一种用于塑料的热塑性金属纤维及制备方法技术

本发明专利技术属于填料改性的技术领域，提供了一种用于塑料的热塑性金属纤维及制备方法。该方法将金属纤维预处理后采用高能电子束进行强烈轰击，使金属纤维形成空洞，然后与液体聚合物单体进行超声波辅助混合，使单体进入纤维空洞中，然后引发单体聚合，使生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，即可制得热塑性金属纤维。与传统方法相比，本发明专利技术的制备的金属纤维与塑料的相容性好，分散性佳，热塑性好，在填充改性时添加量大，改性效果佳，力学性能好，导电率高，并且制备过程较为简单，成本低廉，可规模化推广应用。

Thermoplastic metal fiber for plastics and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of filler modification, and provides a thermoplastic metal fiber used for plastics and a preparation method thereof. In this method, the metal fiber is pretreated with high energy electron beam to make a strong bombardment, which makes the metal fiber form holes and then mixed with the liquid polymer monomer to make the monomer into the hollow of the fiber, then initiating the monomer polymerization, so that the generated polymer is firmly embedded in the metal fiber, and the heat can be made. Plastic metal fibers. Compared with the traditional method, the prepared metal fiber has good compatibility with plastic, good dispersibility, good thermal plasticity, high addition amount, good modification effect, good mechanical properties, high conductivity, simple preparation process, low cost and large-scale popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种用于塑料的热塑性金属纤维及制备方法
本专利技术属于填料改性的
，提供了一种用于塑料的热塑性金属纤维及制备方法。
技术介绍
聚合物材料易成型，易加工，耐腐蚀，比强度高，由于具有优良的特性，在新一代材料中的应用受到了极大的重视，但由于其本身电阻率极高，属于绝缘体材料，使其在电子材料领域的应用受到限制，为使其电阻率得到可观规模的下降，并可以广泛应用于能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术中，有关新型的、具有导电性能的聚合物材料研究具有深刻意义。近年来，导电高分子材料的研究和开发一直受到世界各国的普遍重视。根据导电高分子材料的结构，组成及制备工艺的不同，可以将其分为结构型和复合型两大类。结构型导电高分子材料是指高分子本身结构具有导电性或经过化学掺杂后具有导电性的一类高分子材料；而复合型导电高分子材料是指经过物理改性后具有导电性的高分子材料，一般以某种聚合物为基体，加入各种抗静电剂、无机导电填料或亲水聚合物复合而成。而复合型导电高分子材料，以聚合物为母体，填充无机导电填料混配而成。无机导电填料按物质的种类可分为碳、金属、半导体氧化物及它们的复合物，按空间结构分可以是纤维状、片状、粒状和具有特殊三维结构的形状，而按颜色又可分为深色和浅色抗静电材料它既具有导电性，且简单易行，已得到了广泛的应用。但目前，以聚合物为基体的导电性复合材料来说，碳素系填料研究较多，而对金属系填料研究则较少。金属系填料主要有金属纤维、金属粉末、金属合金及其它新型复合填料填充复合型导电高分子材料，其中金属纤维较其他金属填料而言，有较大的长径比和接触面积，因此，在相同的填充量的情况下，金属纤维易形成导电网络，其电导率也较高，应用也更加广泛。纤维填充量对电导率的影响规律与填充炭黑的情形相似，且纤维体积填充量一定时，长径比越大，导电性越好。在纤维与基体复合过程，为避免纤维断裂，注射时宜降低螺杆转速和背压，提高机筒和模具温度，有时为提高分散的均匀性，还需加入适当的加工助剂。在金属纤维填料的研究和应用中，提高其在塑料中的分散性和添加量是主要发展方向。目前国内外在用于塑料的金属填料，尤其是金属纤维填料方面已取得了一定成效。其中乔金樑等人专利技术了一种超细金属纤维的制备方法及其制备的超细金属纤维（中国专利技术专利申请号201310512079.1），制备方法是将熔点不低于聚合物树脂熔点或软化温度的金属粉末填充到聚合物树脂中，当共混物通过挤出机挤出经过挤出机口模时直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维。另外，熊瑞斌等人专利技术了一种金属纤维的制备工艺（中国专利技术专利申请号201310738988.7），包括以下步骤：（1）采用连续电解法在多根金属丝材的表面包覆辅助材料；（2）将多根包覆辅助材料后的金属丝材封装入辅助管材中组成金属复合体，辅助管材的重量百分比组成为：硼或者稀土、碳，余量为铁和不可避免的杂质；（3）将金属复合体在拉丝机上进行多道次拉拔、退火处理，得到金属复合线；（4）以金属复合线为阳极，在酸溶液中进行电解去除包覆的辅助材料和封装的辅助管材，再经过多次去离子水清洗，最后充分烘干，得到金属纤维。可见，现有技术中用于塑料的金属纤维填料与高分子聚合物相容性差，易发生团聚现象，分散不均匀，进而导致填充量小，热塑性差，改性效果不理想，导电性不佳，而传统的通过加入分散剂或其他助剂来改善金属纤维在聚合物中分散性的方法，操作过程复杂，成本较高，并且分散情况依然无显著改善。
技术实现思路
针对这种情况，我们提出一种用于塑料的热塑性金属纤维及制备方法，主要是利用高能电子束对金属纤维击穿，形成空洞，聚合物牢固的嵌入空洞实现聚合物对金属纤维的牢固包覆。通过在金属纤维空洞中形成致密的聚合物层，在加工过程中，金属纤维表面的聚合物层不会脱落，复合材料表现出聚合物的热塑性，能够加大金属纤维的使用量，提高改性效果。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种用于塑料的热塑性金属纤维的制备方法，将金属纤维预处理后采用高能电子束进行强烈轰击，使金属纤维形成空洞，然后与液体聚合物单体进行超声波辅助混合，使单体进入纤维空洞中，然后引发单体聚合，使生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，即可制得热塑性金属纤维，制备的具体步骤如下：（1）将金属纤维浸入丙酮中预处理，然后过滤，并在保护气体制造的限氧氛围中通过高能电子加速器辐照单元，控制一定的辐照剂量，在高能电子束的强烈轰击下，金属纤维被击穿并形成空洞；（2）将步骤（1）带有空洞的金属纤维与液态的聚合物单体按一定的重量份称量，并在超声波清洗机中混合均匀，在超声波辅助作用下，聚合物单体进入到金属纤维的空洞中；（3）向步骤（2）的体系中加入引发剂，通入氮气，然后恒温水浴加热，使金属纤维空洞中的聚合物单体进行本体聚合，生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，从而赋予金属纤维热塑性，显著增加金属纤维在聚合物中的添加量，得到分散状态明显改善的热塑性金属纤维。优选的，步骤（1）所述金属纤维可为不锈钢纤维、碳钢纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维或铁铬铝合金纤维中的至少一种，直径为0.5~3μm，长度为10~50cm。优选的，步骤（1）所述保护气体为氮气、二氧化碳气体或惰性气体中的至少一种组成。优选的，步骤（1）所述辐照吸收剂量为50~80kGy。优选的，步骤（1）所述高能电子辐照的电压为300~500kV。优选的，步骤（2）所述液态的聚合物单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、环氧丙烷或丙烯酸中的一种。优选的，步骤（2）中各原料重量份为，金属纤维40~50重量份、液态单体50~60重量份。优选的，步骤（2）所述超声波辅助混合中，超声波频率为20~40kHz，功率密度为0.4~0.8W/cm2，混合时间为10~20min。优选的，步骤（3）所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯中的一种。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的用于塑料的热塑性金属纤维。以苯乙烯为液态单体，将本专利技术制备的热塑性金属纤维与聚苯乙烯共混改性的金属纤维及聚苯乙烯接枝改性的金属纤维的纤维添加量、熔融指数及Tg进行对比，如表1所示，可见，本专利技术制备的金属纤维在塑料中的分散性好，添加量大，同时具有较好的热塑性能。表1：性能指标添加量（%）熔融指数（g/10min）Tg（℃）共混改性的金属纤维6~150.2~0.3130~150接枝改性的金属纤维12~200.4~0.6120~140本专利技术的金属纤维20~403~5100~110本专利技术提供了一种用于塑料的热塑性金属纤维及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术制备中，通过在金属纤维表面形成致密的聚合物层，显著提高了金属纤维与塑料的相容性，在填充改性时添加量大，分散性好。2.本专利技术的制备的金属纤维表面的聚合物层不会脱落，金属纤维表现出良好的热塑性。3.本专利技术的制备的金属纤维用于塑料填充改性时，改性效果好，力学性能好，导电性能佳。4.本专利技术的制备过程较为简单，成本低廉，可规模化推广应用。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于塑料的热塑性金属纤维的制备方法，其特征在于，将金属纤维预处理后采用高能电子束进行强烈轰击，使金属纤维形成空洞，然后与液体聚合物单体进行超声波辅助混合，使单体进入纤维空洞中，然后引发单体聚合，使生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，即可制得热塑性金属纤维，制备的具体步骤如下：（1）将金属纤维浸入丙酮中预处理，然后过滤，并在保护气体制造的限氧氛围中通过高能电子加速器辐照单元，控制一定的辐照剂量，在高能电子束的强烈轰击下，金属纤维被击穿并形成空洞；（2）将步骤（1）带有空洞的金属纤维与液态的聚合物单体按一定的重量份称量，并在超声波清洗机中混合均匀，在超声波辅助作用下，聚合物单体进入到金属纤维的空洞中；其中，金属纤维40~50重量份、液态单体50~60重量份；（3）向步骤（2）的体系中加入引发剂，通入氮气，然后恒温水浴加热，使金属纤维空洞中的聚合物单体进行本体聚合，生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，得到热塑性金属纤维。

【技术特征摘要】
1.一种用于塑料的热塑性金属纤维的制备方法，其特征在于，将金属纤维预处理后采用高能电子束进行强烈轰击，使金属纤维形成空洞，然后与液体聚合物单体进行超声波辅助混合，使单体进入纤维空洞中，然后引发单体聚合，使生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，即可制得热塑性金属纤维，制备的具体步骤如下：（1）将金属纤维浸入丙酮中预处理，然后过滤，并在保护气体制造的限氧氛围中通过高能电子加速器辐照单元，控制一定的辐照剂量，在高能电子束的强烈轰击下，金属纤维被击穿并形成空洞；（2）将步骤（1）带有空洞的金属纤维与液态的聚合物单体按一定的重量份称量，并在超声波清洗机中混合均匀，在超声波辅助作用下，聚合物单体进入到金属纤维的空洞中；其中，金属纤维40~50重量份、液态单体50~60重量份；（3）向步骤（2）的体系中加入引发剂，通入氮气，然后恒温水浴加热，使金属纤维空洞中的聚合物单体进行本体聚合，生成的聚合物牢固镶嵌在金属纤维中，得到热塑性金属纤维。2.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性金属纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述金属纤维为不锈钢纤维、碳钢纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维或铁铬铝合金纤维中的至少一种，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，贯大为，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51