CN103304888A

CN103304888A - 一种电磁屏蔽聚丙烯复合材料及其制备方法和用途

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Publication number: CN103304888A
Application number: CN2012100560610A
Authority: CN
Inventors: 姚寅芳
Original assignee: Shanghai Genius Advanced Materials Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Genius Advanced Materials Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: CN103304888B

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。该聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯100份，石墨2-25份，磁性颗粒0.02-0.25份，偶联剂0.5-5份，碳纤维2-15份。本发明制备方法简单，可实现材料的大规模制备，材料不仅具有良好的加工性能，还具有一定的电磁屏蔽性能，可有效代替金属原料生产零件或外壳。

Description

一种电磁屏蔽聚丙烯复合材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着科学技术的发展，人类在生产以及日常生活中使用的电子电气设备越来越多，这些电子电气设备都会产生或多或少的电磁辐射，影响人类的身体健康。尤其是近年随着城市人口的迅速增加，汽车，电器等大量设备进入家庭生活，因此大力发展具有电磁屏蔽性能的材料势在必行。

目前，市场上使用的电磁屏蔽材料大都是以金属材料为原料制成，传统的金属材料Cu、Ag、Fe、Ni等由于具有良好的导磁性，成为最初研究电磁屏蔽材料的首选，但这类材料存在密度大、易腐蚀、不易加工、造价昂贵等确定，因而逐渐被一些复合材料所替代，这类复合材料通常以绝缘高聚物为主要物质，以具有良好导磁性能的微粒为填充剂，混合加工后成型为电磁屏蔽材料。

发明内容

本发明目的在于制备一种具有良好力学性能和电磁屏蔽性能的聚丙烯/石墨/磁粉/碳纤维复合材料，从而代替生产配件或家用电器等的外壳材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明制备出具有电磁屏蔽性能的聚丙烯复合材料，不仅能有效的吸收和衰减电磁辐射，还可降低生产成本，提高生产率；此外，相比金属材料，高分子复合材料具备优异的耐酸碱腐蚀的优点。

一种聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成：

聚丙烯 100份，

石墨 2～25份，

磁性颗粒 0.02～0.25份，

偶联剂 0.5～5份，

碳纤维 2～15份。

所述的聚丙烯的等规度为60～96％。

所述的石墨为天然鳞片石墨，粒径为500～600微米，含碳量大于99％。

所述的磁性颗粒为Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe₃C或Fe₇C₃中的一种或一种以上。

所述的石墨与磁性颗粒的重量份之比为100∶1。

所述的偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷或马来酸酐中的一种或一种以上。

所述的碳纤维为短切碳纤维，直径为2～9微米，长度为2～6mm。

一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将石墨预处理制成膨胀石墨，预处理磁性颗粒，使磁性颗粒均匀分散，按上述比例称取各组分原料，；

(2)将膨胀石墨、磁性颗粒、聚丙烯和偶联剂同时加入到高速混合机中，充分搅拌，混合均匀；

(3)将步骤(2)所得混合物与碳纤维置于密炼机中，混炼，出料，即得到聚丙烯复合材料。

所述的步骤(1)中，膨胀石墨的制备方法为：将石墨加入到浓硫酸和浓硝酸混合液中，其中浓硫酸与浓硝酸的重量比值范围是1.5～6，混合酸溶液与石墨的重量比值范围是1.5～5，浸泡19～32h，经过洗涤，干燥处理，将石墨置于800～1200℃的马弗炉中加热15s～50s，石墨将迅速膨化，从而得到膨胀系数为100倍以上的膨胀石墨。

所述的步骤(1)中，将磁性颗粒放入含有1.5～3.5％(体积分数)硅烷的乙醇溶液中分散30～60min，取出并烘干，备用，其中硅烷的乙醇溶液与磁性颗粒的重量比值范围是1∶5～1∶50。

所述的步骤(2)中搅拌时间为8min～25min。

所述的步骤(3)中，混炼温度为190°～260℃，混炼时间为5～10min。

一种上述聚丙烯复合材料用作电磁屏蔽材料的用途

本发明的优点在于：

(1)本发明制备方法简单，可实现材料的大规模制备，材料不仅具有良好的加工性能，还具有一定的电磁屏蔽性能，可有效代替金属原料生产零件或外壳；

(2)本发明在材料制备中加入碳纤维对基体聚丙烯起增强作用，同时，由于碳纤维本身也具有良好的导电性能，因此，碳纤维可以与膨胀石墨形成较好的导电网络，从而提升复合材料电磁屏蔽性能；

(3)将磁性颗粒在含有硅烷的乙醇溶液中进行分散，使磁性颗粒表面附着一定硅烷，硅烷具有一定偶联作用，从而使磁性颗粒与膨胀石墨，聚丙烯更充分的混合。

(4)磁性颗粒的加入使得复合材料比一般的石墨复合材料具有更好的磁性能，磁性颗粒的加入使复合材料拥有良好的磁性质，从而有效的提高复合材料的电磁屏蔽性能。

具体实施方式

下面以实施例进一步说明本发明。

下列实施例中：

膨胀石墨的制备方法为：将石墨加入到浓硫酸和浓硝酸混合液中，其中浓硫酸与浓硝酸的重量比值范围是1.5～6，混合酸溶液与石墨的重量比值范围是1.5～5，浸泡19～32h，经过洗涤，干燥处理，将石墨置于800～1200℃的马弗炉中加热15s～50s，石墨将迅速膨化，从而得到膨胀系数为100倍以上的膨胀石墨。

磁性颗粒的预处理为：将磁性颗粒放入含有1.5～3.5％(体积分数)硅烷的乙醇溶液中分散30～60min，取出并烘干，备用，其中硅烷的乙醇溶液与磁性颗粒的重量比值范围是1∶5～1∶50。

石墨为天然鳞片石墨，粒径为500～600微米，含碳量大于99％。

实施例1

将100份等规度60％聚丙烯，2份膨胀石墨，0.02份处理好的磁性颗粒Fe₂O₃，0.5份乙烯基硅烷同时加入到高速混合机中，搅拌8min，使复合材料得到充分的预共混；

将2～15重量份的碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料即可得到具有一定强度的电磁屏蔽复合材料。

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达12.3dB。

实施例2

将100份等规度70％聚丙烯，4份膨胀石墨，0.04份处理好的磁性颗粒Fe₃O₄，1份氨基硅烷同时加入到高速混合机中，搅拌10min，使复合材料得到充分的预共混；

将2份碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料；

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达14.5dB。

实施例3

将100份等规度75％聚丙烯，8份膨胀石墨，0.08份处理好的磁性颗粒Fe3C，1.5份环氧基硅烷偶联剂，同时加入到高速混合机中，搅拌12min，使复合材料得到充分的预共混；

将5份碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料；

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达16.7dB。

实施例4

将100份等规度80％聚丙烯，10份膨胀石墨，0.1份处理好的磁性颗粒Fe₇C₃，2份甲基丙烯酰氧基硅烷同时加入到高速混合机中，搅拌15min，使复合材料得到充分的预共混；

将8份碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料；

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达23.8dB。

实施例5

将100份等规度86％聚丙烯，15份膨胀石墨，0.15份处理好的磁性颗粒Fe7C3，3份马来酸酐同时加入到高速混合机中，搅拌18min，使复合材料得到充分的预共混；

将10份碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料；

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达31.5dB，即达到30dB，可以用于普通家装的电磁屏蔽。

实施例6

将100份等规度90％聚丙烯，20份膨胀石墨，0.2份处理好的磁性颗粒Fe3C，4份马来酸酐同时加入到高速混合机中，搅拌21min，使复合材料得到充分的预共混；

将12份碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料；

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达41.8dB，即达到30dB，可以用于普通家装的电磁屏蔽。

实施例7

将100份等规度96％聚丙烯，25份膨胀石墨，0.25份处理好的磁性颗粒Fe₃O₄，5份甲基丙烯酰氧基硅烷同时加入到高速混合机中，搅拌25min，使复合材料得到充分的预共混；

将15份碳纤维与前面的复合材料混合物置于密炼机中，在190°～260°下混炼5～10min，出料；

用模具制备厚度为3mm的复合材料样品，测得其在150MHz～1.5GHz的频率范围内，最大屏蔽效果达45.6dB，即达到30dB，可以用于普通家装的电磁屏蔽。

对比例1

在190°～260°下混炼5～10min，出料即可得到具有一定强度的电磁屏蔽复合材料。

表1为实施例1及对比例1中制备的不同碳纤维含量的聚丙烯复合材料的性能。

表1

由上表可以看出，随着碳纤维含量的增加，复合材料的力学性能呈显著上升；而随着膨胀石墨和磁性颗粒含量的增加，复合材料的电磁屏蔽效果也呈显著上升。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组分制成：

聚丙烯 100份，

石墨 2～25份，

磁性颗粒 0.02～0.25份，

偶联剂 0.5～5份，

碳纤维 2～15份。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯的等规度为60～96％。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的石墨为天然鳞片石墨，粒径为500～600微米，含碳量大于99％。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的磁性颗粒为Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe₃C或Fe₇C₃中的一种或一种以上；

或所述的石墨与磁性颗粒的重量份之比为100∶1。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷或马来酸酐中的一种或一种以上。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的碳纤维为短切碳纤维，直径为2～9微米，长度为2～6mm。

7.一种权利要求1-6中任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)将石墨预处理制成膨胀石墨，预处理磁性颗粒，使磁性颗粒均匀分散，按权利要求1所述的比例称取各组分原料；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，膨胀石墨的制备方法为：将石墨加入到浓硫酸和浓硝酸混合液中，其中浓硫酸与浓硝酸的重量比值范围是1.5～6，混合酸溶液与石墨的重量比值范围是1.5～5，浸泡19～32h，经过洗涤，干燥处理，将石墨置于800～1200℃的马弗炉中加热15s～50s，石墨将迅速膨化，从而得到膨胀系数为100倍以上的膨胀石墨；

或所述的步骤(1)中，将磁性颗粒放入含有体积分数为1.5～3.5％硅烷的乙醇溶液中分散30～60min，取出并烘干，备用，其中硅烷的乙醇溶液与磁性颗粒的重量比值范围是1∶5～1∶50。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中搅拌时间为8min～25min；

或所述的步骤(3)中，混炼温度为190～260℃，混炼时间为5～10min。

10.一种权利要求1-6中任一所述的聚丙烯复合材料用作电磁屏蔽材料的用途。