CN105082663A - 一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是包括基体膜、反射层和基体膜表面镀层。本发明针对聚乙烯无法屏蔽电磁波的缺点，采用导电性和导磁性好并和聚乙烯相容性较好的电磁波屏蔽添加剂添加到聚乙烯树脂中，制成基体膜，使其反射和吸收电磁波；为了进一步提高和拓宽薄膜的电磁波屏蔽频段，并使其具有抗静电功能和包装阻隔功能，在基体膜表面分别镀一层反射层和一层金属层。从而通过采用镀膜和填充型屏蔽膜相结合的方法，在填充型聚乙烯屏蔽膜外面镀一层反射层和一层金属层，使其即能屏蔽电磁波，从而又具有包装阻隔、抗静电功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯薄膜，进一步地说，是涉及能屏蔽电磁波的聚乙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
在电子、电气、通讯及信息产业高速发展的社会，电磁波干扰、电磁波信息泄密及电磁波环境污染等已经成为日益严重的社会问题。电磁波是一种电磁能量的传递过程，是一种横波，其传播形式与光相类似。根据schelkunoff电磁屏蔽理论，电磁波能量的屏蔽衰减有反射损耗、吸收损耗和内部反射损耗三种形式，在通常情况下，主要受到反射损耗和吸收损耗的影响。电磁防护材料就是利用对电磁波的反射和吸收来达到屏蔽电磁波的效果。导电性材料的波阻抗和空气介质的波阻抗相差较大，主要通过反射损耗来屏蔽电磁波，而磁性材料主要通过对电磁波的吸收损耗来屏蔽。两种屏蔽方法复合使用，可以互相弥补屏蔽缺陷，显著提高包装材料的电磁波屏蔽性能。
电磁波防护材料种类较多，主要有填充型复合材料和表面涂覆(涂料和电镀)材料两大类。填充型复合材料具有防护性能稳定、成本低、加工工艺简便，适合大批量生产等优点，但其受制备工艺的影响，当添加量过大时，基体和添加剂间的相容性差，影响材料的力学性能，这种现象在薄膜材料中最为普遍；表面涂覆材料的屏蔽效果好，应用范围广，但其表层涂覆材料易氧化、脱落，从而造成屏蔽效果不稳定。常用的镀层材料为导电性好，不易氧化的金属材料，主要有铝粉、镍粉、铜粉等。其中铝粉具有导电性好，不易氧化，镀膜温度低等优点，是镀膜中常用的材料。
聚乙烯塑料是目前最常用的包装材料。但聚乙烯电绝缘性好，本身不具备屏蔽电磁波的功能，无法直接进行防电磁包装，需要对其进行一定的电磁改性。在填充型电磁波屏蔽聚乙烯复合材料方面，目前国内外主要使用的添加剂有纳米碳黑、纳米碳管、导电性的金属纤维和金属粉、碳纤维、导电玻璃微珠等。如日本日立化成工业公司用黄铜纤维填充AAS基体制得的材料在100-1000MHz时的屏蔽效能在30dB以上；北京化工大学高分子材料共混改性研究室研制的碳纤维/PVC糊复合材料对1000MHz地电磁波屏蔽效果为35dB；北京理工大学爆炸科学与技术实验室研制的LDPE/不锈钢纤维电磁屏蔽材料在50MHz～20GHz的屏蔽效能为22dB以上，LDPE/多晶铁纤维/Ni复合材料在50MHz～20GHz的屏蔽效能能达到30dB以上。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种具有表面镀层的填充型聚乙烯复合膜，表面镀层可反射较高频的电磁波，而填充型的膜中可添加导电和磁性添加剂，使其能吸收未能被镀层反射掉的低频电磁波并构成内部反射损耗，从而拓宽聚乙烯薄膜的电磁波屏蔽范围。陨石碳质晶体纳米管
本发明采用的技术方案是：一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是包括基体膜、反射层和基体膜表面镀层，其中基体膜表面镀层和反射层为金属镀层，镀层平均厚度为2～18μm；所述基体膜为含有电磁波屏蔽添加剂的聚乙烯树脂膜；所述电磁波屏蔽添加剂为含镍多晶铁纤维、陨石碳质晶体纳米管和金属导电粉的混合物，所述含镍多晶铁纤维与陨石碳质晶体纳米管的重量比为1:7～7:1；其中含镍多晶铁纤维的纤维直径范围为2～28μm，纤维长度范围为1～45mm；所述陨石碳质晶体纳米管的直径范围为10～100nm，长度范围1～50μm，所述金属导电粉为铝粉、镍粉或铜粉中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述基体膜中以聚乙烯树脂100重量份数计，含有所述电磁波屏蔽添加剂为10～90重量份。
作为本发明的进一步改进，所述基体膜中以聚乙烯树脂100重量份数计，含有1～5重量份数的硅烷偶联剂。
作为本发明的进一步改进，所述硅烷偶联剂选自γ—氨丙基三乙氧基硅烷、g-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。
作为本发明的更进一步改进，其制备方法包括如下步骤：
①将所述包括聚乙烯树脂和电磁波屏蔽添加剂在内的各组分按所述重量比充分混合；
②将上述混合料经过熔融共混制得所述聚乙烯基体膜的粒料；
③再将此粒料经吹膜成型得到所述聚乙烯基体膜；
④将金属粉镀在上述聚乙烯基体膜上形成所述厚度的反射层；
将金属粉镀在上述反射层上形成所述厚度的金属镀层，从而得到聚乙烯复合膜
本发明采用的有益效果是：本发明针对聚乙烯无法屏蔽电磁波的缺点，采用导电性和导磁性好并和聚乙烯相容性较好的电磁波屏蔽添加剂添加到聚乙烯树脂中，制成基体膜，使其反射和吸收电磁波；为了进一步提高和拓宽薄膜的电磁波屏蔽频段，并使其具有抗静电功能和包装阻隔功能，在基体膜表面分别镀一层反射层和一层金属层。从而通过采用镀膜和填充型屏蔽膜相结合的方法，在填充型聚乙烯屏蔽膜外面镀一层反射层和一层金属层，使其即能屏蔽电磁波，从而又具有包装阻隔、抗静电功能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例一：一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，包括基体膜、反射层和基体膜表面镀层，其中基体膜表面镀层和反射层为金属镀层，镀层平均厚度为2μm；所述基体膜为含有电磁波屏蔽添加剂的聚乙烯树脂膜；所述电磁波屏蔽添加剂为含镍多晶铁纤维、陨石碳质晶体纳米管和金属导电粉的混合物，所述含镍多晶铁纤维与陨石碳质晶体纳米管的重量比为3:7；其中含镍多晶铁纤维的纤维直径为2μm，纤维长度为1mm；所述陨石碳质晶体纳米管的直径为10nm，长度为2μm，所述金属导电粉为铝粉和铜粉的混合物。本实施例制作而成的聚乙烯复合膜厚度薄，能够运用于精细的场合。
实施例二：一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是包括基体膜、反射层和基体膜表面镀层，其中基体膜表面镀层和反射层为金属镀层，镀层平均厚度为18μm；所述基体膜为含有电磁波屏蔽添加剂的聚乙烯树脂膜；所述电磁波屏蔽添加剂为含镍多晶铁纤维、陨石碳质晶体纳米管和金属导电粉的混合物，所述含镍多晶铁纤维与陨石碳质晶体纳米管的重量比为7:1；其中含镍多晶铁纤维的纤维直径为28μm，纤维长度为45mm；所述陨石碳质晶体纳米管的直径为100nm，长度为50μm，所述金属导电粉为铝粉。本实施例制作而成的聚乙烯复合膜厚度薄，其屏蔽效果好，可运用于高屏蔽的场合。
实施例三：一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是包括基体膜、反射层和基体膜表面镀层，其中基体膜表面镀层和反射层为金属镀层，镀层平均厚度为9μm；所述基体膜为含有电磁波屏蔽添加剂的聚乙烯树脂膜；所述电磁波屏蔽添加剂为含镍多晶铁纤维、陨石碳质晶体纳米管和金属导电粉的混合物，所述含镍多晶铁纤维与陨石碳质晶体纳米管的重量比为3:1；其中含镍多晶铁纤维的纤维直径为14μm，纤维长度范围为20mm；所述陨石碳质晶体纳米管的直径为50nm，长度为30μm，所述金属导电粉为铝粉。
多晶铁纤维是较常用于防电磁领域的材料，可与基体树脂紧密结合，并在基体树脂中均匀分散，因此可以相对降低电磁波屏蔽添加剂的含量。多晶铁纤维受吹膜工艺的负面影响小柔韧性好，力学性能优异。加入此类导电纤维还可以提高基体的力学性能，当受到外力时，粒子在基体内部产生很多的微变形区，吸收大量能量，能较好地传递所承受的应力，又可引发基体屈服，消耗大量冲击能，对复合材料起到增强和增韧的作用。并且由于导电性较好，一般添加量在树脂的20wt％左右便具有较高的高频电磁屏蔽效能。此外多晶铁纤维的长径比大，导电性好，还可以改善组合物的抗静电性。含镍多晶铁纤维兼有金属镍和多晶铁纤维的优点。
含陨石碳质晶体纳米管兼有金属和碳纳米管的优点，如高导电性、磁性、高比表面、低密度、超强的机械性能以及和高分子基体间的较好的相容性。受材料加工工艺的负面影响较小，尤其对吹膜工艺来说，是一种较好的电磁波屏蔽添加剂。
将上述各组分按所述用量通过高速混合机，使其混合均匀，其中共混机共混转速为800～1000转/min。将所述混合物经开放式双辊混炼机熔融共混5min，共混温度为聚乙烯通常熔融共混工艺的通常温度，优选可为130～150℃。之后冷却、切粒、制成电磁波屏蔽料粒。粒料在吹膜机上吹膜，吹膜温度采用聚乙烯吹膜的通常温度，优选可为158～166℃。然后在制好的薄膜上镀一层反射膜和表面金属膜，反射膜和表面金属膜优选铝膜或镍膜。镀层平均厚度为1～20μm，优选为5～20μm，更优选为10～20μm。镀铝或镀镍过程中钟罩的真空度20-8Pa，轰击电流100mA。镀铝层选用的铝粉为粉状，含量≥99.5％，镀镍层选用的镍粉为粉状，市售的镍粉一般平均粒径为1.50～3μm。
为了改善电磁波屏蔽添加剂和聚乙烯基体的相容性以及其在聚乙烯中的分散性以得到更好的混合效果，可将含镍多晶铁纤维和陨石碳质晶体纳米管进行预处理后，再将各组分进行充分混合，即包括以下步骤的方法：将所述硅烷偶联剂稀释后加入所述电磁波屏蔽添加剂中，并在高速搅拌设备中充分混合，之后干燥得到偶联剂改性处理的电磁波屏蔽添加剂。其中硅烷偶联剂可用通用的稀释剂稀释，如丙酮等易挥发的溶剂。
本发明针对聚乙烯无法屏蔽电磁波的缺点，采用导电性和导磁性好并和聚乙烯相容性较好的电磁波屏蔽添加剂添加到聚乙烯树脂中，制成基体膜，使其反射和吸收电磁波；为了进一步提高和拓宽薄膜的电磁波屏蔽频段，并使其具有抗静电功能和包装阻隔功能，在基体膜表面分别镀一层反射层和一层金属层。从而通过采用镀膜和填充型屏蔽膜相结合的方法，在填充型聚乙烯屏蔽膜外面镀一层反射层和一层金属层，使其即能屏蔽电磁波，从而又具有包装阻隔、抗静电功能。
本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是包括基体膜、反射层和基体膜表面镀层，其中基体膜表面镀层和反射层为金属镀层，镀层平均厚度为2～18μm；所述基体膜为含有电磁波屏蔽添加剂的聚乙烯树脂膜；所述电磁波屏蔽添加剂为含镍多晶铁纤维、陨石碳质晶体纳米管和金属导电粉的混合物，所述含镍多晶铁纤维与陨石碳质晶体纳米管的重量比为1:7～7:1；其中含镍多晶铁纤维的纤维直径范围为2～28μm，纤维长度范围为1～45mm；所述陨石碳质晶体纳米管的直径范围为10～100nm，长度范围1～50μm，所述金属导电粉为铝粉、镍粉或铜粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是所述基体膜中以聚乙烯树脂100重量份数计，含有所述电磁波屏蔽添加剂为10～90重量份。
3.根据权利要求1所述的一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其特征是所述基体膜中以聚乙烯树脂100重量份数计，含有1～5重量份数的硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜，其中所述硅烷偶联剂选自γ—氨丙基三乙氧基硅烷、g-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求1～4之任一项所述一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜的制备方法，包括以下步骤：
①将所述包括聚乙烯树脂和电磁波屏蔽添加剂在内的各组分按所述重量比充分混合；
②将上述混合料经过熔融共混制得所述聚乙烯基体膜的粒料；
③再将此粒料经吹膜成型得到所述聚乙烯基体膜；
④将金属粉镀在上述聚乙烯基体膜上形成所述厚度的反射层；
将金属粉镀在上述反射层上形成所述厚度的金属镀层，从而得到聚乙烯复合膜。
6.根据权利要求5所述的一种含陨石碳质晶体纳米管的屏蔽电磁波的聚乙烯复合膜的制备方法，其中在所述步骤①之前对电磁波屏蔽添加剂进行如下处理：将所述硅烷偶联剂稀释后加入所述电磁波屏蔽添加剂中，并在高速搅拌设备中充分混合，之后干燥得到偶联剂改性处理的电磁波屏蔽添加剂。
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