CN101994275B - 一种新型复相电磁屏蔽功能纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电磁屏蔽功能的特种纸技术领域。本发明所述的新型复相电磁屏蔽功能纸，以未脱墨废纸浆纤维为基体，纤维间分散有碳纤维和炭黑，所说的碳纤维是先通过偶联剂改性，然后再加入表面活性剂的改性碳纤维。本发明与现有相关的屏蔽功能纸相比，以办公废纸替代新鲜纸浆或树脂等，符合废物再生利用、低碳节能环保要求；同时无需脱墨工序，保留油墨内有效导电成分炭黑，简化了生产工艺，生产成本大幅降低。碳纤维通过偶联改性处理提高亲水性，再由吐温-80等表面活性剂提高碳纤维与纸浆纤维的分散性；以炭黑加填，提高三维网络的远近程协同导电效应。制得的成纸经测试强度高、电阻率低、低反射、宽频高吸收、定量低、柔软适应性广等。

Description

一种新型复相电磁屏蔽功能纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有电磁屏蔽功能的特种纸技术领域。

背景技术

电磁屏蔽复合材料作为一种新型屏蔽材料，日益受到研究者们的高度重视。与本发明的内容最相似的方法/工艺包括以下几种：

(1)表面敷层型屏蔽材料。通过贴金属箔、化学镀、真空镀、喷涂等方法，对绝缘体表面进行导电处理而达到屏蔽效果。Gao Y等(Appl Surf Sci，2007，253(24)：9470.)制备贴金属箔复合屏蔽材料对于复杂形状则施工操作非常困难。真空镀的成本过高，只能用于小型电子仪器塑料壳体的外表面，不适用于大型屏蔽结构。王群等(安全与电磁兼容，2006，(1)：74.)采用的化学镀法获得厚度均匀导电层的方法，是目前塑料表面金属化用得最多，也是目前唯一不受壳体材料形状及大小限制。溅射镀金也适用于各种塑料，与真空镀金法相比，其镀层金属与塑料的粘附力一般要更强一些，但是设备费用高昂，同样存在真空镀金法的优缺点。喷涂法缺点是金属层和基体之间结合不牢易脱落。

(2)填充复合型屏蔽材料。这类材料是采用导电填料与塑料等成型材料填充复合而成。常用的有金属纤维、碳纤维、镀金属纤维、金属片、金属合金粉等，成型材料常用合成树脂类材料，如聚苯醚、聚碳脂酸、ABS和热塑性聚酯等。解娜等(包装工程，2006，27(1)：10)制备金属纤维填充的复合材料具有较好的电磁屏蔽效果、机械力学性能和导热性能。金属纤维填充复合型屏蔽材料的缺点是在成型过程中易产生缠绕折断，金属纤维的缺点是易被氧化腐蚀、密度大、价格贵等。普通碳纤维用作电磁屏蔽复合材料的填料虽然得到了广泛应用，但其填充量高、屏蔽效果不是很好。

(3)电磁屏蔽纺织品。电磁屏蔽纺织品主要是利用金属纤维与纺织纤维相互包覆，或在一般纺织品表面上镀覆金属物质以制造电磁屏蔽纺织品，具有电磁屏蔽功能。采用不锈钢纤维与其他化学纤维、棉纤维等混纺形成电磁屏蔽织物。但存在金属纤维不易牵伸、细纱粗细节多、混和不匀、断头率高等问题。多层织物中使用金属丝网夹层。该类产品比较笨重，服用性能差，在民用纺织品中较少使用。多离子涂层和金属镀层，这两类涂层产品通常颜色较为单一，因涂层容易脱落，其屏蔽效果耐久性不佳。

(4)纸基电磁屏蔽材料。中国专利申请一种碳纤维屏蔽纸的制备工艺(申请号：200810017905)，是将短切碳纤维和漂白针叶木浆按照一定的比例混合，然后加入分散剂、消泡剂打浆，然后在纸成型器上油压成纸。使用漂白针叶木浆成本高，而且整个屏蔽纸的制备工艺条件苛刻，成纸屏蔽带宽近100kHz-1500MHz，而屏蔽效能低于50dB。

中国专利沥青级碳纤维纸及其制备方法(申请号：96106768)，该发明公开的碳纤维纸是由沥青级碳纤维和纸基材组成。纸基材可以由纤维素纤维和树脂组成，也可以是合成纤维。由于原料中采用了树脂或合成纤维等，不利于环保要求。

中国专利一种复合导电碳纤维纸，该发明是用丙烯腈基碳纤维和其它碳素材料作为原料，采用聚苯胺与常规的聚乙烯醇、水溶性酚醛树脂混合后作为粘合剂，聚苯胺是导电高分子聚合物；以及海藻酸钠与常规分散剂混合使用。需要在通入氮气的情况下进行碳化，碳化温度不低于1000℃，工艺条件相对苛刻，成本高。

中国专利一种碳纤维纸及其制备方法，该发明采用将分散剂、纤维素浆、炭纤维丝混合物打浆形成悬浮液，用常规湿法抄纸技术将悬浮液进行抄纸，将纸在无机催化剂溶液中浸渍，再在粘结剂溶液中浸渍，浸渍后的纸干燥，炭化。该制备过程采用了多次浸渍处理，工艺相对复杂。

纸基电磁屏蔽材料，一方面由于纸基材料是应用最广的包装材料，具有体积轻、柔软、可折叠、易携带、改性后处理容易、应用便捷的特点；另一方面由于该类材料的制备方法尤其是混抄法技术工艺较成熟且成本低廉，使其可用于大型建筑结构的屏蔽，这两个方面促使复相纸基电磁屏蔽材料成为目前最值得开发的电磁屏蔽复合材料。

发明内容

本发明的目的就是克服上述纤维纸基电磁屏蔽材料的缺点，提供一种新型复相电磁屏蔽功能纸，该新型复相电磁屏蔽功能纸，具有强度高、质轻、频带宽、易加工、便携等特点。

为达上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种新型复相电磁屏蔽功能纸，其特点是以未脱墨废纸浆纤维为基体，纤维间分散有碳纤维和炭黑，其中碳纤维的重量为20～40％，炭黑的重量为5-10％。

上述的新型复相电磁屏蔽功能纸，优选的方案是：所说的碳纤维是先通过偶联剂改性提高了亲水性，然后再加入表面活性剂提高其与纸浆纤维的分散性的改性碳纤维。所用的表面活性剂包括吐温-80、十六烷基三甲基氯化铵、CPAM和十二烷基硫酸钠，优选吐温-80和CPAM复配。

上述的新型复相电磁屏蔽功能纸，在满足屏蔽要求的同时，纸张的定量范围在60-80g/m²、厚度在0.2-0.3mm即可，跟现有同类型的纸张相比具有强度高、质轻的特点。

本发明的新型复相电磁屏蔽功能纸，直接以废纸浆纤维为基体，填充碳纤维和炭黑为导电粒子。加填炭黑，提高了三维网络的远近程协同导电效应；短切碳纤维的偶联改性和分散处理，使得碳纤维、炭黑和二次纸浆纤维均匀分散相，形成三维导电网络结构的纸质电磁屏蔽材料。

所述新型复相电磁屏蔽功能纸的制备方法，该方法是将碳纤维和炭黑按比例与未脱墨废纸浆混合制成成纸浆，然后按常规的湿法成型抄纸即可。

上述新型复相电磁屏蔽功能纸的制备方法，优选的技术方案是：所说的成纸浆的叩解度为40-50°SR，储浆纤维浓度控制在3-5％。所说的碳纤维还经过偶联改性和分散处理，具体步骤是：先将硅烷偶联剂溶于有机溶剂后加入碳纤维，混合均匀，升温至60-90℃进行偶联反应；再将改性的碳纤维调节pH＝9-11，加入表面活性剂，搅拌均匀。

本发明的有益效果：

本发明的新型复相电磁屏蔽功能纸与现有相关的屏蔽功能纸相比，以办公废纸替代新鲜纸浆或树脂等，成本低，符合废物再生利用、低碳节能环保要求；同时无需脱墨工序，保留油墨内有效导电成分炭黑，简化了生产工艺，生产成本大幅降低。碳纤维通过偶联改性处理提高亲水性，再由吐温-80等表面活性剂提高碳纤维与纸浆纤维的分散性；以炭黑加填，提高三维网络的远近程协同导电效应。制得的成纸经测试强度高、电阻率低、低反射、宽频高吸收、定量低、柔软适应性广等。

本发明的新型复相电磁屏蔽功能纸可广泛应用于电子仪器的屏蔽包装，贴在物体表面作成具有电磁屏蔽功能的罩壳，及作为电磁屏蔽墙纸材料等的电磁屏蔽纸。

具体实施方式

本发明所述的新型复相电磁屏蔽功能纸的优选抄造技术条件之一：

1、纸浆原材料选用办公废纸，撕成25mm×25mm的碎块，在水中浸泡60min，然后采用15％高浓碎浆机碎浆30-60min，叩解度为(40-50)°SR，储浆纤维浓度控制在3-5％；

2、短切碳纤维偶联改性处理。将硅烷偶联剂溶于有机溶剂(乙醇或丙酮)，配成质量分数为20％的溶液，然后以超声波分散10min，室温下加入碳纤维，混合均匀后再超声波处理30-60min，最后升温至60-90℃进行偶联反应，粒子烘干备用。

3、改性碳纤维先经碱性pH＝9-11预浸泡30-60min，配成1％浓度；加入0.3-0.6％的吐温-80和CPAM表面活性剂，搅拌均匀。

4、向未脱墨废纸浆中加入其质量百分比20～40％碳纤维、5-10％炭黑混合，在疏解机中使混合浆体分散均匀；

5、将分散好的混合浆体调节至浓度为0.5-1％后在纸页成型器中抄片，湿纸页在油压机3MPa下压榨60～120s，95-105℃下真空干燥3～5分钟。

实施例1：

取碎浆后40°SR办公废纸纤维75份，用水稀释到浓度1.0％。

取改性后碳纤维30份，用水稀释到浓度1.0％，调节pH＝10浸泡30min，加入0.3％吐温-80和0.3％CPAM表面活性剂，搅拌均匀。

将上两者溶液混合，并加入5份炭黑，搅拌均匀。

再将上述混合体浓度稀释到0.2％，经由抄片器湿法脱水成型，湿纸页在油压机3MPa下压榨90s，100℃下真空干燥4分钟。

纸张各项物理性能指标的检测，在测试试样载取的尺寸，仪器的操作方法，结果的计算等均按照国家标准方法进行。

导电性能检测：将得到的手抄片截取宽为1.5cm，长度为4cm样条，采用SZT-2四探针测试仪测定纸张的电阻，体积电阻率计算公式为：ρ＝R.s/l。

电磁性能检测：采用FY800织物防电磁辐射性能测试仪，测量范围100k-1.5G HZ。

纸张性能指标为：撕裂指数＞2.5mN·m²/g，抗张指数＞35N·m/g，屏蔽效能400MHz-1.2GHz范围的屏蔽效能＞35dB，体积电阻率＜0.15Ω·cm。

实施例2：

取碎浆后50°SR办公废纸纤维60份，用水稀释到浓度1.0％。

取改性后碳纤维20份，用水稀释到浓度1.0％，调节pH＝10浸泡30min，加入0.3％吐温-80和0.3％CPAM表面活性剂，搅拌均匀。

将上两者溶液混合，并加入5份炭黑，搅拌均匀。

再将上述混合体浓度稀释到0.3％，经由抄片器湿法脱水成型，湿纸页在油压机3MPa下压榨80s，105℃下真空干燥3分钟。

纸张性能指标为：撕裂指数＞2.8mN·m²/g，抗张指数＞40N·m/g，屏蔽效能500MHz-1.0GHz范围的屏蔽效能＞30dB，体积电阻率小于＜0.20Ω·cm(测试方法同上)。

Claims (7)

1.一种复相电磁屏蔽功能纸，以未脱墨废纸浆纤维为基体，纤维间分散有碳纤维和炭黑，所说的碳纤维是先通过偶联剂改性，然后再加入表面活性剂的改性碳纤维，炭黑的重量为未脱墨废纸浆的5-10％，所述碳纤维的重量为未脱墨废纸浆的20～40％；所述复相电磁屏蔽功能纸的制备方法是将碳纤维和炭黑按比例与未脱墨废纸浆混合制成成纸浆，然后按常规的湿法成型抄纸即可。

2.如权利要求1所述的复相电磁屏蔽功能纸，其特征在于：所说的偶联剂为硅烷偶联剂。

3.如权利要求1所述的复相电磁屏蔽功能纸，其特征在于：所说的表面活性剂包括吐温-80、十六烷基三甲基氯化铵、CPAM和十二烷基硫酸钠。

4.如权利要求1所述的复相电磁屏蔽功能纸，其特征在于：纸张的定量范围为60-80g/m²，厚度为0.2-0.3mm。

5.权利要求1-4所述的任一复相电磁屏蔽功能纸的制备方法，该方法是将碳纤维和炭黑按比例与未脱墨废纸浆混合制成成纸浆，然后按常规的湿法成型抄纸即可。

6.如权利要求5所述的复相电磁屏蔽功能纸的制备方法，其特征在于：所说的成纸浆的叩解度为40-50°SR，储浆纤维浓度为3-5％。

7.如权利要求5所述的复相电磁屏蔽功能纸的制备方法，其特征在于：所说的碳纤维经过偶联改性和分散处理，具体是先将硅烷偶联剂溶于有机溶剂后加入碳纤维，混合均匀，升温至60-90℃进行偶联反应；再将改性的碳纤维调节pH＝9-11，加入表面活性剂，搅拌均匀。