一種透波抗靜電涂料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，涉及一種能夠同時(shí)滿足抗靜電和透波表面防護(hù)要求的涂料，其制備方法以及在飛機(jī)、通訊、醫(yī)療等抗靜電領(lǐng)域的應(yīng)用，具體涉及一種透波抗靜電涂料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)背景
[0002]靜電是一種客觀的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的方式有多種，如接觸、摩擦、感應(yīng)等。在電子工業(yè)、石油工業(yè)、兵器工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)、航空航天以及軍事等領(lǐng)域，都需要采用靜電防護(hù)技術(shù)來消除靜電危害，減少靜電造成的損失。在靜電防護(hù)技術(shù)中，在產(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)域，要求零部件或產(chǎn)品既要滿足抗靜電要求又要同時(shí)滿足對(duì)電磁波的傳輸性能要求。例如，飛機(jī)在高速飛行時(shí)與空氣強(qiáng)烈摩擦?xí)癸w機(jī)表面產(chǎn)生靜電，如果靜電不能及時(shí)釋放而積累到一定程度就會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，對(duì)無線電通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生干擾，甚至?xí)鹄讚艋蛉急拖?，帶來巨大危害，因此必須?duì)其表面進(jìn)行抗靜電防護(hù)。另一方面，飛機(jī)上的一些設(shè)備需要輻射或接收電磁波，因此抗靜電涂層必須同時(shí)具有良好的透波性能，以減少對(duì)電磁波傳輸效率的影響。除了飛機(jī)外，其他一些應(yīng)用領(lǐng)域如兵器、船艦、通訊、導(dǎo)彈、醫(yī)療等對(duì)產(chǎn)品表面防護(hù)涂層具有同樣的抗靜電和透波性能要求。
[0004]現(xiàn)有的抗靜電涂料中，起抗靜電作用的導(dǎo)電填料主要是金屬粉、導(dǎo)電云母、炭黑、石墨烯、石墨粉、碳納米管等，這些導(dǎo)電填料的導(dǎo)電率較高、損耗較大且長(zhǎng)徑比較小，為了達(dá)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(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，不但額外增加了重量，更導(dǎo)致涂層的損耗增加，因而對(duì)電磁波的反射率增加，大大降低了對(duì)電磁波的傳輸率。根據(jù)大量文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)前應(yīng)用的抗靜電涂層僅能滿足單一的抗靜電要求，不能同時(shí)滿足損耗低、透波性好的性能要求。
[0005]以下列舉了幾個(gè)中國(guó)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(dǎo)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(shí)滿足透波要求。這些專利包括:公開號(hào)為CN1296441C的中國(guó)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(jī)成膜物質(zhì)和溶劑等混合制得;公開號(hào)為CN1147552C的中國(guó)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(dǎo)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(hào)為CN1085927的中國(guó)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(zhì)復(fù)合而成；公開號(hào)為CN104877524A的中國(guó)專利公開了一種耐高溫抗靜電涂料，主要以導(dǎo)電粉、石墨粉、炭黑為導(dǎo)電填料;公開號(hào)為CN104449010A的中國(guó)專利公開了聚合物/石墨烯抗靜電涂料、其制備方法及應(yīng)用，以石墨烯、碳納米管和金屬粉等為導(dǎo)電填料。
[0006]碳纖維、石墨纖維是一種具有長(zhǎng)徑比優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)電填料，但普通碳纖維或石墨化的碳纖維都是電磁波的強(qiáng)反射體，損耗很高，不適合用來制備透波涂層。公開號(hào)為CN104387957A的中國(guó)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(dǎo)電聚合物，添加碳纖維粉以增強(qiáng)涂料的強(qiáng)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(hào)為CN1286931C的中國(guó)專利公開了一種碳纖維導(dǎo)靜電涂料及其制備方法，是將石墨化的短切碳纖維與環(huán)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(qiáng)反射體，可以推測(cè)以上兩個(gè)專利公開的導(dǎo)靜電涂料損耗高、透波性差。公開號(hào)為CN101220535A的中國(guó)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(hào)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(yīng)用。上述兩個(gè)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(jù)專利中公開的數(shù)據(jù)不能制備出能夠同時(shí)滿足抗靜電和良好透波性要求的防護(hù)涂層。
[0007]綜上表明，現(xiàn)有的導(dǎo)電填料和抗靜電涂料都不能滿足一些特殊領(lǐng)域?qū)Ρ砻娣雷o(hù)涂層損耗低、透波性好的性能要求，因此急需開發(fā)一種新型的透波抗靜電涂料及其涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有抗靜電涂料不能同時(shí)兼顧抗靜電和良好透波性的雙重需求的問題。針對(duì)此，本發(fā)明提供了一種透波抗靜電涂料及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明的透波抗靜電涂料兼具抗靜電和良好的透波性，可以應(yīng)用于飛機(jī)、通訊設(shè)備、兵器、導(dǎo)彈、艦艇、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)品或零部件的表面防護(hù)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[ΟΟ?Ο] —種低損耗抗靜電碳纖維，長(zhǎng)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(shù)制得聚丙烯腈纖維；
[0013](2)熱穩(wěn)定化:在空氣或氮?dú)鈿夥罩袑⒉襟E(I)中的聚丙烯腈纖維加熱到250?2800C，熱穩(wěn)定化時(shí)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(shí)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(yīng)用，所述的應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(zhì)，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(yōu)選:機(jī)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(yè)、石油工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)、航空航天、軍事、醫(yī)療中所涉及的產(chǎn)品或設(shè)備表面的應(yīng)用。尤其在飛機(jī)、兵器、船艦、通訊、導(dǎo)彈、醫(yī)療產(chǎn)品或設(shè)備表面的應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)該透波抗靜電涂料以及使用后制備的涂層能夠同時(shí)滿足抗靜電和透波的要求，因此在發(fā)揮靜電防護(hù)作用的同時(shí)，幾乎不影響電磁波的傳輸。將本發(fā)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(jīng)檢測(cè)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(jī)、醫(yī)療設(shè)備等對(duì)靜電防護(hù)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(dǎo)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(shí)滿足抗靜電和透波要求的專用碳纖維，其介電常數(shù)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(shí)要求抗靜電和透波的應(yīng)用領(lǐng)域，如飛機(jī)、兵器、艦艇、通訊、導(dǎo)彈、醫(yī)療等，另外也適用于單一抗靜電要求的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0024](4)本發(fā)明的涂料的制備方法簡(jiǎn)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(shù)頻譜(a)和介電損耗頻譜(b)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]制備透波抗靜電涂料及涂層，步驟如下:<