CN101503534A - 一种电磁屏蔽橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有良好电磁屏蔽性能的橡胶复合材料及其制备方法，该材料具有成本低，电磁屏蔽性能高的特点。该复合材料在橡胶基体中均匀分布着镁合金粒和涂覆有聚苯胺层的铁氧体复合颗粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1～4∶1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒在复合材料中的体积百分比为20～60％；铁氧体复合颗粒由有机外层和内核构成，有机外层为聚苯胺，内核为铁氧体，有机外层厚为2～10μm，铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，铁氧体的尺寸为2～5mm，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1∶9～2∶8；镁合金粒的成分为：2～12％Al，1～5％Zn，0.05～0.5％Cu，0.01～0.05％Sn，余量为Mg，镁合金粒的尺寸为2～5mm。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种含磁体/镁合金粒的橡胶基复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有良好电磁屏蔽性能的橡胶复合材料，属于复合材料技术领域。
二、背景技术
为了有效提高橡胶材料屏蔽外磁场等的干扰，使橡胶材料具有一定的功能性如阻尼性，人们分别提出了一些导电橡胶和阻尼橡胶。
200710039852.1号专利申请提供了一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，该橡胶是在有机硅橡胶基体内填加导电、导磁介质而制成的，所述的导电、导磁介质包括银粉30～70wt％、镍粉0～40wt％、磁粉0～40wt％。该技术保证了有机硅橡胶原有的耐环境性能、力学性能，又能满足宽频段、高屏蔽效能的抗干扰和电磁屏蔽性能要求。但由于使用了大量的银粉和镍粉，使材料的成本大大提高。
三、发明内容
解决问题：
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好电磁屏蔽性能的橡胶复合材料，该材料具有成本低，电磁屏蔽性能高的特点。
本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法，该制备方法生产成本低，适于大批量工业化生产。
技术方案：
一种电磁屏蔽橡胶复合材料，在橡胶基体中均匀分布着镁合金粒和涂覆有聚苯胺层的铁氧体复合颗粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1～4:1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒在复合材料中的体积百分比为20～60％；铁氧体复合颗粒由有机外层和内核构成，有机外层为聚苯胺，内核为铁氧体，有机外层厚为2～10μm，铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，铁氧体的尺寸为2～5mm，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1:9～2:8；镁合金粒的成分为：2～12％Al，1～5％Zn，0.05～0.5％Cu，0.01～0.05％Sn，余量为Mg，镁合金粒的尺寸为2～5mm。
所述橡胶基体为丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。
一种电磁屏蔽橡胶复合材料的制备方法，其特征是：制备步骤如下：
a、将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂质量的55％～66％，加入占羟基丙烯酸树脂质量1.5％～2.5％的混合稀释剂，混合稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯的体积比为2:8～3:7，快速搅拌10～15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料，然后将依次经碱洗、酸洗后干燥的尺寸为2～5mm的铁氧体浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在135～145℃干燥得到铁氧体复合颗粒；其中铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1:9～2:8；氧化铁是Fe2O3；锶铁氧体是SrO·6Fe2O3。
b、然后按照质量百分含量为2～12％Al、1～5％Zn、0.05～0.5％Cu、0.01～0.05％Sn、其余为Mg的配比进行配料，先上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Cu片、纯Zn锭、Sn锭在SF6保护气氛中一起加热熔化，当温度升至715～730℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金，通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；
c、接着在125～135℃条件下对橡胶进行塑炼4～6min后，在橡胶中加入铁氧体复合颗粒和镁合金粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1～4:1，两种颗粒与橡胶的体积比为2:8～6:4，混炼8～12min后，在两种颗粒与橡胶形成的复合体中加入占橡胶质量1.5～3％的硫磺，30～35℃条件下混炼7～10min，接着在150～160℃硫化得到电磁屏蔽橡胶复合材料。
所述橡胶采用丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。
本发明的有益效果：
本发明的电磁屏蔽橡胶复合材料仅使用普通材料镁合金、铁氧体和聚苯胺，避开了贵重的材料，因此成本低。电磁屏蔽是为了消除或抑制电磁场耦合引起的干扰，其基本原理是，采用低电阻值的导体材料，利用电磁波在屏蔽导体表面的反射，以及在导体内部的吸收及传输过程的损耗而产生屏蔽作用。
本发明的电磁屏蔽橡胶复合材料具有高的电磁屏蔽性能，由于橡胶复合材料中有良好的导磁体和导电体。该材料较高的导电性能来自铁氧体表面的导电涂层和镁合金，聚苯胺有类似金属的导电特性，而且镁合金是金属，也具有相当导电率。铁氧体的作用可以抑制高频范围的电磁干扰。
从以上各方面可见，本发明的橡胶复合材料具有成本低、电磁屏蔽性能高、功能多等优点。
四、附图说明
图1为本发明电磁屏蔽橡胶复合材料的电镜组织。
图中，白亮块为镁合金粒，灰色块为铁氧体颗粒，它们沉积在黑色橡胶基体上。
五、具体实施方式
实施例一：
本发明电磁屏蔽橡胶复合材料的制备方法，制备步骤如下：
a、将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂质量的60％，加入占羟基丙烯酸树脂质量2％的混合稀释剂，混合稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯的体积比为2.5:7.5，以800～1200r/min的速度快速搅拌15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料，然后将依次经碱洗、酸洗后的干燥的尺寸为2～5mm的铁氧体浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在140℃干燥得到铁氧体复合颗粒；其中铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1:9，氧化铁是Fe2O3；锶铁氧体是SrO·6Fe2O3。其中碱洗的洗液成分为25g/L的NaOH溶液，处理温度为60℃，处理时间1min左右；酸洗的洗液为15g/L的磷酸二氢铵NH4H2PO4溶液，处理温度为常温，处理时间1min左右。
b、然后按照质量百分含量为10％Al、4％Zn、0.5％Cu、0.04％Sn、其余为Mg的配比进行配料，先上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Cu片、纯Zn锭、Sn锭在SF6保护气氛中一起加热熔化，当温度升至715～730℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金，通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；
c、接着在125℃条件下对丁基橡胶进行塑炼4min后，在橡胶中加入铁氧体复合颗粒和镁合金粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1:1，两种颗粒与丁基橡胶的体积比为6:4，混炼10min后，在两种颗粒与丁基橡胶形成的复合体中加入占丁基橡胶质量2％的硫磺，在32℃条件下混炼10min，接着在155℃硫化得到电磁屏蔽橡胶复合材料。
实施例二：
本发明电磁屏蔽橡胶复合材料的制备方法，制备步骤如下：
a、将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂质量的55％，加入占羟基丙烯酸树脂质量2.5％的混合稀释剂，混合稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯的体积比为3:7，以800～1200r/min的速度快速搅拌10～15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料，然后将依次经碱洗、酸洗后的干燥的尺寸为2～5mm的铁氧体浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在135～145℃干燥得到铁氧体复合颗粒；其中铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，氧化铁和锶铁氧体的体积比为2:8，氧化铁是Fe2O3；锶铁氧体是SrO·6Fe2O3。其中碱洗的洗液成分为25g/L的NaOH溶液，处理温度为60℃，处理时间1min左右；酸洗的洗液为15g/L的磷酸二氢铵NH4H2PO4溶液，处理温度为常温，处理时间1min左右。
b、然后按照质量百分含量为2％Al、1％Zn、0.05％Cu、0.03％Sn、其余为Mg的配比进行配料，先上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Cu片、纯Zn锭、Sn锭在SF6保护气氛中一起加热熔化，当温度升至715～730℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金，通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；
c、接着在130℃条件下对丁苯橡胶进行塑炼4～6min后，在丁苯橡胶中加入铁氧体复合颗粒和镁合金粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为4:1，两种颗粒总体积与丁苯橡胶的体积比为2:8，混炼8～12min后，在两种颗粒与丁苯橡胶形成的复合体中加入占丁苯橡胶质量1.5～3％的硫磺，在30～35℃条件下混炼7～10min，接着在150～160℃硫化得到电磁屏蔽橡胶复合材料。
实施例三：该实施例中的质量百分含量的取值范围，表示原料的可以该含量范围内任取质量，该实施例可以形成多种组合关系。
一种电磁屏蔽橡胶复合材料的制备方法，制备步骤如下：
a、将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂质量的55％～66％，加入占羟基丙烯酸树脂质量.5％～2.5％的混合稀释剂，混合稀释剂为乙酸丁酯与二甲苯按体积比2:8～3:7组成的混合物，以800～1200r/min的速度快速搅拌10～15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料，然后将依次经碱洗、酸洗后的干燥的尺寸为2～5mm的铁氧体浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在135～145℃干燥得到铁氧体复合颗粒；其中铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1:1:9～2:8，氧化铁是Fe2O3；锶铁氧体是SrO·6Fe2O3。其中碱洗的洗液成分为25g/L的NaOH溶液，处理温度为60℃，处理时间1min左右；酸洗的洗液为15g/L的磷酸二氢铵NH4H2PO4溶液，处理温度为常温，处理时间1min左右。
b、然后按照质量百分含量为2～12％Al、1～5％Zn、0.05～0.5％Cu、0.01～0.05％Sn、其余为Mg的配比进行配料，先上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Cu片、纯Zn锭、Sn锭在SF6保护气氛中一起加热熔化，当温度升至715～730℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金，通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；
c、接着在125-135℃条件下对橡胶进行塑炼4～6min后，在橡胶中加入铁氧体复合颗粒和镁合金粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1～4:1，两种颗粒总体积与橡胶的体积比为2:8～6:4，混炼8～12min后，在两种颗粒与橡胶形成的复合体中加入占橡胶质量1.5～3％的硫磺，在30～35℃条件下混炼7～10min，接着在150～160℃硫化得到电磁屏蔽橡胶复合材料。
实验数据：
下表为橡胶复合材料指标参数，其中对比材料为现有技术的产品，产品1—产品4为采用本发明技术所得到的电磁屏蔽橡胶复合材料。
| 合金编号 | 材料类型 | 电磁屏蔽效能/dB(10k-18GHz) |
| 对比材料 | 200710039852.1号专利申请得到的产品，其中：银粉30～70wt％、镍粉0～40wt％、磁粉0～40wt％ | 63.2-71.8 |
| 产品1 | 镁合金粒成分为：2％Al，1％Zn，0.05％Cu，0.03％Sn，其余为Mg，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为4:1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒在复合材料中占的体积百分比为20％。基体为丁苯橡胶。(实施例二制备的产品) | 61.9-76.5 |
| 产品2 | 镁合金粒成分为：10％Al，4％Zn，0.5％Cu，0.04％Sn，其余为Mg，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1:1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒在复合材料中占的体积百分比为25％。基体为丁苯橡胶。 | 68.4-81.2 |
| 产品3 | 镁合金粒成分为：2％Al，1％Zn，0.05％Cu，0.03％Sn，其余为Mg，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为4:1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒二者在复合材料中占的体积百分比为50％。基体为丁基橡胶 | 73.8-87.5 |
| 产品4 | 镁合金粒成分为：10％Al，4％Zn，0.5％Cu，0.04％Sn，其余为Mg，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1:1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒在复合材料中占的体积百分比为60％。基体为丁基橡胶(实施例一制备的产品)。 | 79.5-96.3 |
由上表可见，本发明的电磁屏蔽橡胶复合材料中Al、Cu、Zn等元素含量提高，有利于材料的电磁屏蔽效能的提高，这和这些元素提高镁合金的导电性有关系。但是超出了本发明合金成分的用量范围，合金中的化合物尺寸会变大，因化合物的导电性差，因而使材料导电性降低即电磁屏蔽效能降低。
本发明的电磁屏蔽橡胶复合材料中铁氧体复合颗粒和镁合金粒在橡胶中的体积百分比提高，利于材料的电磁屏蔽效能的提高。铁氧体复合颗粒和镁合金粒的混合物中，镁合金粒比例的提高，利于材料的电磁屏蔽效能的提高。这是因为导电体数量增多利于材料的导电性提高所致。但是如果复合粒含量超出了本发明的含量范围，复合粒数量多而导致橡胶难以均匀包覆在颗粒表面，形成了复合材料大量缺陷，不仅导致材料的力学性能降低，也使材料的导电性下降即电磁屏蔽效能降低。在铁氧体复合颗粒和镁合金粒的混合物中，镁合金粒比例的过高，铁氧体复合颗粒减少，会降低材料在高频范围的抗电磁干扰能力。
Claims (4)
1、一种电磁屏蔽橡胶复合材料，其特征是：在橡胶基体中均匀分布着镁合金粒和涂覆有聚苯胺层的铁氧体复合颗粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1～4:1，铁氧体复合颗粒和镁合金粒在复合材料中的体积百分比为20～60％；铁氧体复合颗粒由有机外层和内核构成，有机外层为聚苯胺，内核为铁氧体，有机外层厚为2～10μm，铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，铁氧体的尺寸为2～5mm，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1:9～2:8；镁合金粒的成分为：2～12％Al，1～5％Zn，0.05～0.5％Cu，0.01～0.05％Sn，余量为Mg，镁合金粒的尺寸为2～5mm。
2、根据权利要求1所述的电磁屏蔽橡胶复合材料，其特征是：所述橡胶基体为丁苯橡胶基体或丁基橡胶基体。
3、一种电磁屏蔽橡胶复合材料的制备方法，其特征是：制备步骤如下：
a、将聚苯胺粉末混入羟基丙烯酸树脂中，聚苯胺粉末占羟基丙烯酸树脂质量的55％～66％，加入占羟基丙烯酸树脂质量1.5％～2.5％的混合稀释剂，混合稀释剂中乙酸丁酯与二甲苯的体积比为2:8～3:7，快速搅拌10～15min后即得到分散均匀的聚苯胺-丙烯酸涂料，然后将依次经碱洗、酸洗后干燥的尺寸为2～5mm的铁氧体浸入聚苯胺-丙烯酸涂料1～3min后捞出，在135～145℃干燥得到铁氧体复合颗粒；其中铁氧体为氧化铁和锶铁氧体的混合物，氧化铁和锶铁氧体的体积比为1:9～2:8；
b、然后按照质量百分含量为2～12％ Al、1～5％Zn、0.05～0.5％Cu、0.01～0.05％Sn、其余为Mg的配比进行配料，将上述配好的纯Al锭、纯Mg锭、纯Cu片、纯Zn锭、Sn锭在SF6保护气氛中一起加热熔化，当温度升至715～730℃时，保温10～15分钟后冷却得到镁合金，通过切削加工方法将镁合金加工成尺寸为2～5mm的镁合金粒；
c、接着在125～135℃条件下对橡胶进行塑炼4～6min后，在橡胶中加入铁氧体复合颗粒和镁合金粒，铁氧体复合颗粒和镁合金粒的体积比为1～4:1，两种颗粒与橡胶的体积比为2:8～6:4，混炼8～12min后，在两种颗粒与橡胶形成的复合体中加入占橡胶质量1.5～3％的硫磺，30～35℃条件下混炼7～10min，接着在150～160℃硫化得到电磁屏蔽橡胶复合材料。
4、根据权利要求3所述的电磁屏蔽橡胶复合材料的制备方法，其特征是：所述橡胶为丁苯橡胶或丁基橡胶。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGSHU NJNU DEVELOPMENT INSTITUTE Free format text: FORMER OWNER: NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY Effective date: 20120816 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 210044 NANJING, JIANGSU PROVINCE TO: 215500 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120816 Address after: 215500 Changshou City South East Economic Development Zone, Jiangsu, Jin Road, No. 8 Patentee after: Changshu Nanjing Normal University Development Research Academy Institute Co., Ltd. Address before: Pukou District of Nanjing City, Jiangsu Province, 210044 disc City Street No. 114 Patentee before: Nanjing University of Information Science and Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201230 Address after: Building 3, No.88, Xianshi Road, high tech Zone, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Changshu Zijin Intellectual Property Service Co.,Ltd. Address before: 215500 8 Jindu Road, Changshou City Southeast Economic Development Zone, Jiangsu Patentee before: CHANGSHU NANJING NORMAL UNIVERSITY DEVELOPMENT RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. |