CN109280317A - 一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种具备电磁屏蔽功能的纤维外露型金属纤维丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯/聚碳酸酯合金材料及其制备方法。该材料由包括以下重量份的组分制成：ABS树脂选自本体法生产获得的丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯45～61份、聚碳酸酯12～20份、增韧剂2～10份、金属纤维5～30份、化学处理剂2～10份和加工助剂1～2份，先把粒状和粉状材料混合均匀后送入双螺杆混合挤出、切成粒子，然后把制备好的粒子再送入单螺杆、通过侧喂料的方式加入金属纤维混合挤出、切成粒子。该方法制备的材料纤维外露面积大、材料表面电阻率低，能够在抗静电、电磁屏蔽等领域取得优异的性能。

Description

一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯 合金材料及其制备方法
(一)技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种具备电磁屏蔽功能的纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚碳酸酯合金材料及其制备方法。
(二)背景技术
目前具备电磁屏蔽、抗静电等功能性的高分子复合材料发展较快，现有的技术多是是直接通过添加碳纤维、金属纤维等跟高分子材料共混然后用双螺杆挤出及熔融、挤出、造粒，形成复合材料内部的导通率来实现。
起到导通作用的纤维暴露于接触电磁波的制品表面，直接接触到电磁波形成有效、高效的导通网络。但是，鉴于纤维跟基料高分子材料密度差异较大、纤维形状差距明显等造成二者熔融后的流动速度不一样，凝固速度也不一样，从而在材料表层冻结的都是高分子塑料基材，纤维大多都存在于制件内部，只有极少数会出现在制件表面。这种电磁屏蔽、抗静电制品的表面电阻并不高，影响了导通率、电磁屏蔽效果不好。使用时必须通过很大的压力，在制品表面产生挤压，使导电纤维上下接触才能起到效果。
这种传统的方式由于纤维在制品表面浮现较少，主要靠压力来让制品内部的纤维相互接触，当纤维在制品内部一旦分布不均匀、团聚时就会形成断路，复合材料的电磁屏蔽功能性丧失，造成产品废品。
一些历史经验有通过工艺调整纤维外露的情况，比如较低的模具温度，较低的注射温度等，但是这些存在缺点，一是难以让模具一直保持较低模温、稳定生产，二是模具、注射温度低，会造成产品内应力过大，产品易开裂。
中国专利申请号201210248625.0公开了一种有效的纤维增强注塑制品纤维外露的方法，但不是很完美，例如产品要通过注塑成型后进行二次加工的方式才能让纤维更多暴露出来，这样无疑是降低了生产效率、提高了产品成本。
(三)发明内容
为解决以上技术缺陷，本发明目的是提供一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯/聚碳酸酯合金材料及其制备方法。该发明的材料能让更多的导电纤维、更大面积的直接暴露于制品表面，且省去了二次加工的工序，最终不但提高了材料的导通率而且提高了生产效率，提高了制品合格率，最终降低了生产成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，由包括以下重量份的组分制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂：45～61份，
聚碳酸酯：12～20份，
增韧剂：2～10份，
金属纤维：5～30份，
化学处理剂：2～10份，
加工助剂：1～2份。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物、丙烯腈 -乙烯丙烯弹性体-苯乙烯接枝共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸三元共聚物和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物中的一种或几种的混合物，所选的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂在200摄氏度和10公斤载荷测试条件下熔融指数为2～10g/10min之间，可选自本体法生产获得。
所述的聚碳酸酯选自分子量为30000～45000、在300摄氏度和1.2公斤载荷测试条件下熔融指数为1～5g/10min的聚碳酸酯。
所述的增韧剂选自核壳结构的系列抗冲改性剂、苯乙烯类抗冲改性剂、热塑性弹性体和硅橡胶中的一种或者几种的混合物。
所述的金属纤维为不锈钢纤维，直径为10um～150um。
所述的化学处理剂为分子量大于150万的超高分子量热塑性树脂如超高分子量聚乙烯UHMWPE等。
所述的加工助剂选自热稳定剂和润滑剂的混合物，其中热稳定剂选自受阻酚类热稳定剂、硫代酯类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或几种，润滑剂选自固体石蜡、液体石蜡、低分子量聚乙烯、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺，乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种的混合物。
本发明还提供了一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
先将45～61份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、12～20份聚碳酸酯、2～10份增韧剂、2～10份化学处理剂、1～2份加工助剂混合均匀，送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下，物料充分熔化、复合，再经机头挤出、拉条、冷却、切粒；所述双螺杆挤出机一区螺杆温度为200～220℃；二区至机头的螺杆温度为220～260℃；螺杆转速在 100～500r/min；
再将制备好的粒子送入单螺杆挤出机中，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入5～30份金属纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒；所述单螺杆挤出机一区螺杆温度为200～220℃；二区至机头的螺杆温度为220～250℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为240～250℃；螺杆转速在100～400r/min。
与现有技术相比，具备以下优点：
1.明确出用于制备纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料中丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、聚碳酸酯、金属纤维和制备方法的准确技术路线。
2.通过化学处理剂的使用，达到了提高纤维外露的技术目标。
3.通过在材料制备阶段使用单螺杆混料的技术发明，让最终纤维外露制品外表面，省去了在制品加工阶段通过不断工艺调整带来的不稳定生产状态，实现了稳定的纤维外露制品，提供了产品合格率。
4.通过在材料制备阶段技术的发明，让更多、更大面积纤维直接暴露于制品外表面，省去了一些通过后期的二次加工方法暴露纤维的不高生产效率的缺点。
(四)具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
下述实施例中所用原料为：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)为中国台湾奇美的PA-709和大庆石化的750A。
聚碳酸酯(PC)为LG的1600-03和Teijin的PC1225Z100。
增韧剂为钟渊的MBS类核-壳型增韧剂，牌号为M511。
金属纤维为赣州大业金属纤维有限公司生产的型号为直径50um的不锈钢纤维。
化学处理剂为北京助剂二厂生产的M2牌号UHMWPE。
加工助剂中的热稳定剂是受阻酚类(长春化工的AO-50)和亚磷酸酯类(长春化工的 2112)(重量比AO-50∶2112＝1：2)，润滑剂为国产EBS，市售。
本发明实施例所提供的纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚碳酸酯合金材料物理性能测试标准见表1。
表1材料物理性能测试标准
物理性能 测试方法
纤维暴露表面面积比
表面电阻率 IEC 60093
实施例1
将45份奇美PA-709，12份1600-03，2份M511，10份UHMWPE和加工助剂1份(热稳定剂0.6份，润滑剂0.4份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
再将经双螺杆造好的粒子送入单螺杆挤出机，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入30份不锈钢纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒。
单螺杆挤出机一区螺杆温度为210℃；二区至机头的螺杆温度为220～240℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为245℃；螺杆转速在300r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
比较例1
将45份奇美PA-709，12份1600-03，2份M511，10份UHMWPE和加工助剂1份(热稳定剂0.6份，润滑剂0.4份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，同时从侧喂料口加入30份不锈钢纤维，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
比较例2
将55份奇美PA-709，12份1600-03，2份M511，和加工助剂1份(热稳定剂0.6 份，润滑剂0.4份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
再将经双螺杆造好的粒子送入单螺杆挤出机，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入30份不锈钢纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒。
单螺杆挤出机一区螺杆温度为210℃；二区至机头的螺杆温度为220～240℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为245℃；螺杆转速在300r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
实施例2
将55份奇美PA-709，18份1600-03，5份M511，5份UHMWPE和加工助剂2份(热稳定剂0.6份，润滑剂0.4份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
再将经双螺杆造好的粒子送入单螺杆挤出机，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入15份不锈钢纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒。
单螺杆挤出机一区螺杆温度为210℃；二区至机头的螺杆温度为220～240℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为245℃；螺杆转速在300r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
比较例3
将55份大庆750，18份1600-03，5份M511，5份UHMWPE和加工助剂2份(热稳定剂1.2份，润滑剂0.8份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
再将经双螺杆造好的粒子送入单螺杆挤出机，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入15份不锈钢纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒。
单螺杆挤出机一区螺杆温度为210℃；二区至机头的螺杆温度为220～240℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为245℃；螺杆转速在300r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
比较例4
将55份奇美PA-709，18份PC1225Z100，5份M511，5份UHMWPE和加工助剂2份 (热稳定剂1.2份，润滑剂0.8份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
再将经双螺杆造好的粒子送入单螺杆挤出机，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入15份不锈钢纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒。
单螺杆挤出机一区螺杆温度为210℃；二区至机头的螺杆温度为220～240℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为245℃；螺杆转速在300r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
实施例3
将61份奇美PA-709，20份1600-03，10份M511，2份UHMWPE和加工助剂2份(热稳定剂1.2份，润滑剂0.8份)经高速搅拌机混合均匀，将上述混合物送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下充分熔化、混合，再经机头口模挤出、拉条、冷却、切粒。
双螺杆挤出机一区温度控制在200～220℃之间，二区至机头各段螺杆温度控制在220～240℃之间，螺杆转速为350r/min。
再将经双螺杆造好的粒子送入单螺杆挤出机，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入5份不锈钢纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒。
单螺杆挤出机一区螺杆温度为210℃；二区至机头的螺杆温度为220～240℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为245℃；螺杆转速在300r/min。
制备的材料按60mm×60mm×2.5mm尺寸注塑成标准方板，性能测试结果如表2所示。
表2材料性能测试结果
通过以上实施例制备的纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料纤维外露性、表面电阻率得到明显提高。由表2看出，该发明使用新加工方法(单螺杆加工纤维)的材料的纤维外露和表面电阻率明显提高；该发明使用新加入的化学处理剂明显提高了材料的纤维外露和表面电阻率；该发明使用新探索出的丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯树脂和聚碳酸酯型号比常规材料制备出的材料的纤维外露和表面电阻率得到明显提高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：由包括以下重量份的组分制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂：45～61份，
聚碳酸酯：12～20份，
增韧剂：2～10份，
金属纤维：5～30份，
化学处理剂：2～10份，
加工助剂：1～2份。
2.根据权利要求1所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：所选的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物、丙烯腈-乙烯丙烯弹性体-苯乙烯接枝共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸三元共聚物和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物中的一种或几种的混合物，所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂在200摄氏度和10公斤载荷测试条件下熔融指数为2～10g/10min之间，可选自本体法生产获得。
3.根据权利要求1所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：所选的聚碳酸酯选自分子量为30000～45000、在300摄氏度和1.2公斤载荷测试条件下熔融指数为1～5g/10min的聚碳酸酯。
4.根据权利要求1所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：所选的增韧剂选自核壳结构的系列抗冲改性剂、苯乙烯类抗冲改性剂、热塑性弹性体和硅橡胶中的一种或者几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：所选的金属纤维为不锈钢纤维，直径为5um～150um。
6.根据权利要求1所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：所选的化学处理剂为分子量大于150万的超高分子量热塑性树脂。
7.根据权利要求1所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料，其特征在于：所选加工助剂选自热稳定剂和润滑剂的混合物，其中热稳定剂选自受阻酚类热稳定剂、硫代酯类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或几种，润滑剂选自固体石蜡、液体石蜡、低分子量聚乙烯、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺，乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1至7任一所述的一种纤维外露型金属纤维丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯合金材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
（1）按权利要求1所述重量份称取各组分原料，将45～61份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、12～20份聚碳酸酯、2～10份增韧剂、2～10份化学处理剂、1～2份加工助剂混合均匀；
（2）将步骤（1）中获得的混合物料送入双螺杆挤出机中，在螺杆的输送和剪切作用下，物料充分熔化、复合，再经机头挤出、拉条、冷却、切粒；所述双螺杆挤出机一区螺杆温度为200～220℃；二区至机头的螺杆温度为220～260℃；螺杆转速在100～500r/min；
（3）将步骤（2）中获得的组合物粒子送入单螺杆挤出机中，同时从距离近机头三分之一处以侧喂料方式加入5～30份金属纤维，混合物经过挤出、拉条、冷却、切粒；所述单螺杆挤出机一区螺杆温度为200～220℃；二区至机头的螺杆温度为220～250℃，其中侧喂料口处的螺杆温度为240～250℃；螺杆转速在100～400r/min。
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