CN106589938B - 一种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法。所述竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料以竹纤维为核，聚苯胺为壳，便于发挥导电的聚苯胺壳层和电介质的竹纤维内核两者之间的协同效应，同时具有不同尺寸大小竹纤维掺杂聚苯胺颗粒间的匹配效应，使得电磁波在材料内部发生有效的多重反射，进而大幅度提升材料对电磁波的电磁屏蔽性能。本发明提供的竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料具有屏蔽效能高、屏蔽范围广、质轻、价廉的特点，可应用于要求电磁屏蔽功能的领域。

Description

一种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽功能材料，具体地说，涉及一种通过原位化学氧化聚合方法制备具有竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料的方法。
背景技术
精密仪器及设备在工作中，往往会产生电磁干扰和电磁辐射从而影响设备的正常运行。设置电磁屏蔽层是一种简便有效的防止电磁干扰和辐射危害的方法。目前的电磁屏蔽层通常采用金属片或其他导电材料制作，将其覆盖在需要防护的部件上，起到电磁屏蔽的作用。然而，金属片密度大，增加了设备的重量，此外，还存在价格昂贵、易氧化、易腐蚀、难以调节屏蔽性能，使用不方便等缺点，在某些特殊场合，还容易引起精密仪器及设备的内部短路，带来不必要的损失。聚苯胺具有比重轻、电磁屏蔽性能可调、耐化学腐蚀、成本较低等优点，是电磁屏蔽材料的一个重要发展方向。为了同时满足理想电磁屏蔽材料的厚度薄、质量轻、吸波频带宽、吸收强的综合性能等要求，聚苯胺需要与其他材料进行掺杂复合，协同发挥不同组分的优势，近年来受到人们的广泛关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种屏蔽效能高、屏蔽范围广、质轻、价廉的竹纤维掺杂聚苯胺的电磁屏蔽材料及其制备方法。该方法通过紫外辐照或氧气等离子体对竹纤维表面进行活化处理，再用原位化学氧化聚合的方法，在不同尺寸的竹纤维表面修饰上具有一定厚度的掺杂聚苯胺，通过修饰后竹纤维之间的尺寸匹配效应，实现电磁屏蔽功能。
本发明提供的竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料以竹纤维为核，聚苯胺为壳。
本发明提供的竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料，其特征在于，所述竹纤维掺杂聚苯胺是采用原位化学氧化聚合法制备的。
本发明提供的竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)配置掺杂酸溶液，将其均匀分成两份，备用，所使用的掺杂酸为硫酸、盐酸、磷酸和十二烷基苯磺酸中的任意一种，所述掺杂酸溶液的浓度为1mol/L；
(2)称取适量的苯胺单体与表面活化后的竹纤维相混合，静置30分钟后，将其加入其中一份掺杂酸溶液中，记为溶液A，其中表面活化后的竹纤维在溶液A中的含量是0.15～0.25g/mL，表面活化后的竹纤维与苯胺单体质量比为1:1-1:4；称取适量氧化剂过硫酸铵溶于另一份掺杂酸溶液中，记为溶液B，其中表面活化后的竹纤维是将竹纤维通过紫外辐照或氧气等离子体对竹纤维表面进行活化处理30min～2h获得的，所述表面活化后的竹纤维为30目～50目的一种和/或60目～120目的一种，优选所述表面活化后的竹纤维为40目与80目两种，两种竹纤维的质量比为3:7-7:3，所述过硫酸铵与溶液A中苯胺单体的摩尔比为1.2；将上述溶液A和溶液B分别搅拌均匀后冷却至0℃；
(3)将溶液B缓慢滴入溶液A中，在0℃发生氧化聚合反应，反应时间为1～12h；
(4)反应完毕后，将反应产物进行过滤和洗涤，于40℃干燥后即得竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料。
本发明的有益效果是通过在竹纤维表面进行活化，提高竹纤维表面反应基团的活性，进而在其表面修饰具有较高接枝密度，一定厚度的掺杂聚苯胺。通过不同尺寸竹纤维掺杂聚苯胺颗粒间的复配，便于发挥导电的聚苯胺壳层和电介质的竹纤维内核两者之间的协同效应，电磁波可在壳层内部有效发生反射，延长了电磁波穿透材料的有效路径。同时，本发明所得竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料具有一维纤维形貌，便于搭接成导电网络，可有效、简单、方便地提高材料整体的电磁屏蔽性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的竹纤维掺杂聚苯胺在8.2～12.4GHz的电磁屏蔽效能图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明的技术方案进行更加清楚、完整的描述。
实施例1：
首先配置1mol/L 100mL硫酸溶液，将其均匀分成两份，备用。将竹纤维使用氧气等离子体对其表面进行活化处理1.5h。将苯胺单体与处理后的竹纤维混合，静置30min后分散于其中一份酸溶液中，记为溶液A，其中处理后的竹纤维选用40目与80目两种，两种质量比为3：7，处理后的竹纤维用量为0.2g/mL，处理后的竹纤维与苯胺单体质量比为1：2；称取与苯胺单体摩尔比为1.2的过硫酸铵溶解于另一份酸溶液中，记为溶液B。将上述溶液A和溶液B分别超声分散0.5h搅拌均匀后冷却至0℃。将溶液B缓慢滴入溶液A中，在0℃下发生氧化聚合反应，反应时间为4h。反应完毕后，将反应产物过滤、采用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液无色透明并呈现中性，40℃下干燥后即得竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料。
将本实施例制备的竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能为56dB左右。
实施例2：
方法如实施例1，只是将竹纤维表面活化处理方式改为紫外辐照处理。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中有所降低，为38dB左右。
实施例3：
方法如实施例1，只是将竹纤维尺寸分别改为30目和60目。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为42dB左右。
实施例4：
方法如实施例1，只是将竹纤维尺寸分别改为50目和120目。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为34dB左右。
实施例5：
方法如实施例1，只是将竹纤维表面活动处理时间减少为0.5h。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为30dB左右。
实施例6：
方法如实施例1，只是将竹纤维表面活动处理时间增加为2.0h。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为51dB左右。
实施例7：
方法如实施例1，只是将反应时间减少为1h。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为32dB左右。
实施例8：
方法如实施例1，只是将反应时间增加为12h。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为42dB左右。
实施例9：
方法如实施例1，只是将竹纤维与苯胺单体的质量比调整为1：1。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为34dB左右。
实施例10：
方法如实施例1，只是将竹纤维与苯胺单体的质量比调整为1：4。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为44dB左右。
实施例11：
方法如实施例1，只是将竹纤维在溶液A中的含量增加为0.25g/mL。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为32dB左右。
实施例12：
方法如实施例1，只是将竹纤维在溶液A中的含量减小为0.15g/mL。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为46dB左右。
实施例13：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为5：5。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为41dB左右。
实施例14：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为7：3。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为35dB左右。
实施例15：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为4：6。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为33dB左右。
实施例16：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为6：4。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为36dB左右。
实施例17：
方法如实施例1，只是将掺杂酸调整为盐酸。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为42dB左右。
实施例18：
方法如实施例1，只是将掺杂酸调整为磷酸。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为36dB左右。
实施例19：
方法如实施例1，只是将掺杂酸调整为十二烷基苯磺酸。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为41dB左右。
实施例20：
方法如实施例1，只是将使用竹粉调整为40目。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为21dB左右。
实施例21：
方法如实施例1，只是将使用竹粉调整为80目。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为22dB左右。
实施例22：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为2：8。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为26dB左右。
实施例23：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为1：9。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为23dB左右。
实施例24：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为8：2。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为22dB左右。
实施例25：
方法如实施例1，只是将竹纤维40目与80目的质量比调整为9：1。将此种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为25dB左右。
对比例1
方法如实施例1，只是在制备过程中未使用竹纤维。将此种掺杂聚苯胺压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例1中降低，为19dB左右。
对比例2
方法如实施例8，只是在制备过程中未使用竹纤维。将此种掺杂聚苯胺压制成0.4mm厚的薄片，测试其在电磁波频率为8.2～12.4GHz下的电磁屏蔽效能较实施例8中降低，为15dB左右。
通过实施例1～25的比较，可以看出采用本发明所述方法可以制备出高屏蔽效能的竹纤维掺杂聚苯胺的电磁屏蔽材料。
通过实施例1与对比例1～2的比较，可以看出采用本发明所制备竹纤维掺杂聚苯胺与纯聚苯胺相比具有较高的屏蔽效能。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明的竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)配置掺杂酸溶液，将其均匀分成两份，备用；
(2)称取适量的苯胺单体与表面活化后的竹纤维相混合，静置30分钟后，将其加入其中一份掺杂酸溶液中，记为溶液A；称取适量氧化剂过硫酸铵溶于另一份掺杂酸溶液中，记为溶液B；将上述溶液A和溶液B分别搅拌均匀后冷却至0℃，所述表面活化后的竹纤维是将竹纤维通过紫外辐照或氧气等离子体对竹纤维表面进行活化处理30min～2h获得的，所述竹纤维在溶液A中的含量是0.15～0.25g/mL，使用的表面活化后的竹纤维和苯胺单体的质量比为1:1-1:4；
(3)将溶液B缓慢滴入溶液A中，在0℃发生氧化聚合反应，反应时间为1～12h；
(4)反应完毕后，将反应产物进行过滤、洗涤，干燥，即得竹纤维掺杂聚苯胺电磁屏蔽材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中使用的掺杂酸为硫酸、盐酸、磷酸和十二烷基苯磺酸中的任意一种，所述掺杂酸溶液的浓度为1mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中使用的表面活化后的竹纤维为30目～50目的一种和/或60目～120目的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中使用的表面活化后的竹纤维为40目与80目两种，两种竹纤维的质量比为3:7-7:3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中过硫酸铵与溶液A中苯胺单体的摩尔比为1.2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中干燥温度为40℃。
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