覆后的镍金属纤维冷却至室温固化后，剪断成长度为3-6毫米的镍金属纤维圆柱形粒料。
[0035]步骤二、不锈钢金属纤维表面包覆预处理
[0036]将不锈钢金属纤维通过包覆系统进行表面包覆预处理，不锈钢金属纤维从金属纤维卷筒I依次穿过入口导轮2、入口圆孔、出口圆孔5、出口导轮6，该出口圆孔5的孔径比不锈钢金属纤维的直径大0.1-0.3毫米，容器4内部的TPEE热塑性弹性聚酯加热至180°C-210°C，此时TPEE热塑性弹性聚酯为熔融状态，不锈钢金属纤维穿过容器4时表面被包覆一层TPEE热塑性弹性聚酯，包覆预处理后的不锈钢金属纤维缠绕于收线辊筒7上，待包覆后的不锈钢金属纤维冷却至室温固化后，剪断成长度为3-6毫米的不锈钢金属纤维圆柱形粒料；所述的不锈钢金属纤维为铁素体不锈钢金属纤维。
[0037]步骤三、制备复合屏蔽组分粒料
[0038]将步骤一剪断后的镍金属纤维粒料和步骤二剪断后的不锈钢金属纤维粒料按照重量1:9至9:1的比例混合，将混合粒料放入滚筒式混料机进行混合5-15分钟，制成复合屏蔽组分粒料。
[0039]步骤四、制备电磁屏蔽塑料母料
[0040]步骤三完成后，在滚筒式混料机中加入工程塑料(例如ABS、PC、PVC、PP等)，其中:复合屏蔽组分粒料与工程塑料的重量比为1:1，再进行混合5-15分钟后，放入挤出机在2200C _260°C挤出，将挤出的塑料棒剪断成长度为10毫米的颗粒，即得电磁屏蔽塑料母料。
[0041]采用本发明的制备方法制得的镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料，在需要制成工程塑料部件产品时，将上述电磁屏蔽塑料母料和工程塑料粒料按照20-70%体积比进行混合，通过注塑，制成具有不同电磁屏蔽效能的电子产品塑料外壳或电缆外包覆塑料(取代现有的金属屏蔽网)。其中注塑温度需大于220°C，以保证涂层在注塑过程中在温度压力作用下，金属纤维的分散，构成导电网络。
[0042]下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0043]实施例1
[0044] 采用镍金属纤维和铁素体不锈钢(Crl2)纤维。将TPEE热塑性弹性聚酯在图1所示的容器中加热至200°C。两种纤维经过图1所示的装置进行涂覆处理。处理后将金属纤维剪断成约5毫米左右的圆柱形粒料。将镍纤维粒料和铁素体不锈钢纤维粒料按照重量1:1的比例混合，放入滚筒式混料机进行混合约10分钟，制成复合屏蔽组分粒料。在滚筒式混料机中按重量1:1的比例放入ABS塑料粒料，再进行混合10分钟后，放入挤出机在240°C挤出。将挤出的塑料棒剪断成10毫米左右的颗粒，得到ABS电磁屏蔽塑料的母料。将ABS电磁屏蔽塑料的母料与ABS塑料粒料按照体积比40 %的比例(具体指ABS电磁屏蔽塑料的母料与ABS塑料粒料的体积比为40% )，放入混料机进行混合，混料时间为10分钟。然后将混合好的母料放入注塑机，在240°C进行注塑，注塑成直径为115毫米，厚度为2毫米的ABS塑料板。按照中华人民共和国国家军用标准GJB6100-2008制定的测试方法进行，经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能为50_62dB，吸收部分造成的强度损耗为20%。
[0045]实施例2
[0046]采用镍金属纤维和铁素体不锈钢(Crl2)纤维。将TPEE热塑性弹性聚酯在图1所示的容器中加热至200°C。两种纤维经过图1所示的装置进行涂覆处理。处理后将金属纤维剪断成约5毫米左右的圆柱形粒料。将镍纤维粒料和铁素体不锈钢纤维粒料按照重量2:I的比例混合，放入滚筒式混料机进行混合约10分钟，制成复合屏蔽组分粒料。在滚筒式混料机中按重量1:1的比例放入ABS塑料粒料，再进行混合10分钟后，放入挤出机在240°C挤出。将挤出的塑料棒剪断成10毫米左右的颗粒，得到ABS电磁屏蔽塑料的母料。将电磁屏蔽塑料的母料与ABS塑料粒料按照体积比40 %的比例，放入混料机进行混合，混料时间为10分钟。然后将混合好的母料放入注塑机，在240°C进行注塑，注塑成直径为115毫米，厚度为2毫米的ABS塑料板。按照中华人民共和国国家军用标准GJB6100-2008制定的测试方法进行，经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能为62_70dB，吸收部分造成的强度损耗为16%。
[0047]实施例3
[0048]采用镍金属纤维和铁素体不锈钢(Crl2)纤维。将TPEE热塑性弹性聚酯在图1所示的容器中加热至200°C。两种纤维经过图1所示的装置进行涂覆处理。处理后将金属纤维剪断成约5毫米左右的圆柱形粒料。将镍纤维粒料和铁素体不锈钢纤维粒料按照重量1:2的比例混合，放入滚筒式混料机进行混合约10分钟，制成复合屏蔽组分粒料。在滚筒式混料机中按重量1:1的比例放入ABS塑料粒料，再进行混合10分钟后，放入挤出机在240°C挤出。将挤出的塑料棒剪断成10毫米左右的颗粒，得到ABS电磁屏蔽塑料的母料。将电磁屏蔽塑料的母料与ABS塑料粒料按照体积比48 %的比例，放入混料机进行混合，混料时间为10分钟。然后将混合好的母料放入注塑机，在240°C进行注塑，注塑成直径为115毫米，厚度为2毫米的ABS塑料板。按照中华人民共和国国家军用标准GJB6100-2008制定的测试方法进行，经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能为45_53dB，吸收部分造成的强度损耗为26%。
【权利要求】
1.一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，其特征在于，以镍金属纤维和不锈钢金属纤维两种金属纤维为屏蔽组分材料，分别用TPEE热塑性弹性聚酯进行表面包覆预处理，将包覆后的两种金属纤维的粒料制成电磁屏蔽塑料母料。
2.根据权利要求1所述的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，其特征在于，其具体的步骤为: 步骤一、镍金属纤维表面包覆预处理 将镍金属纤维通过包覆系统进行表面包覆预处理，其中:包覆系统包括金属纤维卷筒(I)、入口导轮(2)、加热器(3)、容器(4)、出口圆孔(5)、出口导轮(6)和收线辊筒(7)，所述的容器(4)内装有TPEE热塑性弹性聚酯，该容器(4)的两端分别设有入口圆孔和出口圆孔(5)，所述的容器(4)的外部 安装有加热器(3)，该加热器(3)用于加热容器(4)内部的TPEE热塑性弹性聚酯；容器(4)上入口圆孔的一侧设置有金属纤维卷筒(I)和入口导轮(2)，容器⑷上出口圆孔(5)的一侧设置有出口导轮(6)和收线辊筒(7)； 镍金属纤维从金属纤维卷筒(I)依次穿过入口导轮(2)、入口圆孔、出口圆孔(5)、出口导轮(6)，该出口圆孔(5)的孔径比镍金属纤维的直径大0.1-0.3毫米，容器(4)内部的TPEE热塑性弹性聚酯加热至180°C _210°C，镍金属纤维穿过容器(4)时表面被包覆一层TPEE热塑性弹性聚酯，包覆预处理后的镍金属纤维缠绕于收线辊筒(7)上，待包覆后的镍金属纤维冷却至室温固化后，剪断成长度为3-6毫米的镍金属纤维圆柱形粒料； 步骤二、不锈钢金属纤维表面包覆预处理 将不锈钢金属纤维通过包覆系统进行表面包覆预处理，不锈钢金属纤维从金属纤维卷筒⑴依次穿过入口导轮(2)、入口圆孔、出口圆孔(5)、出口导轮(6)，该出口圆孔(5)的孔径比不锈钢金属纤维的直径大0.1-0.3毫米，容器(4)内部的TPEE热塑性弹性聚酯加热至180°C-21(TC，不锈钢金属纤维穿过容器(4)时表面被包覆一层TPEE热塑性弹性聚酯，包覆预处理后的不锈钢金属纤维缠绕于收线辊筒(7)上，待包覆后的不锈钢金属纤维冷却至室温固化后，剪断成长度为3-6毫米的不锈钢金属纤维圆柱形粒料；所述的不锈钢金属纤维为铁素体不锈钢金属纤维； 步骤三、制备复合屏蔽组分粒料 将步骤一剪断后的镍金属纤维粒料和步骤二剪断后的不锈钢金属纤维粒料按照重量1:9至9:1的比例混合，将混合粒料放入滚筒式混料机进行混合5-15分钟，制成复合屏蔽组分粒料； 步骤四、制备电磁屏蔽塑料母料 步骤三完成后，在滚筒式混料机中加入工程塑料，其中:复合屏蔽组分粒料与工程塑料的重量比为1:1，再进行混合5-15分钟后，放入挤出机在220°C -260°c挤出，将挤出的塑料棒剪断成长度为10毫米的颗粒，即得电磁屏蔽塑料母料。
3.根据权利要求2所述的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤二中容器(4)内部的TPEE热塑性弹性聚酯均加热至200°C。
4.根据权利要求2所述的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，其特征在于，步骤四中挤出机在240°C挤出。
5.根据权利要求2所述的一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料的制备方法，其 特征在于，步骤四中的工程塑料为ABS或PC或PVC或PP。
6.一种镍金属纤维和不锈钢金属纤维复合的电磁屏蔽塑料母料，其特征在于，由权利要求I或2或3或4或5所述的制备方法制备而成。
【文档编号】C08K7/06GK104072807SQ201410300676
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】朱国辉 申请人:马鞍山绿盾防护材料科技有限公司