CN105082314A - 具有电磁屏蔽功能的复合纤维板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板及其制备方法，所述复合纤维板主要由镍锌铁氧体膨胀石墨和木纤维按照2-7∶3的质量比复合而成，所述复合纤维板厚度为2-5mm，密度为0.7-1.0g/cm3。所述制备方法包括：分别称量木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨，并混合均匀，得到第一混合物；向所述第一混合物中加入一定量的异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀，得到压板原料，其中，异氰酸酯胶黏剂的用量为所述木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨总质量的8～16％；将所得的压板原料铺装均匀后，经预压再热压即得到所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板。本发明所述的复合纤维板电磁屏蔽效能在0.3～1500MHz范围内平均可以达到50dB以上，电磁波反射系数在2～18GHz范围内达到-5dB的带宽为11GHz～17GHz。

Description

具有电磁屏蔽功能的复合纤维板及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造板领域。更具体地说，本发明涉及具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，各种电子电器大量使用，电磁干扰和电磁辐射污染已成为一种环境公害。利用电磁屏蔽材料反射或吸收电磁波，可以减小这些危害。
由于木材是当今世界四大材料(钢材、水泥、木材和塑料)中唯一可再生，可自然降解的生物资源，木基电磁屏蔽材料成为当今关注的热点方向之一，赵广杰和李坚课题组先后对木材表面进行镀Ni、镀Cu或镀Ni-Cu-P三元合金，均有良好电磁屏蔽效果。傅峰、刘一星、张显权等人在人造板中填充金属网，苏初旺、袁全平等进行了镀镍碳纤维的研究及矿粉和不锈钢丝网的研究。目前的木基电磁屏蔽材料有自己的特点，但也均有局限性，如填充金属密度大、施工复杂、质地坚硬较难成形，表面化学镀金属集中在反射型木质电磁屏蔽材料上，在要求低反射高吸收的场合受到了限制。因此，研究质轻、柔软、高屏蔽效能的电磁兼容复合材料具有较强的实际应用价值。
膨胀石墨密度小、质软、热稳定性和化学稳定性良好，将其与木纤维复合，将具有非常好的应用潜力。然而，由于石墨本身是抗磁性的，低频段电磁屏蔽效能相对较低，首先必须将磁性金属微粒负载到膨胀石墨中，调节匹配复合材料电性质和磁性质的关系，得到宽频范围电磁屏蔽效能优异的材料。膨胀石墨具有层状结构，层间以范德华力链接，层内以C-C共价键链接，这种结构允许插层物进入石墨间层而不破坏层内的六角形网络结构。所以可以通过插入磁性材料的方式提高电磁波宽频吸收的能力。
铁氧体具有较高的磁导率和介电性能，其中的软磁铁氧体具有涡流损耗小，成本低，电阻率大等特点。在高频弱电领域应用广泛，是电磁屏蔽性能优异的材料，而且有利于提高材料的透波性和拓宽其吸收频段。更重要的是，磁损耗性能优良的纳米相与聚合物复合还可以防止磁性纳米粒子团聚。因此，利用它们各自的优良性能及复合产生的协同效应可较大幅度地提高复合物的吸波性能。基于上述设想，本发明将磁损耗型的镍锌铁氧体(NixZn1-xFe2O4)引入到导电组分膨胀石墨的层间，制备出镍锌铁氧体/膨胀石墨(NZF/EG)二元复合物，再与木纤维复合，以求获得一种具有轻质、柔软、阻燃性好、宽频吸收的木基电磁屏蔽功能复合板。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板，其能够阻断燃烧，吸收电磁波，产生良好的电磁屏蔽效果。
本发明还有一个目的是提供一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其有效地将电磁性能优异的镍锌铁氧体膨胀石墨导入到纤维板中，使得纤维板具有电磁屏蔽功能。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其中，所述复合纤维板主要由镍锌铁氧体膨胀石墨和木纤维按照2-7∶3的质量比复合而成。
优选的是，所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法中，具体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、分别称量木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨，并混合均匀，得到第一混合物；
步骤二、向所述第一混合物中加入一定量的异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀，得到压板原料，其中，异氰酸酯胶黏剂的用量为所述木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨总质量的8～16％；
步骤三、将所得的压板原料铺装均匀后，经预压再热压即得到所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板。
优选的是，所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法中，步骤三中，预压的温度为20-30℃，预压时间为10-15min，预压压力为2-3Mpa；热压的温度为155-165℃，热压时间9-11min，热压压力为7-9Mpa。
优选的是，所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法中，所述镍锌铁氧体膨胀石墨通过以下方法步骤制备得到：
步骤一、称量一定量的六水硝酸镍、六水硝酸锌和九水硝酸铁，其中，镍离子与锌离子的摩尔比为1∶9-9∶1，镍锌离子的总和与铁离子的摩尔比为1∶2；
步骤二、称量一定量的柠檬酸，其中，所述镍锌铁离子总和与柠檬酸根离子的摩尔比1∶1-1.5；
步骤三、将所述六水硝酸镍、六水硝酸锌、九水硝酸铁和柠檬酸与一定量的蒸馏水混合搅拌至完全溶解，再使用氨水调节pH值为11-12，加入一定量的膨胀石墨后，于89-91℃的水浴锅中搅拌至溶液变成凝胶，其中，加入膨胀石墨的质量为所述九水硝酸铁物质的量的15-45倍；
步骤四、将所得凝胶放于微波炉中，用650-700w的功率煅烧至自然熄灭，即得到所述的镍锌铁氧体膨胀石墨。
优选的是，所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法中，所述木纤维的长度为1-2mm，含水率为5-10％。
一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板，其中，所述复合纤维板由上述任一项的方法制得。
优选的是，所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板中，所述复合纤维板的厚度为2-5mm，密度为0.7-1.0g/cm3。
本发明至少包括以下有益效果：
首先，本发明所述制备方法能有效地将电磁性能优异的镍锌铁氧体膨胀石墨导入到纤维板中，使得纤维板具有电磁屏蔽功能。
其次，传统的电磁屏蔽材料的密度在3g/cm3以上，本发明所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板在0.7-1.0g/cm3之间，因此相比之下，本发明所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板具有更轻的质量和更好的自然属性，且膨胀石墨的引入很好的解决了木质材料防火性能差的问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法如下：
步骤一、分别称量木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨，并混合均匀，得到第一混合物，其中，镍锌铁氧体膨胀石墨和木纤维的质量比为2-7∶3，比如镍锌铁氧体膨胀石墨200g，木纤维300g。
步骤二、向所述第一混合物中加入一定量的异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀，得到压板原料，其中，异氰酸酯胶黏剂的用量为所述木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨总质量的8～16％；比如异氰酸酯胶黏剂80g
步骤三、将所得的压板原料铺装均匀后，经预压再热压即得到所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板。
本发明的镍锌铁氧体膨胀石墨通过以下方法步骤制备得到：
步骤一、称量一定量的六水硝酸镍、六水硝酸锌和九水硝酸铁，其中，镍离子与锌离子的摩尔比为1∶9-9∶1，镍锌离子的总和与铁离子的摩尔比为1∶2；比如，六水硝酸镍10g、六水硝酸锌40.91g、九水硝酸铁138.89g。
步骤二、称量一定量的柠檬酸，其中，所述镍锌铁离子总和与柠檬酸根离子的摩尔比1∶1-1.5；所述柠檬酸可为多水柠檬酸，结合水的含量不会影响结果，因为，在后面的步骤中，结合水会变成自由水最后被蒸发，比如，一水柠檬酸84.09g。
步骤三、将所述六水硝酸镍、六水硝酸锌、九水硝酸铁和柠檬酸与一定量的蒸馏水混合搅拌至完全溶解，再使用氨水调节pH值为11-12，加入一定量的膨胀石墨后，于89-91℃的水浴锅中搅拌至溶液变成凝胶，其中，加入膨胀石墨的质量为所述九水硝酸铁物质的量的15-45倍，比如4.50g；
步骤四、将所得凝胶放于微波炉中，用650-700w的功率煅烧至自然熄灭，即得到所述的镍锌铁氧体膨胀石墨。
实施例1
1、膨胀石墨的制备：首先称量膨胀石墨30.0g放于2L圆底烧瓶中，加入质量分数为65％的硝酸40ml、质量分数为85％的磷酸80ml、6g高锰酸钾，使用搅拌桨在常温下搅拌60分钟，过滤干燥得到酸化石墨。称量干燥后的酸化石墨质量为50g，放入2L圆底烧瓶中，加入质量分数为99.5％的醋酸250ml、质量分数为65％的硝酸75ml、高锰酸钾7.5g，使用搅拌桨在常温下搅拌60分钟，过滤、干燥得到酸化石墨。最后将酸化氧化石墨放入微波炉中用700w功率高火加热1分钟即可得膨胀石墨。
2、镍锌铁氧体膨胀石墨的制备：首先称量六水硝酸镍10g、六水硝酸锌40.91g、九水硝酸铁138.89g、一水柠檬酸84.09g一起溶于100ml左右的蒸馏水中，使用氨水调节溶液pH为11；然后在溶液中加入4.50g膨胀石墨，将其放入90℃的水浴锅中搅拌直至溶液成为凝胶；最后将凝胶放于微波炉中使用高火700w功率煅烧直至燃烧反应结束，得到镍锌铁氧体膨胀石墨。
3、具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备：其压制参数为：密度为1g/cm3、厚度为2mm。复合纤维板的压制：首先称量200g木纤维、300g镍锌铁氧体膨胀石墨、80g异氰酸酯胶黏剂，将木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨混合均匀后施加胶黏剂。其次将混合后的材料放入50cm×50cm的模具中铺装均匀，在20℃常温下预压10min后定厚热压，热压参数温度160℃、时间10min、压力8Mpa、厚度规2mm。最后取出冷却、静置一天后裁边。
4、性能测试：所述复合纤维板屏蔽效能在0.3～1500MHz频率范围内达到58dB，50dB以上频宽为0.3～1500MHz，电磁波反射系数在2～18GHz范围内达到-5dB的带宽为11GHz～17GHz。
实施例2
1、膨胀石墨的制备：首先称量膨胀石墨30.0g放于2L圆底烧瓶中，加入质量分数60％的硝酸40ml、质量分数85％的磷酸80ml、6g高锰酸钾，使用搅拌桨在20℃常温下搅拌60分钟，过滤干燥得到酸化石墨。称量干燥后的酸化石墨质量为50g，放入2L圆底烧瓶中，加入质量分数99.5％的醋酸250ml、质量分数65％的硝酸75ml、高锰酸钾7.5g，使用搅拌桨在20℃常温下搅拌60分钟，过滤、干燥得到酸化石墨。最后将酸化氧化石墨放入微波炉中用高火650w功率加热1分钟即可得膨胀石墨。
2、镍锌铁氧体膨胀石墨的制备：首先称量六水硝酸镍10g、六水硝酸锌15.36g、九水硝酸铁89.63g、一水柠檬酸44.10g一起溶于少量蒸馏水中，使用氨水调节溶液pH为12；然后在溶液中加入5.15g膨胀石墨，将其放入90℃的水浴锅中搅拌直至溶液成为凝胶；最后将凝胶放于微波炉中使用650w功率高火煅烧直至燃烧反应结束，得到镍锌铁氧体膨胀石墨。
3、具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备：复合板的压制参数为：密度为0.9g/cm3、厚度为3mm。复合纤维板的压制：首先称量337.5g木纤维、337.5g镍锌铁氧体膨胀石墨、108g异氰酸酯胶黏剂，将木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨混合均匀后施加胶黏剂。其次将混合后的材料放入50cm×50cm的模具中铺装均匀，在常温下预压10min后定厚热压，热压参数温度160℃、时间10min、压力8Mpa、厚度规3mm。最后取出冷却、静置一天后裁边。
4、性能测试：所得的复合纤维板屏蔽效能在0.3～1500MHz频率范围内达到53dB，50dB以上频宽为200～1500MHz，电磁波反射系数在2～18GHz范围内达到-5dB的带宽为11GHz～16GHz。
实施例3
1、膨胀石墨的制备：首先称量膨胀石墨30.0g放于2L圆底烧瓶中，加入质量分数65％的硝酸40ml、质量分数85％的磷酸80ml、6g高锰酸钾，使用搅拌桨在25℃常温下搅拌60分钟，过滤干燥得到酸化石墨。称量干燥后的酸化石墨质量为50g，放入2L圆底烧瓶中，加入质量分数99.5％的醋酸250ml、质量分数65％的硝酸75ml、高锰酸钾7.5g，使用搅拌桨在25℃常温下搅拌60分钟，过滤、干燥得到酸化石墨。最后将酸化氧化石墨放入微波炉中用700w功率高火加热1分钟即可得膨胀石墨。
2、镍锌铁氧体膨胀石墨的制备：首先称量六水硝酸镍10g、六水硝酸锌6.8g、九水硝酸铁46.19g、一水柠檬酸29.18g一起溶于少量蒸馏水中，使用氨水调节溶液pH为11；然后在溶液中加入5.85g膨胀石墨，将其放入90℃的水浴锅中搅拌直至溶液成为凝胶；最后将凝胶放于微波炉中使用700w功率高火煅烧直至燃烧反应结束，得到镍锌铁氧体膨胀石墨。
3、具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备：复合板的压制参数为：密度为0.8g/cm3、厚度为4mm。复合纤维板的压制：首先称量240g木纤维、560g镍锌铁氧体膨胀石墨、128g异氰酸酯胶黏剂，将木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨混合均匀后施加胶黏剂。其次将混合后的材料放入50cm×50cm的模具中铺装均匀，在常温下预压10min后定厚热压，热压参数温度160℃、时间10min、压力8Mpa、厚度规4mm。最后取出冷却、静置一天后裁边。
4、性能测试：所得的复合纤维板屏蔽效能在0.3～1500MHz频率范围内达到50dB，50dB以上频宽为300～1500MHz，电磁波反射系数在2～18GHz范围内达到-5dB的带宽为11GHz～17GHz。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (7)

1.一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其中，所述复合纤维板主要由镍锌铁氧体膨胀石墨和木纤维按照2-7∶3的质量比复合而成。
2.如权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其中，具体的制备方法包括以下步骤：
步骤一、分别称量木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨，并混合均匀，得到第一混合物；
步骤二、向所述第一混合物中加入一定量的异氰酸酯胶黏剂，搅拌均匀，得到压板原料，其中，异氰酸酯胶黏剂的用量为所述木纤维和镍锌铁氧体膨胀石墨总质量的8～16％；
步骤三、将所得的压板原料铺装均匀后，经预压再热压即得到所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板。
3.如权利要求2所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其中，步骤三中，预压的温度为20-30℃，预压时间为10-15min，预压压力为2-3Mpa；热压的温度为155-165℃，热压时间9-11min，热压压力为7-9Mpa。
4.如权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其中，所述镍锌铁氧体膨胀石墨通过以下方法步骤制备得到：
步骤一、称量一定量的六水硝酸镍、六水硝酸锌和九水硝酸铁，其中，镍离子与锌离子的摩尔比为1∶9-9∶1，镍锌离子的总和与铁离子的摩尔比为1∶2；
步骤二、称量一定量的柠檬酸，其中，所述镍锌铁离子总和与柠檬酸根离子的摩尔比1∶1-1.5；
步骤三、将所述六水硝酸镍、六水硝酸锌、九水硝酸铁和柠檬酸与一定量的蒸馏水混合搅拌至完全溶解，再使用氨水调节pH值为11-12，加入一定量的膨胀石墨后，于89-91℃的水浴锅中搅拌至溶液变成凝胶，其中，加入的膨胀石墨的质量为所述九水硝酸铁物质的量的15-45倍；
步骤四、将所得凝胶放于微波炉中，用650-700w的功率煅烧至自然熄灭，即得到所述的镍锌铁氧体膨胀石墨。
5.如权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板的制备方法，其中，所述木纤维的长度为1-2mm，含水率为5-10％。
6.一种具有电磁屏蔽功能的复合纤维板，其中，所述复合纤维板由权利要求1-5中任一项的方法制得。
7.如权利要求6所述的具有电磁屏蔽功能的复合纤维板，其中，所述复合纤维板的厚度为2-5mm，密度为0.7-1.0g/cm3。
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