專利名稱：一種具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種聚氯乙烯復合材料及其制備方法，尤其涉及一種具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料及其制備方法，屬于新型材料技術領域。
背景技術：
微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，微波不僅具有電磁輻射、電磁干擾等問題，還會對人體健康產生不利影響。而采用材料吸收微波是治理微波電磁污染的重要手段。微波吸收材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量，要求其滿足對微波吸收強、吸收頻率范圍寬、質量輕及厚度薄等性能特點。把具有良好加工性能的高分子材料和具有特殊電、 磁性能的無機材料結合起來，有望制備出新型的高性能微波吸收復合材料。而現有單純的聚氯乙烯材料雖然具有阻燃、耐化學藥品性高、加工性能良好、制造成本低廉等優點，但是其與絕大多數聚合物類似，并不具有微波吸收性能。
現有技術常在高分子材料中加入具有吸收微波特性的無機材料制成復合材料，但效果收效甚微，如中國專利申請(公開號CN 101289569A)公開了一種多壁碳納米管/環氧樹脂吸波隱身復合材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟對多壁碳納米管進行預處理、純化處理、高溫堿處理后，將其分散到環氧樹脂中，制成一種多壁碳納米管/環氧樹脂吸波隱身復合材料。雖然該方法通過對多壁碳納米管進行高溫處理，使碳管在其表面產生比較多的孔洞，提高碳納米管的表面活性；但是單純使用碳納米管填充的復合材料通常難以在寬頻范圍內達到阻抗匹配，微波吸收頻率范圍較窄，往往不能滿足高性能場合的性能需求。又如中國專利申請(公開號為CN 101412839A)涉及聚丙烯腈( PAN)基納米碳纖維制備吸波復合材料的方法，該方法包括納米碳纖維進行研磨，控制時間為l_2h，將納米纖維加入丙酮中，超聲分散15-60min形成懸濁液；將上述懸濁液加入到雙酚A型環氧樹脂中，攪拌混合均勻，將混合溶液超聲分散30-60min，使納米碳纖維在雙酚A型環氧樹脂中分散，使丙酮揮發；將低分子聚酰胺固化劑加入到上述得到的混合物中，充分攪拌均勻后常溫固化， 得到吸波復合材料。雖然通過上述方法得到的復合材料吸波性能較填充的復合材料較好， 但是該方法需要使用有機溶劑，且復合材料的基體為環氧樹脂，需要較長的固化時間，分層澆注的形式更進一步加長了復合材料制備的周期，不利于應用于大規模的工業化生產。發明內容
本發明針對現有技術存在的缺陷，提供一種微波吸收性能好、吸收頻率范圍寬的聚氯乙烯復合材料。
本發明的目的是通過下列技術方案來實現一種具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，該復合材料由以下重量份的組分制成
PVC預混料100份；多壁碳納米管0. 5-5份；
鍍鎳碳纖維10-50份。
其中鍍鎳碳纖維兼具金屬鎳和碳纖維的優點，同時具有磁性和高導電性，可以同時提高聚氯乙烯復合材料的復磁導率和復介電常數，有利于達到阻抗匹配，使得更多的微波可以進入到復合材料的內部，進一步被吸波劑所衰減和吸收。而多壁碳納米管具有高導電性、高長徑比和低密度，在較低的添加量下即可有效地提高復合材料的復介電常數和介電損耗，有利于微波在復合材料內部被吸收，且基本不影響材料的比重。本發明將鍍鎳碳纖維和多壁碳納米管配伍使用表現出良好的協同吸波性能。通過長期試驗研究發現單獨添加30重量份的鍍鎳碳纖維的聚氯乙烯復合材料的微波反射率為-7. 9dB,反射率低于_5dB 的頻寬位4. 7GHz ;而單獨添加3重量份的多壁碳納米管的聚氯乙烯復合材料的微波反射率為-5. 5dB,反射率低于_5dB的頻寬位2. 8GHz。與之相比，同時添加30重量份的鍍鎳碳纖維和3重量份的多壁碳納米管的聚氯乙烯復合材料的微波反射率可以達到-25. 4dB,反射率低于_5dB的頻寬位4. 9GHz，反射率低于-1OdB的頻寬位2. 5GHz，表現出良好的微波吸收性能。
本發明采用的多壁碳納米管可利用化學氣相沉積法，用Ni/Si 二元氣凝膠作催化齊U，裂解甲烷制備得到。本發明采用的鍍鎳碳纖維可通過化學鍍鎳或者電鍍鎳的方法對碳纖維進行表面金屬化，其中化學鍍鎳的方法為在無直流電源的條件下，利用鎳鹽溶液在強還原劑次磷酸鹽的作用下，通過氧化還原反應，使鎳離子還原成金屬鎳，從而在具有催化表面的碳纖維上獲得金屬鎳沉積層。上述兩種物質還可以通過商購獲得。
在上述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料中，作為優選，所述多壁碳納米管的直徑為5-100nm，長度為O. 5-10 μ m ;所述的鍍鎳碳纖維的直徑為1_20 μ m。若多壁碳納米管的長度過長，多壁碳納米管纏結嚴重，在聚合物中難以分散，相反長度太短難以體現多壁碳納米管長徑比大的優勢。本發明使用直徑、長度為此范圍的多壁碳納米管和鍍鎳碳纖維可顯著提高PVC復合材料的吸波性能。
在上述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料中，所述的PVC預混料由以下重量份的成分制成PVC樹脂100份；熱穩定劑1-5份；增塑劑30-70份；潤滑劑0. 5_2份； 加工助劑0. 1-4份。所述的PVC樹脂的聚合度為700-2500。采用聚氯乙烯作為基材較聚乙烯有阻燃、耐油、耐候和硬度范圍寬等優點。
在上述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料中，所述的熱穩定劑為有機錫類穩定劑、復合鉛鹽熱穩定劑中的一種或多種；所述的增塑劑為鄰苯二甲酸酯類增塑劑；所述的潤滑劑為氧化聚乙烯、脂肪酸金屬皂類潤滑劑中的一種或多種；所述的加工助劑為單硬酯酸甘油酯、丙烯酸酯類的高分子共聚物中的一種或多種。
本發明所使用的有機錫類穩定劑包括月桂酸有機錫、馬來酸脂有機錫、硫醇有機錫或氧化烷基錫；所使用的復合鉛鹽熱穩定劑包括三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛或二鹽基硬脂酸鉛；所使用的脂肪酸金屬皂類潤滑劑包括硬脂酸鈣、硬脂酸鋅或硬脂酸鉛；所使用的丙烯酸酯類的高分子共聚物包括丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯；所使用的鄰苯二甲酸酯類增塑劑包括鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二正辛酯或鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基)酯。
本發明另一個目的在于提供一種可大規模工業化生產的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟
A、制備PVC預混料按照一定重量比稱取PVC樹脂、熱穩定劑、增塑劑、潤滑劑以及加工助劑，將稱取好的原料倒入高速捏合機中，待物料捏合均勻后出料，出料溫度為80-100°C，得到PVC預混料；
B、密煉按照一定重量比稱取多壁碳納米管、鍍鎳碳纖維，與步驟(a)中制得的 PVC預混料一起加入到密煉機中密煉，密煉溫度為130-170°c，密煉時間3-15min，即制備得到具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料。
在上述的制備方法中，作為優選，步驟A中所述的出料溫度為90°C。若出料溫度太低，會出現增塑劑吸收不充分與隨后塑化時間長等問題，若出料溫度太高，則會出現早期塑化和結塊等問題。
在上述的制備方法中，作為優選，步驟B中密煉溫度為150_160°C，密煉時間 6-10min。若密煉溫度太高、密煉時間太長會導致PVC降解，若密煉溫度太低、密煉時間太短則會存在塑化不充分導致力學性能差的問題。
綜上所述，本發明具有以下優點
1、本發明的聚氯乙烯復合材料采用多壁碳納米管和鍍鎳碳纖維配伍合理，復合材料微波吸收性能好、吸收頻率范圍寬、質量輕及厚度薄。
2、本發明的制備方法生產工藝簡單，步驟少，適合大規模工業化生產。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明；但是本發明并不限于這些實施例。
表1:本發明具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料中PVC預混料組分(重量份)
權利要求
1.一種具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，該復合材料由以下重量份的組分制成PVC預混料100份； 多壁碳納米管0. 5-5份；鍍鎳碳纖維10-50份。
2.根據權利要求1所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述多壁碳納米管的直徑為5-100nm，長度為O. 5-10 μ m ;所述的鍍鎳碳纖維的直徑為1_20 μ m。
3.根據權利要求1或2所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，其特征在于 所述的PVC預混料由以下重量份的成分制成PVC樹脂100份； 熱穩定劑1-5份；增塑劑30-70份；潤滑劑0. 5-2份；加工助劑0. 1-4份。
4.根據權利要求3所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述的PVC樹脂的聚合度為700-2500。
5.根據權利要求3所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，其特征在于所述的熱穩定劑為有機錫類穩定劑、復合鉛鹽熱穩定劑中的一種或多種；所述的增塑劑為鄰苯二甲酸酯類增塑劑。
6.根據根據權利要求3所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料，其特征在于 所述的潤滑劑為氧化聚乙烯、脂肪酸金屬皂類潤滑劑中的一種或多種；所述的加工助劑為單硬酯酸甘油酯、丙烯酸酯類的高分子共聚物中的一種或多種。
7.一種具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、制備PVC預混料按照一定重量比稱取PVC樹脂、熱穩定劑、增塑劑、潤滑劑以及加工助劑，將稱取好的原料倒入高速捏合機中，待物料捏合均勻后出料，出料溫度為80-100°C， 得到PVC預混料；B、密煉按照一定重量比稱取多壁碳納米管、鍍鎳碳纖維，與步驟(a)中制得的PVC預混料一起加入到密煉機中密煉，密煉溫度為130-170°C，密煉時間3-15min，即制備得到具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料。
8.根據權利要求7所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料的制備方法，其特征在于步驟A中所述的出料溫度為90°C。
9.根據權利要求7或8所述的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料的制備方法，其特征在于步驟B中密煉溫度為150-160°C，密煉時間6-10min。
全文摘要
本發明提供了一種具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料及其制備方法，屬于新型材料技術領域。它解決了現有技術中微波吸收性能差，頻率范圍窄的問題。本發明的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料由PVC預混料100份；多壁碳納米管0.5-5份；鍍鎳碳纖維10-50份組成，其中PVC預混料由PVC樹脂100份；熱穩定劑1-5份；增塑劑30-70份；潤滑劑0.5-2份；加工助劑0.1-4份組成。其制備方法包括PVC預混料和密煉。本發明的具有微波吸收特性的聚氯乙烯復合材料原料來源廣泛，價格低廉，該復合材料微波吸收性能好、吸收頻率范圍寬，其生產工序簡捷，適應于工業化生產。
文檔編號C08K9/02GK102993603SQ20121050853
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者潘祥江, 盧先鋒, 翟瀅皓, 吳文敬 申請人:寧波先鋒新材料股份有限公司