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CN106906641B - 电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法 - Google Patents

电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法。选用天然优质无机纤维状非金属矿作为基体，加工成超微细纤维粉体，与导电炭黑、超微细石墨粉、丙烷、化工助剂混合。通过高温分解、脱氢、环化、碳化，在纤维粉体表面牢固碳化石墨化一层导电膜，成为粒径0.5um～50um、长径比2:1～100:1、松比0.1g/cm3～1.0g/cm3、体积电阻率0.3Ω.cm～10Ωcm的导电纤维粉体。具有增强、耐磨、耐高温、抗老化、耐化学腐蚀、导电性能不变的性能，同时具有比表面积大、重量轻、纤维搭接密集、导电率高等特点，能与任何树脂等化工原料复合。特别适用于生产军事装备用各种隐形涂料、抗静电、电磁屏蔽性能要求高的产品；也适用于航空航天、高铁汽车、电子电器、塑料橡胶、化工建材领域。

Description

电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电、抗静电、电磁屏蔽材料领域，尤其涉及一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法。
背景技术
随着现代高新技术的发展，军事装备隐形技术的需要，以及电磁波引起的电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题日益严重，不但对电子仪器、设备造成干扰与损坏，影响其正常工作，严重制约我国电子产品和设备的国际竞争力，而且也会污染环境，危害人类健康，另外电磁波泄漏也会危及国家信息安全和军事核心机密的安全。因此，探索绿色环保、高性能导电、抗静电的电磁屏蔽隐身材料，防止电磁波引起的电磁干扰和电磁兼容问题，对于提高电子产品和设备的安全可靠性，提升国际竞争力，防止电磁脉冲武器的打击，确保信息通信系统、网络系统、传输系统、武器平台等的安全畅通，尤其对于生产研发隐形军事装备具有重要的意义。
目前国内所使用的导电、抗静电、电磁屏蔽材料，以及现有民用电取暖产品的导电材料，大多使用价格较高的短切碳纤维，或使用各种金属粉、短切细金属丝与二氧化硅等粉体以及有机化工原料复合而成。由于二氧化硅等粉体本身不导电，比表面积小、比重大，使用过程中金属粉、丝与有机化工原料易发生化学反应而腐蚀老化，进而导致导电率、抗静电、电磁波屏蔽效果下降。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法。本发明具有增强、耐磨、耐高温、抗老化、耐化学腐蚀、导电率不变的性能，同时具有比表面积大、重量轻、纤维搭接密集、导电率高等特点，可与任何树脂及化工原料复合，适用于航空航天、高铁汽车、电子电器、家用电器、环保型太阳能民用取暖产品、塑料橡胶、化工建材等领域，尤其适用于生产军事装备用各种隐形涂料、抗静电、电磁屏蔽性能要求高的产品。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维，其组分按重量百分数配比为：天然优质无机纤维状非金属矿加工的超微细纤维粉体65％～95％、导电炭黑4％～45％、超微细石墨粉1％～1.5％、脱氢剂0.1％～1.0％、炭黑分散剂0.5％～3％；所述导电纤维粒径0.5um～50um、长径比2：1～100：1、松比重0.1g/cm3～1.0g/cm3、体积电阻率0.3Ω·cm～10Ω·cm。
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)制备超细纤维粉体，选用针状硅灰石、纤维状海泡石、陶瓷纤维、玄武岩纤维等天然优质熔点在1500℃以上的无机纤维状非金属矿做为基体，制备粒径0.5um～50um、长径比2:1～100:1、沉降值30ml～150ml的超微细纤维粉体；
(2)将导电炭黑、超微细石墨粉与脱氢剂、炭黑分散剂加热混合，并加入超微细纤维粉体，将混合后的纤维粉体装入螺旋给料机的储料仓内；
(3)将混合后的纤维粉体由螺旋给料机输送至气固混合器内，并与输入的丙烷与惰性气体与之混合；
(4)将混合物输入高温炉旋转炉的石墨管内，丙烷与脱氢剂、炭黑分散剂在惰性气体保护下在200℃～1400℃高温分解、脱氢、环化、碳化，进而将导电炭黑、超微细石墨粉，均匀牢固的碳化石墨化在纤维粉体表面，形成一层导电膜；
(5)将上述混合物冷却提纯，最终制备成电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维。
所述步骤(2)所述超微细纤维粉体重量按百分数配比为65％～95％，导电炭黑重量按百分数配比为4％～45％，超微细石墨粉重量按百分数配比为1％～1.5％，脱氢剂重量按百分数配比为0.1％～1.0％、炭黑分散剂重量按百分数配比为0.5％～3％。所述步骤(3)所述丙烷流量以升计量，每分钟流量20升～500升，惰性气体流量以升计量，每分钟流量30升～550升。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维及其制备方法。本发明选用无机纤维状非金属矿加工的，粒径0.5um～50um、长径比2：1～100：1、沉降值30ml～150ml超微细纤维粉体为基体；所述导电纤维粒径0.5um～50um、长径比2：1～100：1、松比重0.1g/cm3～1.0g/cm3、体积电阻率0.3Ω·cm～10Ω·cm。可耐500℃高温，无氧状态下可耐1400℃高温。本发明具有增强、耐磨、耐高温、抗老化、耐化学腐蚀、导电率不变的性能，同时具有比表面积大、重量轻、纤维连接密集、导电率高等特点，可与任何树脂及化工原料复合，适用于航空航天、高铁汽车、电子电器、家用电器、环保型太阳能民用取暖产品、塑料橡胶、化工建材等领域，尤其适用于生产军事装备用各种隐形涂料、抗静电、电磁屏蔽性能要求高的产品。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维，其组分按重量百分数配比为：天然优质无机纤维状非金属矿加工的超微细纤维粉体65％～95％、导电炭黑4％～45％、超微细石墨粉1％～1.5％，脱氢剂重量按百分数配比为0.1％～1.0％、炭黑分散剂重量按百分数配比为0.5％～3％；所述导电纤维粒径0.5um～50um、长径比2：1～100：1、松比重0.1g/cm3～1.0g/cm3、体积电阻率0.3Ω·cm～10Ω·cm。
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)制备超细纤维粉体，选用针状硅灰石、纤维状海泡石、陶瓷纤维、玄武岩纤维等天然优质熔点在1500℃以上的无机纤维状非金属矿做为基体，制备粒径0.5um～50um、长径比2:1～100:1、沉降值30ml～150ml的超微细纤维粉体；
(2)将导电炭黑、超微细石墨粉与脱氢剂、炭黑分散剂加热混合，并加入超微细纤维粉体，将混合后的纤维粉体装入螺旋给料机的储料仓内；所述超微细纤维粉体重量按百分数配比为65％～95％，导电炭黑重量按百分数配比为4％～45％，超微细石墨粉重量按百分数配比为1％～1.5％，脱氢剂重量按百分数配比为0.1％～1.0％、炭黑分散剂重量按百分数配比为0.5％～3％。
(3)将混合后的纤维粉体由螺旋给料机输送至气固混合器内，并与输入丙烷与惰性气体与之混合；丙烷流量以升计量，每分钟流量20升～500升，惰性气体流量以升计量，每分钟流量30升～550升。
气固混合器外形为扁圆型，内圆设有混合腔，外圆设有多个进气孔。进气孔内口与混合腔相通外口与进气管连接。气固混合器一端面与螺旋给料机出料端外壳固定连接，另一端面与高温炉旋转炉管进料端密封连接。螺旋给料机出料端轴上设有搅拌叶轮，搅拌叶轮插入气固混合器混合腔内形成混合室。
(4)进入混合室内的混合粉体、丙烷、惰性气体，经搅拌混合后输入高温炉旋转炉管中的石墨管内，专用高温炉为电加热，旋转炉管由耐高温材料制成转速可调，旋转炉管内镶有耐高温石墨管。旋转炉管进料端与气固混合器出料口密封连接，出料端与专用冷却装置进口密封连接。
丙烷与脱氢剂、炭黑分散剂在惰性气体保护下在200℃～1400℃高温分解、脱氢、环化、碳化，进而将导电炭黑、超微细石墨粉，均匀牢固的碳化石墨化在纤维粉体表面，形成一层导电膜；
(5)将上述混合物冷却提纯，最终制备成电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维。
冷却装置为立式长方形、循环水冷却，下端进水上端出水。冷却装置上端设有密封盖板，侧面设有进料口。旋转炉管出料口插入冷却装置进料口密封连接，进料口侧面设有观察窗。下端设有出料口，与提纯装置进风管连接。
实施例1：
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维，其组分按重量百分数配比为：天然优质无机纤维状非金属矿加工的超微细纤维粉体70％、导电炭黑30％、超微细石墨粉1.5％、脱氢剂0.8％、炭黑分散剂2.5％；所述导电纤维粒径10um、长径比2:1～10：1、松比重0.14g/cm3、体积电阻率1.4Ω·cm、可耐480℃高温，无氧状态下可耐1390℃高温。
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)制备超细纤维粉体，选用天然优质熔点在1500℃以上的无机针状硅灰石做为基体，制备粒径10um、长径比2:1～10：1的超微细纤维粉体。
(2)将导电炭黑、超微细石墨粉与脱氢剂、炭黑分散剂加热混合，并加入超微细纤维粉体，将混合后的纤维粉体装入螺旋给料机的储料仓内；所述超微细纤维粉体重量按百分数配比为70％，导电炭黑重量按百分数配比为30％，超微细石墨粉重量按百分数配比为1.5％，脱氢剂重量按百分数配比为0.8％、炭黑分散剂重量按百分数配比为2.5％。
(3)将混合后的纤维粉体由螺旋给料机输送至气固混合器内，并与输入丙烷与惰性气体与之混合；所述丙烷流量以升计量，每分钟流量250升，惰性气体流量以升计量，每分钟流量300升。
(4)将混合物输入高温炉旋转炉的石墨管内，丙烷与脱氢剂、炭黑分散剂在惰性气体保护下在200℃～1400℃高温分解、脱氢、环化、碳化，进而将导电炭黑、超微细石墨粉，均匀牢固的碳化石墨化在纤维粉体表面，形成一层导电膜。
(5)将上述混合物冷却提纯，最终制备成电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维。
实施例2：
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维，其组分按重量百分数配比为：天然优质无机纤维状非金属矿加工的超微细纤维粉体80％、导电炭黑20％、超微细石墨粉0.5％、脱氢剂0.3％、炭黑分散剂1.5％；所述导电纤维长径比30：1、松比重0.2g/cm3、体积电阻率0.6Ω·cm,可耐490℃高温，无氧状态下可耐1400℃高温。
一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)制备超细纤维粉体，选用天然优质熔点在1500℃以上的无机纤维状非金属矿针状硅灰石，加工的长径比30:1、沉降值90ml的超微细纤维粉体。
(2)将导电炭黑、超微细石墨粉与脱氢剂、炭黑分散剂加热混合，并加入超微细纤维粉体，将混合后的纤维粉体装入螺旋给料机的储料仓内；所述超微细纤维粉体重量按百分数配比为80％，导电炭黑重量按百分数配比为20％，超微细石墨粉重量按百分数配比为0.5％，脱氢剂重量按百分数配比为0.3％、炭黑分散剂重量按百分数配比为1.5％。
(3)将混合后的纤维粉体由螺旋给料机输送至气固混合器内，并与输入丙烷与惰性气体与之混合；所述丙烷流量以升计量，每分钟流量350升，惰性气体流量以升计量，每分钟流量390升。
(4)将混合物输入高温炉旋转炉的石墨管内，丙烷与脱氢剂、炭黑分散剂在惰性气体保护下在200℃～1400℃高温分解、脱氢、环化、碳化，进而将导电炭黑、超微细石墨粉，均匀牢固的碳化石墨化在纤维粉体表面，形成一层导电膜。
(5)将上述混合物冷却提纯，最终制备成电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维。
本发明具有增强、耐磨、耐高温、抗老化、耐化学腐蚀、导电率不变的性能，同时具有比表面积大、重量轻、纤维搭接密集、导电率高等特点，可与任何树脂及化工原料复合，适用于航空航天、高铁汽车、电子电器、家用电器、环保型太阳能民用取暖产品、塑料橡胶、化工建材等领域，尤其适用于军事装备中生产各种隐形涂料、抗静电、电磁波屏蔽性能要求高的产品。
以上所述，仅举两例本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维，其特征在于，其组分按重量百分数配比为：天然无机纤维状非金属矿加工的超微细纤维粉体65％～95％、导电炭黑4％～45％、超微细石墨粉1％～1.5％、脱氢剂0.1％～1.0％、炭黑分散剂0.5％～3.0％；所述导电纤维粒径0.5um～50um、长径比2：1～100：1、松比重0.1g/cm3～1.0g/cm3、体积电阻率0.3Ω·cm～10Ω·cm；
所述的电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)制备超细纤维粉体，选用针状硅灰石、纤维状海泡石、陶瓷纤维、玄武岩纤维中的一种或几种，天然熔点在1500℃以上的无机纤维状非金属矿做为基体，制备粒径0.5um～50um、长径比2:1～100:1、沉降值30ml～150ml的超微细纤维粉体；
(2)将导电炭黑、超微细石墨粉与脱氢剂、炭黑分散剂加热混合，并加入超微细纤维粉体，将混合后的纤维粉体装入螺旋给料机的储料仓内；
超微细纤维粉体重量按百分数配比为65％～95％，导电炭黑重量按百分数配比为4％～45％，超微细石墨粉重量按百分数配比为1％～1.5％，脱氢剂重量按百分数配比为0.1％～1.0％、炭黑分散剂重量按百分数配比为0.5％～3.0％；
(3)将混合后的纤维粉体由螺旋给料机输送至气固混合器内，并与输入的丙烷、惰性气体混合；
(4)将混合物输入高温炉旋转炉的石墨管内，丙烷与脱氢剂、炭黑分散剂在惰性气体保护下在200℃～1400℃高温分解、脱氢、环化、碳化，进而将导电炭黑、超微细石墨粉，均匀牢固的碳化石墨化在纤维粉体表面，形成一层导电膜；
(5)将上述混合物冷却提纯，最终制备成电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维。
2.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽级无机增强超微细导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中丙烷流量以升计量，每分钟流量20升～500升，惰性气体流量以升计量，每分钟流量30升～550升。
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