[发明专利]碳素纤维静电耗散包装材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗静电的包装材料，尤其涉及一种含有碳素纤维的具有稳定静电耗散功能的包装材料及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

在电子行业中，静电是影响半导体、印刷电路板、芯片等电子产品的合格率、可靠性以及制造成本的潜在威胁。静电能够导致物体表面吸附空气中的微粒尘埃，造成电子敏感元器件绝缘性能降低，结构遭到腐蚀或破坏。在一定条件下，这种电荷的积聚还会产生静电放电(ESD)，使电子元器件击穿、损坏。根据全球各地ESD协会的调查分析，全球电子工业的ESD损坏成本达到每年上百亿美元。热塑性树脂是电子行业中常用的一种包装材料，由于它是良好的电绝缘体，因此在制造、运输等过程中极易产生并积累静电。目前常用的控制措施是在热塑性聚合物中填充金属、碳粉、石墨粉等导电颗粒或抗静电剂。抗静电剂大多属于表面活性剂，其分子结构中亲油基与聚合物结合，亲水基面向空气排列在聚合物表面，形成一层“水膜”，成为电荷向空气传导的通路，从而使聚合物材料具有消除静电的效果。然而，抗静电剂往往受环境湿度影响较大，而且易于迁移挥发，抗静电性能不稳定。镍粉、铜粉、银粉等金属质粉末导电填料，尽管导电性好，但却存在易于氧化、比重大、沉降、不便施工等缺点。碳粉和石墨粉虽然也具有良好的导电性，但由于长径比过小，所以必须用量很大才能形成导电通道，这大大影响了产品的外观颜色；另外，由于石墨粉附着力差，对电子元件和环境易造成污染。

公开号为CN1807541A(申请号为200610008067.5)的中国专利公开了一种防静电包装材料，其特点主要是在包装基材表面涂覆或融合至少一层导电聚合物层，所采用的导电聚合物层由碳粉、聚氨酯、添加剂和溶剂构成，涂层耐磨性较差，碳粉容易脱落，防静电效果不理想；公开号为CN1155497A(申请号为96100819.9)的专利公开了新型防潮、防静电包装材料，采用两层复合材料，外层是具有抗静电性的聚合物薄膜基材，内层为柔性导电苯丙乳液涂层，虽然具有防潮功能，但以炭黑和抗静电剂作为导电填料，抗静电性能不稳定；公开号为CN1669094A(申请号为03817125.2)的专利公开了静电消散性热塑性聚合物组合物，以碳纤维和炭黑作导电填料，所选碳纤维的含碳量相对较高(＞90wt.％)、电阻相对较低，而且整个组合物的电阻率对这种碳纤维的添加量非常敏感，因此抗静电性能的可控性较差。公开号为CN1535205A(申请号为02806720.7)的专利公开了适于静电应用的多层包装材料，这种多层结构包括至少一个去静电外层和一个导电芯层，虽然能够较好的防止、去除静电，但这种包装材料制造工艺复杂，成本较高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，表面电阻率可控程度高、抗静电性能稳定的碳素纤维静电耗散包装材料及其制备方法。

本发明所述的碳素纤维静电耗散包装材料，其特征在于，所述包装材料由重量百分比5％～18％的短切碳素纤维或重量百分比1％～20％的磨碎碳素纤维与余量的热塑性聚合物制成；其中所述包装材料的表面电阻率通过调节碳素纤维的用量设定在10⁵～10¹⁰Ω/□。

其中，所述碳素纤维的电阻率为10³～10^-3Ω·cm。所述碳素纤维优选聚丙烯腈基碳素纤维，直径为5～9μm，包括长度为2～6mm的短切碳素纤维或长度为0.1～1mm的磨碎碳素纤维。

上述的碳素纤维静电耗散包装材料中，所述热塑性聚合物是聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯。

其中，所述热塑性聚合物优选聚酰胺66、聚碳酸酯或聚乙烯。

本发明所述碳素纤维静电耗散包装材料的制备方法，其特征在于，取电阻率为10³～10^-3Ω·cm的碳素纤维和热塑性聚合物，以重量百分比计，将5～18％的短切碳素纤维或1～20％的磨碎碳素纤维加入到装有熔融热塑性聚合物的容器中，使纤维单丝在热塑性聚合物中均匀分散，然后注塑到设定的模具中，冷却成型，即得碳素纤维静电耗散包装材料。

上述碳素纤维静电耗散包装材料的制备方法中，所述碳素纤维是聚丙烯腈基碳素纤维，直径为5～9μm，包括长度为2～6mm的短切碳素纤维或0.1～1mm的磨碎碳素纤维。

上述碳素纤维静电耗散包装材料的制备方法中，所述热塑性聚合物是聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯。

其中，所述热塑性聚合物优选聚酰胺66、聚碳酸酯或聚乙烯。