CN102206371B - 一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶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再生橡胶复合材料，该复合材料包含再生橡胶，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，再生橡胶和短切碳纤维常温重量份配比为：100∶0.5～11。利用低成本的再生橡胶，短切碳纤维和配合剂制造电磁屏蔽的复合材料，即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，减少了能源消耗。
Description
技术领域
本发明属于电磁屏蔽材料领域，确切地说是一种用于电磁屏蔽的再生橡胶复合材料及该材料的制备方法。
背景技术
由于高分子材料具有良好的电磁屏蔽性能，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。表层导电型电磁屏蔽高分子材料的金属薄复合层或镀层在使用和加工过程中容易剥离，机械性能较差，因此使用较少。填充型复合电磁屏蔽材料如广泛用于EMC领域中的导电橡胶，就是将金属粉、金属纤维等微细导电颗粒，均匀填加在橡胶中，使其具有较好的电磁屏蔽性能。由于使用了银粉、镍粉，使材料的成本加大，不能满足市场的普遍需求。如中国专利L200820172030.0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。该种方法电镀过程易造成污染，工艺复杂，制造成本高，不利于推广应用。
发明内容
本发明为了克服上述技术中的缺陷，提出一种充分利用再生橡胶材料，制造一种电磁屏蔽性能高，制造成本低，制备方法简单，且节约能源的具有电磁屏蔽性能的再生橡胶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再生橡胶复合材料，该复合材料包含再生橡胶，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，再生橡胶和短切碳纤维常温重量份配比为：100∶0.5～11。
废橡胶的处理是当今人们面临的严重问题之一，废橡胶既造成了比塑料污染(白色污染)更难处理的黑色污染，又浪费了宝贵的橡胶资源。而我国是一个橡胶资源相对紧缺的国家，每年橡胶消耗量的50％左右需要进口。因此，废旧橡胶的再生循环利用，对缓解自然资源匮乏，减少环境污染，具有极为深远的积极意义和现实意义。
我国是再生胶生产大国，目前我国所生产的再生胶产量达250万吨/年，再生胶资源丰富。用再生胶替代天然橡胶生产橡胶制品将是一种很好的途径。因此采用再生橡胶生产电磁屏蔽的复合材料将拥有良好的市场前景。
再生橡胶具有以下优点：1)良好的塑性，易与生胶和配合剂混合，节省工时，降低动力消耗；2)收缩性小，能使制品有平滑的表面和准确的尺寸；3)流动性好，易于制作模型制品；4)良好的耐热性、耐老化性、耐油性及耐酸碱性；5)硫化速度快，耐焦烧性好。再生胶与天然橡胶、合成橡胶相比，具有价格低廉的特点。
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(大约0.6％)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。将再生橡胶与短切碳纤维有机的结合起来，利用低成本的再生橡胶，制造电磁屏蔽的复合材料，即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性能及可塑性的优点，制造成本低，减少了能源消耗。
具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料的厚度是0.5mm～15mm。
所述的其他配合剂是硬脂酸、促进剂、硫化剂和石蜡油。所述的再生橡胶包括天然胶再生胶、丁基再生胶、三元乙丙再生胶。
一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料的制备方法，其步骤如下：
(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；
(2)将再生橡胶和短切碳纤维按照常温重量份100∶0.5～11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，先将按上述重量份配比的再生橡胶塑炼，然后加入短切碳纤维和其他配合剂进行混炼，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硬脂酸、促进剂、硫化剂和石蜡油。
所述的再生橡胶包括天然胶再生胶、丁基再生胶、三元乙丙再生胶。
经性能测试，该电磁屏蔽再生橡胶复合材料的拉伸强度为3.45～8.5MPa，在10K～18GHz的条件下，电磁屏蔽效能为56.3～80.7dB。
本发明的优点是：利用低成本的再生橡胶，短切碳纤维和配合剂制造电磁屏蔽的复合材料，即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，减少了能源消耗。
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；在密炼机或开炼机中，先将100重量份的天然胶再生胶塑炼5min，然后按重量份依次加入0.5份硬脂酸、3份短切碳纤维、7.5份石蜡油、1份促进剂和2.5份硫化剂，再进行混炼10min，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155℃×15min，得到制品。
经性能测试，该电磁屏蔽再生橡胶复合材料的拉伸强度为3.45MPa，在10K～18GHz的条件下，电磁屏蔽效能为56.3～68.2dB。
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；在密炼机或开炼机中，先将100重量份的丁基再生胶塑炼5min，然后按重量份依次加入3份硬脂酸、5份短切碳纤维、7.5份石蜡油、5份促进剂和2份硫化剂，再进行混炼10min，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160℃×30min，得到制品。
经性能测试，该电磁屏蔽再生橡胶复合材料的拉伸强度为5.65MPa，在10K～18GHz的条件下，电磁屏蔽效能为63.2～78.4dB。
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；在密炼机或开炼机中，先将100重量份的三元乙丙再生胶塑炼5min，然后按重量份依次加入0.4份硬脂酸、7份短切碳纤维、7.5份石蜡油、1.8份促进剂和1份硫化剂，再进行混炼10min，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160℃×15min，得到制品。
经性能测试，该电磁屏蔽再生橡胶复合材料的拉伸强度为8.5MPa，在10K～18GHz的条件下，电磁屏蔽效能为68.6～80.7dB。
Claims (6)
1.一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料，其特征在于该复合材料包含再生橡胶、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1~3mm，再生橡胶和短切碳纤维按常温重量份配比为：100∶0.5～11；所述的其他配合剂是硬脂酸、促进剂、硫化剂和石蜡油。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料，其特征在于再生橡胶复合材料的厚度是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再生橡胶复合材料，其特征在于所述的再生橡胶包括天然胶再生胶、丁基再生胶、三元乙丙再生胶。
4.一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：
在密炼机或开炼机中，先将按上述重量份配备的再生橡胶塑炼，然后加入短切碳纤维和其他配合剂进行混炼，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；
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再生橡胶复合材料的制备方法，其特征在于所述的其他配合剂是硬脂酸、促进剂、硫化剂和石蜡油。
6.根据权利要求4所述的一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料的制备方法，其特征在于所述的再生橡胶包括天然胶再生胶、丁基再生胶、三元乙丙再生胶。
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