CN102206365A - 一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料,该胶粉复合材料包含胶粉、短切碳纤维和配合剂,所述的短切碳纤维直径为3~10μm,其长度为1~5mm,胶粉的粒度为10~120目,胶粉和短切碳纤维常温重量份配比为:100∶0.5~9。利用低成本的胶粉,短切碳纤维和配合剂制造电磁屏蔽的复合材料,既具有短切碳纤维优良的电磁波吸收性能,又具有橡胶材料优良的物理机械性能,电磁屏蔽性能高,制备方法简单;制造成本低,特别是对废旧橡胶的利用更加降低了成本,减少了环境污染和能源消耗。

Description

一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁屏蔽材料领域,确切地说是一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料及其制备方法
背景技术
电磁波辐射产生的电磁干扰不仅会影响各种电子设备的正常运行,而且对于长期处于电磁波辐射环境中人的身心健康会造成严重的损害。因此开发电磁屏蔽性能高,制造成本低,制备方法简单的电磁屏蔽高分子材料是十分必要的。中国专利ZL200820172030.0公开了“一种复合电磁屏蔽橡胶”技术,是采用双层复合或多层复合的方式,由装饰橡胶和具有电磁屏蔽性能的功能橡胶复合而成。功能橡胶由硅橡胶、硅氟橡胶或三元乙丙橡胶添加银粉、镀银铝粉、镀银玻璃微珠、镀银铜粉、镀银镍粉等具有电磁屏蔽作用的粉状物组成。该方法工艺复杂,制造成本高,不适合大批量生产。中国专利200910068462.6公开了“三维编织镀镍碳纤维与环氧树脂电磁屏蔽复合材料及制备方法”,提出将碳纤维电镀镍金属后,进行三维四向编织,然后采用树脂传递模塑工艺(RTM),将镀镍碳纤维的编织体与环氧树脂复合,制备出电磁屏蔽复合材料。为了达到屏蔽效果,将碳纤维进行了表面改性(活性化处理、镀金属),并且进行编织,以促进导电网络的形成。该种方法同样工艺复杂,制造成本高,且电镀过程易造成污染。
发明内容
本发明为了克服上述技术中的缺陷,提出一种充分利用废旧橡胶的胶粉,制造一种电磁屏蔽性能高,制造成本低,制备方法简单的用于电磁屏蔽的胶粉复合材料及其制备方法。
本发明目的是由以下技术方案实现的:一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料,该胶粉复合材料包含胶粉、短切碳纤维和配合剂,所述的短切碳纤维直径为3~10μm,其长度为1~5mm,胶粉的粒度为10~120目,胶粉和短切碳纤维常温重量份配比为:100∶0.5~9。
胶粉是指废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的粉末状橡胶材料。广泛用于体育塑胶运动场、游乐场、橡胶地砖、防水卷材、防水涂料、公路改性沥青、橡胶制品等领域。胶粉可以单独使用制作制品,也可以与其它的橡胶并用,可以生产各种橡胶制品。胶粉的生产过程及生产工艺比再生胶更简单,成本更低。
短切碳纤维在橡胶基体中的行为类似于偶极子,在电磁场作用下,产生极化耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,这样电磁波能量转换为其它形式的能量,短切碳纤维橡胶复合材料对电磁波表现为吸波性。短切碳纤维含量的变化意味着谐振子间的距离发生了变化,从而使其对电磁波的作用呈现出多重效应:当含量较低时,各振子间的相互作用较弱,各独立谐振子间靠阻抗相互联系,各偶极对电磁波吸收叠加的结果使吸收峰增大;当短切碳纤维含量增加到一定程度时,相互靠近的振子间电力线相互排斥,电场相互叠加,显示出强电磁波反射特性。随着短切碳纤维掺量的增加,短切碳纤维橡胶复合材料逐渐具有导体特性,对电磁波反射率增加,短切碳纤维掺量达到一定值时,短切碳纤维橡胶复合材料由电磁波吸收性能向反射性能转变。将具有导电性能的短切碳纤维掺入胶粉材料中制备复合材料,具有较好的电磁屏蔽性能。因为掺入的短切碳纤维改变了橡胶材料的复相磁导率和相对介电参数,提高了对电磁波的反射能力。
由于我国橡胶资源十分匮乏,废旧橡胶的再生循环利用,对缓解橡胶资源的短缺意义重大。以胶粉替代橡胶,在保证产品质量的前提下,可以节省大量的成本,更重要的是它一方面可以代替橡胶,缓解了橡胶资源的严重不足;另一方面使废旧橡胶实现了回收再利用,解决了废旧橡胶污染环境的问题,减少了对水和空气的污染,保护了环境,必将拥有巨大的社会需求和市场前景。
具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料的厚度是0.5mm~15mm。
所述的其他配合剂是软化剂、促进剂和硫化剂。
一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料的制备方法,其过程如下:
(1)将短切碳纤维在打浆机中充分分散,分散液进行抽滤并充分干燥,成短切分散的碳纤维单丝,其纤维直径为3~10μm,长度为1~5mm;胶粉的粒度为10~120目;
(2)将胶粉和短切碳纤维按照常温重量份100∶0.5~9的比例配备,其它配合剂用量按常规方法配备;
(3)在密炼机或开炼机中加入按上述重量份配比的胶粉,再加入短切碳纤维和配合剂进行混炼,混炼均匀后压片,得到混炼胶,将混炼胶在室温下停放24小时;
(4)硫化成厚度为0.5mm~15mm的片材。
所述的其他配合剂是软化剂、促进剂和硫化剂。
经性能测试,该电磁屏蔽胶粉复合材料的拉伸强度为4.45~5.6MPa,在10K~18GHz的条件下,电磁屏蔽效能为48.1~74.7dB。
本发明的优点是:利用低成本的胶粉,短切碳纤维和配合剂制造电磁屏蔽的复合材料,既具有短切碳纤维优良的电磁波吸收性能,又具有橡胶材料优良的物理机械性能,电磁屏蔽性能高,制备方法简单;制造成本低,特别是对废旧橡胶的利用更加降低了成本,减少了环境污染和能源消耗。
具体实施方式
实施例1
将短切碳纤维在打浆机中充分分散,分散液进行抽滤并充分干燥,得到短切分散的碳纤维单丝,纤维直径为3μm,其长度为1mm;胶粉的粒度为30目,在密炼机或开炼机中加入100重量份的胶粉,按重量份加入10份软化剂,混炼5min,然后依次加入3份短切碳纤维、0.74份促进剂和2份硫磺,再进行混炼20min,混炼均匀后压片,得到混炼胶。将混炼胶在室温下停放24小时,然后在50T平板硫化机上硫化成型,硫化条件为140℃×20min,得到制品。
经性能测试,该电磁屏蔽胶粉复合材料的拉伸强度为4.45MPa,在10K~18GHz的条件下,电磁屏蔽效能为48.1~56.2dB。
实施例2
将短切碳纤维在打浆机中充分分散,分散液进行抽滤并充分干燥,得到短切分散的碳纤维单丝,纤维直径为6μm,其长度为3mm;胶粉的粒度为60目,在密炼机或开炼机中加入100重量份的胶粉,按重量份加入10份软化剂,混炼5min,然后依次加入5份短切碳纤维、0.74份促进剂和2份硫磺,再进行混炼20min,混炼均匀后压片,得到混炼胶。将混炼胶在室温下停放24小时,然后在50T平板硫化机上硫化成型,硫化条件为140℃×20min,得到制品。
经性能测试,该电磁屏蔽胶粉复合材料的拉伸强度为4.86MPa,在10K~18GHz的条件下,电磁屏蔽效能为55.3~68.4dB。
实施例3
将短切碳纤维在打浆机中充分分散,分散液进行抽滤并充分干燥,得到短切分散的碳纤维单丝,纤维直径为10μm,其长度为5mm;胶粉的粒度为100目,在密炼机或开炼机中加入100重量份的胶粉,按重量份加入10份软化剂,混炼5min,然后依次加入7份短切碳纤维、0.74份促进剂和2份硫磺,再进行混炼20min,混炼均匀后压片,得到混炼胶。将混炼胶在室温下停放24小时,然后在50T平板硫化机上硫化成型,硫化条件为140℃×20min,得到制品。
经性能测试,该电磁屏蔽胶粉复合材料的拉伸强度为5.6MPa,在10K~18GHz的条件下,电磁屏蔽效能为63.5~74.7dB。

Claims (5)

1.一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料,其特征在于该胶粉复合材料包含天然橡胶,短切碳纤维和配合剂,所述的短切碳纤维直径为3~10μm,其长度为1~5mm,胶粉的粒度为10~120目,胶粉和短切碳纤维常温重量份配比为:100∶0.5~9。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料,其特征在于复合材料的厚度是0.5mm~15mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料,其特征在于所述的其他配合剂是软化剂、促进剂和硫化剂。
4.一种具有电磁屏蔽性能的天然橡胶复合材料的制备方法,其特征在于:
(1)将短切碳纤维在打浆机中充分分散,分散液进行抽滤并充分干燥,成短切分散的碳纤维单丝,其纤维直径为3~10μm,长度为1~5mm;
(2)将粒度为10~120目的胶粉和短切碳纤维按照常温重量份100∶0.5~9的比例配备,其它配合剂用量按常规方法配备;
(3)在密炼机或开炼机中加入按上述重量份配比的胶粉,再加入短切碳纤维和配合剂进行混炼,混炼均匀后压片,得到混炼胶,将混炼胶在室温下停放24小时;
(4)硫化成厚度为0.5mm~15mm的片材。
5.根据权利要求4所述的一种具有电磁屏蔽性能的胶粉复合材料的制备方法,其特征在于所述的其他配合剂是软化剂、促进剂和硫化剂。
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