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哑光黑色PI薄膜的碳系材料着色技术

点击次数:890    发布日期:2019-04-25   本文链接:http://www.pibomo.com/datum/868.html

      碳系着色材料包括碳黑、碳纤维、石墨等,其中碳黑着色力强,只需在树脂中加入少量的碳黑,即可使产品不透光,而且碳黑粒径越小,着色力越强,着色产品的力学性能越好。例如上海树脂合成所在聚酰胺酸树脂中加入质量分数为10%以上的4~5 μm的微米级碳黑,制备了厚度为25~125 μm的黑色PI薄膜,该薄膜不透光或轻微透光,断裂伸长率只有18%~20%,拉伸强度为140~160MPa,电气强度为20~30 MV/m。而在聚酰胺酸中仅添加质量分数为5%以下的粒径为16~47 nm的碳黑,获得透光率低于0.1%的哑光黑色PI 薄膜,所得薄膜的厚度只有12 μm。可见,微米级大颗粒碳黑需添加较大份量才能保证薄膜的遮光性,而且大颗粒碳黑对黑色PI薄膜的力学性能有不利影响,所得薄膜的电气强度也远低于80 MV/m。因此,纳米级碳黑成为大多数研究者和哑光PI薄膜生产厂家的**,纳米级碳黑的加入不仅可以使薄膜获得优异的遮光效果,还能降低因填料的加入导致PI薄膜力学性能下降的影响。
黑色PI薄膜
      现有技术中,一般采用高速剪切、超声分散、球磨、研磨等分散技术分散纳米碳黑浆料。桂林电器科学研究院有限公司采用均质机分散纳米碳黑,采用高速剪切机和超声机分散消光粉和滑石粉等大颗粒无机浆料,然后将分散好的黑色浆料和大颗粒无机浆料与聚酰胺酸树脂混合,制备透光率低于0.01%,光泽度为24~38 GU,拉伸强度高于160 MPa,断裂伸长率大于45%的哑光黑色PI 薄膜。为了继续提高碳黑的分散性,采用基团为-COOH 或-SO3-或聚醚的超分散剂对碳黑表面进行改性。首先将分散剂与碳黑、无水乙醇和去离子水混合、搅拌、烘焙处理得到表面改性后的碳黑,然后加入二甲基乙酰胺溶剂中分散均匀制得黑色浆料,再与聚酰胺酸树脂溶液混合均匀,制得黑色聚酰胺酸树脂,得到的黑色聚酰胺酸树脂经消泡后,流涎、拉伸、高温亚胺化制得黑色聚酰亚胺薄膜。该法制备的黑色聚酰亚胺薄膜拉伸强度为174~199 MPa,断裂伸长率为40%~60%,透光率≤1%,与采用未改性碳黑制备的黑色PI薄膜相比,拉伸强度提高40%,伸长率提高30%,可见光透过率降低40%。此外,还有研究表明碳黑表面的酸性越强,越有利于碳黑的分散。研究结果也论证了这一点,其对碳黑的pH 值进行研究,发现碳黑表面的pH值越低,越有利于碳黑在PAA树脂中的分散,从而提高与树脂的相容性,遮光效果更好。采用pH 为2.5~3.5 的FW200、MA8、MA100R等型号的碳黑得到厚度为12.5 μm的哑光黑色PI薄膜的透光率低于0.1%,而使用pH=8 的XPB235 型和pH=6.5 的2600 型等高pH 值碳黑,得到的薄膜透光率高达12%甚至20%以上。同时,采用均质机对碳黑和0.8 μm的AL-43-L 型α-氧化铝进行均匀分散,然后加入聚酰胺酸树脂中,制得体积电阻率高达1016 Ω·m,光泽度低至3.8 GU的厚度为12.5 μm 的哑光黑色PI薄膜。

      哑光黑色PI薄膜在后续加工制造时,需刻蚀除去钻孔所产生的胶渣后才能进行后续贴胶及电镀。此过程中哑光黑色PI 薄膜容易产生掉色问题,污染后续加工设备。针对此问题,采用氧原子与碳原子质量比≥11%的碳黑经研磨机研磨,再与消光粉浆料、PAA树脂混合,制备哑光黑色PI薄膜,解决了黑色PI薄膜掉色而造成污染设备的问题,提高了产品良率、降低生产成本。

      虽然目前大部分生产厂家均采用碳黑作为哑光黑色PI薄膜的着色剂,但是纳米碳黑作为黑色颜料也存在其固有的缺陷,即会大幅度降低PI 薄膜的绝缘性能。碳黑由碳原子组成,碳原子的排列方式类似石墨,具有导电性,纳米级碳黑网络链堆积紧密,比表面积大,单位质量颗粒多,在聚合物中很容易形成链式导电结构。因此,纳米级碳黑的加入除了使薄膜变黑外,也会降低PI 薄膜的绝缘性,导致其电气强度大幅下降。如果碳黑发生团聚,网络链堆积更为紧密,而且大面积分布不均,不仅会导致电气强度进一步降低,还会造成薄膜各处的电气强度不均匀,使薄膜在后期应用时出现短路等不良现象,直接影响黑色PI薄膜产品的质量。因此,人们提出采用非碳系有机黑染料、无机氧化物以及几种黑色素协同着色的方法制备哑光黑色PI薄膜



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