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防电磁干扰高分子复合包装材料

2022-04-29 来源:日照农业机械网

防电磁干扰高分子复合包装材料

摘 要:介绍了三类防电磁干扰高分子复合材料的制作工艺,并对原材料的选用、工艺要求、材料性能做出说明。

关键词:防电磁干扰,制备工艺,复合材料

防电磁干扰高分子复合材料同时具有防静电等防护功能,耐化学腐蚀,封合方式多样,用其作包装材料能满足火炸药、集成电路、电子器件、军工产品对包装材料的特殊要求。防电磁干扰高分子复合材料按制作工艺分为:导电材料复合型、涂层型、镀层型、表面改性型、结构导电聚合物等几类。本文根据研制实践,拟就复合型、涂层型、镀层型的防电磁干扰高分子复合材料的制作工艺作以下论述。

1 复合型导电材料

高分子材料要获得一定的电磁屏蔽功能,需将导电性物质如导电炭黑、导电纤维、金属粉末等以一定比例与热塑性树脂如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)混合,并添加偶联剂、增塑剂、滑爽剂、稳定剂、抗氧剂等多种助剂,经混炼、塑化、造粒,制得复合型导电树脂。

载体树脂选用防潮性能较好、耐低温、易热封,且耐化学品侵蚀的低密度聚乙烯树脂(LDPE);导电性填料选用较经济的油炉法导电炭黑。通过KH—550偶联剂增强树脂与填充剂界面的结合力,将导电炭黑按一定比例(10%一25%),加入LDPE树脂中。助剂的添加要按一定的次序,并充分搅拌均匀。添加剂的选用要注意其协同性、与树脂的相容性及耐久性,且与工艺条件相适应。采用密闭高效混炼设备和双螺杆挤出机造粒成型,该工艺要求压缩段温度在120~140℃;混炼温度、时间根据不同的设备适当调节,尽可能维持较低的加工温度,既保证炭黑分散均匀,又防止其体相结构被破坏。利用复合型导电树脂制备防电磁干扰高分子复合材料常采用以下3种工艺。

1.1 三层(ABC)共挤吹塑一干法复合工艺

将复合型导电树脂加入A面料斗挤出。该工艺要求:适当增加树脂压力;在保证薄膜塑化良好的情况下,适当降低挤出机各区的加热温度;螺杆转速与加热温度匹配;选择合适的吹胀比、牵引比;B、C面料斗选用机械强度较高、滑爽剂含量较少的LDPE和LLDPE树脂(还因导电树脂、LDPE、LLDPE三者的MI接近)。

此薄膜C面经电晕处理,使其润湿张力>38dyn/cm2,与外层材料经干法复合。干法复合按常规的工艺要求即可,在此不作赘述。经干法复合工艺制得防电磁干扰高分子复合材料,A面作为防电磁干扰材料的功能面。

1.2 双面(AB)共挤复合工艺

将导电树脂加入A面料斗挤出。该工艺要求:选择MI值较高(接近7)的导电树脂;适当调节熔体温度接近粘度,防止温度过高发生变质;螺杆转速、加热温度及车速三者相匹配;适当增加树脂压力,减少滤网层数或目数。适当增加挤出薄膜的厚度,以免出现空洞。B面料斗加入涂复级聚乙烯(LDPE)树脂。被加工材料表面涂布聚氨酯粘合剂,经烘箱干燥后与B面复合。选择合适的含固量及涂布辊,使粘合剂干量在2~3g/m2。其它工艺要求同干法复合。

同样以A面作为防电磁干扰功能面。

1.3 干法复合一双面(AB)共挤复合工艺

先用外层基材与聚乙烯薄膜(C)进行干法复合,用制得的复合膜进行如1.2式双面(AB)共挤复合工艺。使挤出之B面与C面复合。由于B、C面属同一类树脂,且B呈熔融状态,经胶辊加压后能牢固地融合在一起。故无需涂布粘合剂,也能获得理想的复合强度。而A面作为防电磁干扰高分子复合材料的功能面。

2 涂层型

涂层型防电磁干扰高分子材料的制备工艺是将金属系、金属氧化物系、导电碳系、复合填料等导电物质制成导电涂料,涂覆于高分子材料表面,形成固化的电磁屏蔽层。

高分子材料选用机械强度好,挺度佳且耐化学腐蚀的双向拉伸聚酯(BOPET)薄膜。导电涂料要求耐摩擦、耐化学品侵蚀,且导电性能持久,通常由基体树脂、导电填料、溶剂和添加剂等组成。基体树脂选用对塑料附着力好、成膜性高且耐化学侵蚀的丙烯酸或纤维素。导电填料则根据产品的颜色、透光率来选择。溶剂选用酯类或酮类,如乙酸乙酯、环已酮。选用TM—200S偶联剂有利于添料与树脂的亲和并提高涂料的附着力和强度。用双组份聚氨酯粘合剂来提高导电涂料的成膜性和与聚酯(PET)薄膜的附着力。固化剂的用量应适当减少,以免影响涂料导电性能的发挥。工艺条件为:导电涂料的固含量在20%~25%范围,涂料粘度在13~19sec(4号伏特杯测),涂布干量2.5~3.5g/m2。设定涂布机干燥箱温度分别为90℃、100℃、85℃,车速80~120m/min,环境相对湿度<70%。导电涂料涂布于聚酯薄膜表面,经干燥箱干燥后,形成固化的电磁屏蔽层。

3 镀层型

要在高分子材料表面形成一层具有电磁屏蔽功能的金属镀层,方法有:电镀、化学镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、热喷镀(涂)等。常见的是真空镀铝工艺。真空镀铝是在真空状态下,将铝金属加热熔融至蒸发,铝原子凝结在高分子材料表面,形成极薄的电磁屏蔽层一铝层。常用的镀铝基材有:聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等薄膜,其表面张力>38dyn/cm2,且需热性能好,含水量低于0.1%,工艺要求:真空度不得低于10-3Pa,以免出现褐色条纹或铝层厚度不均现象;控制好系统张力,开启冷却系统,避免薄膜受热出现拉伸变形;精确控制卷取速度(280~320m/min)、送铝速度 (0.4~0.7m/min,φ2mm铝丝)及蒸发舟加热电流,以获得产品要求的铝层厚度(100?~300?);可预先在薄膜上涂布一定干量的底胶,并充分干燥,再经真空镀铝,可提高铝层与薄膜的结合力。而后在铝膜上涂布一定量的保护树脂,防止铝层氧化变质。注意涂布的树脂不得影响其导电性能的发挥。经此工艺形成的电磁屏蔽层,耐磨擦,且性能持久。

4 性能测试

经委托中国人民解放军总参谋部兵种部静电计量检测站,对以上工艺制作的三类防电磁干扰高分子复合材料进行性能测试,测试结果见表1。 (依据标准CJB2605—96)

表1 3类防电磁干扰高分子复合材料的性能测试

normal align=center>性能

normal align=center>导电材料复合型

normal align=center>涂层型

normal align=center>镀层型

normal align=center>指标要求

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