聚丙烯/鍍鎳玻璃纖維/二氧化鈦復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及聚合物復合材料領域，具體是一種聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵 復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著電子工業的快速發展，電磁干擾（EMI)問題日趨嚴重。電磁波干擾不 僅會對精密的電子設備造成影響，同時對人體健康也有著極大的危害，因此研發高效的電 磁屏蔽材料W解決電磁干擾問題已得到人們的廣泛關注。傳統的電磁屏蔽材料，如金屬 及其復合材料，雖然具有良好的電磁屏蔽效能，但存在自身重量大、生產效率低和成本高 等問題，因而無法適應一些特殊場合的用途。與金屬材料相比，導電高分子材料具有質量 輕、易成型、生產效率高和成本低等優點，是一種可部分替代金屬材料的新型電磁屏蔽材料 [QumgD.Carbon, 2012, 50:3342]。
[0003] 聚丙締（P巧是目前應用最廣泛的高分子材料之一，由于其原料來源豐富，價格低 廉，綜合性能優良，被廣泛應用于工業生產、醫藥衛生等領域。改性后的聚丙締可W部分替 代工程塑料使用，進一步拓寬其應用范圍。隨著現代科技的飛速發展，聚丙締的導電功能化 成為其改性的重要方向之一。具有導電功能的聚丙締復合材料可作為電磁屏蔽材料應用于 微電子、軍事通訊、航空航天等高精尖領域。
[0004] 為滿足電磁屏蔽材料屏蔽效能大于20地的使用要求，導電高分子材料的體積電 導率需大于lS/m[ThomassinM,etal.Mater.Sci.Eng. 2013, 74:211]，而通常高分子材料 的體積電阻率在1〇ι°-1〇2°Ω.cm之間，是優良的絕緣材料，通過添加導電填料對聚合物進 行改性是實現聚合物導電功能化的主要手段。為使聚合物的導電率大于IS/m，常需要加入 高含量的導電填料或采用特殊的制備方法W使導電填料在聚合物基體中實現導電網絡的 有效構建。Liu等在聚氨醋中加入20wt%的碳納米管，所制得復合材料的電磁屏蔽效能為 17地[ArjmandM,etal.Carbon. 2012, 50:5126]。Yan等制備了具有隔離結構的聚苯乙締 /石墨締復合材料，特殊的結構設計使石墨締在極低含量下形成導電網絡，當石墨締含量 為3. 47vol%時，復合材料電導率達到43. 5S/m，電磁屏蔽性能為45. 1地[Yan,etal.Adv. 化net.Mater. 2015, 25:559]。然而，上述方法在提高聚合物電導率的同時必然會帶來成本 增加、材料成型難度大、機械性能下降等問題[ArjmandM,etal.Carbon, 2012, 50:5126]。 尋求高效、價廉的導電填料，并通過常規加工手段制備滿足電磁屏蔽要求且易實現工業化 生產的導電高分子材料仍是當前急需解決的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明為了解決目前導電高分子材料生產效率低、成本高的問題，提供了一種聚 丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵復合材料及其制備方法。
[0006] 本發明是通過W下技術方案實現的：聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵復合材料， 是由85. 0~92.Ovol%的聚丙締（P巧、7~14.Ovol%的鍛儀玻璃纖維（NCG巧W及0. 5~ l.Ovol%的二氧化鐵燈i〇2)構成的。
[0007] 本發明將二氧化鐵與鍛儀玻璃纖維作為二元填料對聚丙締進行功能化改性。利用 玻璃纖維具有較大長徑比、易于搭接的結構特點，實現包覆儀層在聚丙締中的連續分布與 網絡化構建，在極低金屬儀含量下形成導電通路，賦予聚丙締導電性能；同時利用二氧化鐵 的高介電常數及兩極極化效應特點，在聚合物中加入納米Ti〇2粒子，通過界面極化作用衰 減電磁波，提高復合材料的電磁屏蔽效能。將具有高導電性的鍛儀玻璃纖維和二氧化鐵協 同作用，可顯著提高聚丙締的電導率及電磁屏蔽效能。
[0008] 進一步，本發明提供了所述聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵復合材料的制備方 法，其步驟為：聚丙締經密煉烙融后與二氧化鐵混煉使混合均勻，隨后加入鍛儀玻璃纖維， 混煉得到分散均勻的混合物，然后熱壓成型得到所述聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵復 合材料。
[0009] 優選的，所述聚丙締的密煉時間為5~lOmin;所述聚丙締與二氧化鐵的混煉時間 為5~lOmin;聚丙締與二氧化鐵的混合物與鍛儀玻璃纖維的混煉時間為7~lOmin;密煉 和混煉的攬拌速度為30~60rpm。
[0010] 另外，所述密煉和混煉均是在轉矩流變儀內實現的。轉矩流變儀內的溫度為 180 ~21(TC。 W11] 而且，聚丙締、二氧化鐵及鍛儀玻璃纖維的混合物是在190~210°C、10~15MPa 條件下熱壓成型的。
[0012] 本發明所述復合材料的制備方法能有效提高聚丙締的體積電導率，通過改變組分 配比，可W調節復合材料的電導率及電磁屏蔽效能，得到具有良好導電性能及電磁屏蔽性 能的聚丙締復合材料，是一種高效、低成本、成型工藝簡單的電磁屏蔽功能復合材料制備方 法。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明制備的聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵復合材料的電導率曲線 圖。從圖中可W看出，隨著導電粒子Ni含量的增加，復合材料得電導率顯著提高；且二氧化 鐵與鍛儀玻璃纖維有顯著的協同效應，在PP/NCGF體系中加入少量化7-0. 8vol% )Ti〇2， 當儀含量（在復合材料中的體積含量）基本相同的前提下可使復合材料電導率提高1-2個 數量級。
[0014] 圖2為聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵復合材料的電磁屏蔽性能隨頻率的變化 曲線圖。從圖中可W看出，隨著鍛儀玻璃纖維含量上升，復合材料的屏蔽效能逐漸提高，當 NCGF含量為12. 7vol%時，復合材料屏蔽效能可達到42地，表現出良好的電磁屏蔽性能（儀 在鍛儀玻璃纖維中的含量為4vol% )。
【具體實施方式】 陽01引 實施例一：
[0016] 聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵電磁屏蔽功能復合材料的制備方法，包括W下 步驟：
[0017] (1)先將轉矩流變儀升溫至200°c，向其中加入38. 5g聚丙締，密煉5min，轉速為 60rpm，使聚丙締充分烙融；
[0018] (2)向轉矩流變儀中加入1. 5g納米二氧化鐵，混煉lOmin，使二者均勻混合； 陽019] (3)再向轉矩流變儀中加入lOg鍛儀玻璃纖維，使聚丙締與鍛儀玻璃纖維及納米 二氧化鐵的體積比為91. 46:7. 74:0. 8混煉lOmin，得到分散均勻的混合物；
[0020] (4)將步驟（3)得到的混合物在190°C、10MPa的條件下熱壓成型，得到聚丙締/鍛 儀玻璃纖維/二氧化鐵復合材料。 陽〇2U 實施例二：
[0022] 聚丙締/鍛儀玻璃纖維/二氧化鐵電磁屏蔽功能復合材料的制備方法，包括W下 步驟： 陽02引 （1)先將轉矩流變儀升溫至200。向其中加入36g聚丙締，密煉5min，轉速為 60rpm，使聚丙締充分烙融；
[0024] 似向轉矩流變儀中加入1. 5g納米二氧化鐵，混煉lOmin，使二者均勻混合；
[0025] (3)再向轉矩流變儀中加入12. 5g鍛儀玻璃纖維，使聚丙締與鍛儀玻璃纖維及納 米二氧化鐵的體積比為89. 10:10. 10:0. 8,混煉lOmin，得到分散均勻的混合物；
[0026] (4)將步驟做得