一種透波抗靜電涂料及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于新材料領域，涉及一種能夠同時滿足抗靜電和透波表面防護要求的涂料，其制備方法以及在飛機、通訊、醫療等抗靜電領域的應用，具體涉及一種透波抗靜電涂料及其制備方法與應用。
技術背景
[0002]靜電是一種客觀的自然現象，產生的方式有多種，如接觸、摩擦、感應等。在電子工業、石油工業、兵器工業、紡織工業、橡膠工業、航空航天以及軍事等領域，都需要采用靜電防護技術來消除靜電危害，減少靜電造成的損失。在靜電防護技術中，在產品或工件表面制備抗靜電涂層是最常用的方法之一。
[0003]在某些特殊的應用領域，要求零部件或產品既要滿足抗靜電要求又要同時滿足對電磁波的傳輸性能要求。例如，飛機在高速飛行時與空氣強烈摩擦會使飛機表面產生靜電，如果靜電不能及時釋放而積累到一定程度就會發生放電現象，對無線電通訊和導航系統都會產生干擾，甚至會引起雷擊或燃爆油箱，帶來巨大危害，因此必須對其表面進行抗靜電防護。另一方面，飛機上的一些設備需要輻射或接收電磁波，因此抗靜電涂層必須同時具有良好的透波性能，以減少對電磁波傳輸效率的影響。除了飛機外，其他一些應用領域如兵器、船艦、通訊、導彈、醫療等對產品表面防護涂層具有同樣的抗靜電和透波性能要求。
[0004]現有的抗靜電涂料中，起抗靜電作用的導電填料主要是金屬粉、導電云母、炭黑、石墨烯、石墨粉、碳納米管等，這些導電填料的導電率較高、損耗較大且長徑比較小，為了達到一定的抗靜電效果，需要很大的添加量才能在涂層中形成連續的導電網絡，不但額外增加了重量，更導致涂層的損耗增加，因而對電磁波的反射率增加，大大降低了對電磁波的傳輸率。根據大量文獻報道，當前應用的抗靜電涂層僅能滿足單一的抗靜電要求，不能同時滿足損耗低、透波性好的性能要求。
[0005]以下列舉了幾個中國專利公開了不同的抗靜電涂料，這些抗靜電涂料都采用金屬粉、導電云母、炭黑、石墨烯或石墨粉等填料，因此都不能在抗靜電的同時滿足透波要求。這些專利包括:公開號為CN1296441C的中國專利公開了一種防靜電涂料的制備方法，主要以膨脹石墨材料與有機成膜物質和溶劑等混合制得;公開號為CN1147552C的中國專利公開了納米聚氨酯防靜電涂料及其制備方法，將配制好的納米聚氨酯涂料加入到云母導電粉中，攪拌均勻，研磨，即制成納米聚氨酯抗靜電涂料;公開號為CN1085927的中國專利公開了防靜電涂料，是以聚氨酯為基體加入鋁粉、助劑等物質復合而成；公開號為CN104877524A的中國專利公開了一種耐高溫抗靜電涂料，主要以導電粉、石墨粉、炭黑為導電填料;公開號為CN104449010A的中國專利公開了聚合物/石墨烯抗靜電涂料、其制備方法及應用，以石墨烯、碳納米管和金屬粉等為導電填料。
[0006]碳纖維、石墨纖維是一種具有長徑比優勢的導電填料，但普通碳纖維或石墨化的碳纖維都是電磁波的強反射體，損耗很高，不適合用來制備透波涂層。公開號為CN104387957A的中國專利公開了一種抗靜電涂料及其制備方法，主要組分為聚吡咯導電聚合物，添加碳纖維粉以增強涂料的強度和耐磨性，該專利中的碳纖維粉沒有起到抗靜電作用；公開號為CN1286931C的中國專利公開了一種碳纖維導靜電涂料及其制備方法，是將石墨化的短切碳纖維與環氧樹脂混合制得。由于普通碳纖維或石墨化的碳纖維都是電磁波的強反射體，可以推測以上兩個專利公開的導靜電涂料損耗高、透波性差。公開號為CN101220535A的中國專利公開了一種防靜電用碳纖維及其制備方法，以及公開號為CN102839448B的專利公開了一種防靜電用碳基纖維及其制備方法與應用。上述兩個專利只公開了防靜電碳纖維及其制備方法，沒有涉及抗靜電涂料或透波抗靜電涂料，而且根據專利中公開的數據不能制備出能夠同時滿足抗靜電和良好透波性要求的防護涂層。
[0007]綜上表明，現有的導電填料和抗靜電涂料都不能滿足一些特殊領域對表面防護涂層損耗低、透波性好的性能要求，因此急需開發一種新型的透波抗靜電涂料及其涂層。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是為了解決現有抗靜電涂料不能同時兼顧抗靜電和良好透波性的雙重需求的問題。針對此，本發明提供了一種透波抗靜電涂料及其制備方法與應用，本發明的透波抗靜電涂料兼具抗靜電和良好的透波性，可以應用于飛機、通訊設備、兵器、導彈、艦艇、醫療設備等產品或零部件的表面防護。
[0009]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[ΟΟ?Ο] —種低損耗抗靜電碳纖維，長度為0.1?6mm，含碳量為60?90%，體電阻率為I X10—2?1Χ103Ω.cm，介電損耗小于20。
[0011 ]上述低損耗抗靜電碳纖維的制備方法，具體步驟如下:
[0012](I)聚合和紡絲:將重量比2 92%的丙烯腈和余量的衣康酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸中任一種或兩種聚合，獲得紡絲液;采用濕法紡絲或干噴濕紡技術制得聚丙烯腈纖維；
[0013](2)熱穩定化:在空氣或氮氣氣氛中將步驟(I)中的聚丙烯腈纖維加熱到250?2800C，熱穩定化時間為40?120min;
[0014](3)碳化工藝:將步驟(2)處理后的纖維在惰性氣體或真空中加熱到500?1100 °C，碳化時間為5?30min，即得到。
[0015]上述低損耗抗靜電碳纖維在制備涂料和涂層中的應用，所述的應用方法為在聚合物涂料的基體中加入上述的低損耗抗靜電碳纖維作為導電填料，將涂料涂覆于基底上干燥后形成涂層。
[0016]—種透波抗靜電涂料，以上述低損耗抗靜電碳纖維為導電填料，以聚合物涂料為基體，所述低損耗抗靜電碳纖維所占的重量比為大于0.1%小于5%;所述聚合物涂料其組分按重量比為:70?90%的聚氨酯樹脂，5?20%的氟碳樹脂、聚脲樹脂、丙烯酸樹脂中的任一種，I?5 %分散介質，余量為溶劑和助劑。
[0017]所述涂料的制備方法為將上述低損耗抗靜電碳纖維加入到所述聚合物涂料中，混合均勻即可(優選:機械攪拌混合、超聲混合中的一種或兩種方法配合使用。)。
[0018]所述涂料的使用方法:將制備好的涂料直接涂覆于基底上，干燥后即形成透波抗靜電涂層。
[0019]所述的涂料在電子工業、石油工業、紡織工業、橡膠工業、航空航天、軍事、醫療中所涉及的產品或設備表面的應用。尤其在飛機、兵器、船艦、通訊、導彈、醫療產品或設備表面的應用。
[0020]本發明具有優點:
[0021](I)該透波抗靜電涂料以及使用后制備的涂層能夠同時滿足抗靜電和透波的要求，因此在發揮靜電防護作用的同時，幾乎不影響電磁波的傳輸。將本發明制備的涂料涂覆于聚四氟乙烯基底板材上獲得的透波抗靜電涂層，經檢測其表面電阻率為0.1?50ΜΩ，介電損耗角正切值為0.03?0.4，滿足飛機、醫療設備等對靜電防護及電磁波傳輸性能的特殊要求。
[0022](2)該透波抗靜電涂料所采用的導電填料既不是普通市售碳纖維，也不是普通抗靜電碳纖維，而是能同時滿足抗靜電和透波要求的專用碳纖維，其介電常數和介電損耗的頻譜圖如圖1所示。
[0023](3)該透波抗靜電涂料特別適用于同時要求抗靜電和透波的應用領域，如飛機、兵器、艦艇、通訊、導彈、醫療等，另外也適用于單一抗靜電要求的應用領域。
[0024](4)本發明的涂料的制備方法簡單，直接將原料混合即可，使用方法也非常方便，直接將混合后的涂料涂覆于基底，常溫干燥即可。
【附圖說明】
[0025]圖1為低損耗抗靜電碳纖維的介電常數頻譜(a)和介電損耗頻譜(b)。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例對本發明作進一步說明。
[0027]實施例1
[0028]制備透波抗靜電涂料及涂層，步驟如下:<