CN108178854A - 电磁屏蔽橡胶及其制备方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽橡胶及其制备方法和电子设备，其中，电磁屏蔽橡胶包括：橡胶基体、助剂、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍。由此，该电磁屏蔽橡胶通过将橡胶基体与碳纳米管、石墨烯、助剂、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍等填料混合，通过一维、二维、三维的填料复配来达到构筑三维电磁屏蔽的防护体系，从而增强电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能，同时达到减少填料的添加量和改善电磁屏蔽橡胶的机械性能的目的。

Description

电磁屏蔽橡胶及其制备方法和电子设备
技术领域
本发明属于硅橡胶领域，具体而言，本发明涉及电磁屏蔽橡胶及其制备方法和电子设备。
背景技术
随着科学技术的发展，各种电气、电子和通讯设备呈现出爆发性增长态势，人们在享受便利的同时也面临更多的电磁辐射的威胁，有些设备的电磁频率会发生相互干涉影响设备的正常工作，因此需要更加有效的电磁屏蔽材料来保证人类的健康和设备的正常运行。电磁屏蔽机理可以用传输线理论来解释，传输线理论是将屏蔽体看作一段传输线，辐射场通过屏蔽体时，在外表面被反射掉一部分，剩余部分透入屏蔽体向前传输，传输过程中，电磁波受到屏蔽体的连续衰减，并在屏蔽体的两个界面多次反射和透射。因此，屏蔽体的电磁屏蔽机理包括屏蔽体表面的反射损耗、屏蔽体的吸收损耗和屏蔽体内部的多次反射损耗。通常采用屏蔽效能(shielding effectiveness，SE)来定量描述屏蔽体的屏蔽效果。
传统的电磁屏蔽橡胶需要向橡胶基体中加入很多的金属氧化物或者金属粉体，构筑导电或者导磁的网络，由于金属氧化物和金属粉体与橡胶的界面粘合不好，大量填充的话会导致橡胶基体的机械性能下降。
因此，现有的电磁屏蔽橡胶的工艺技术有待进一步研究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电磁屏蔽橡胶及其制备方法和电子设备，该配方组成的电磁屏蔽橡胶具有优异的屏蔽效能，同时在使用少量填料的同时改善电磁屏蔽橡胶的机械性能。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电磁屏蔽橡胶。根据本发明的实施例，所述电磁屏蔽橡胶包括：橡胶基体、助剂、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍。由此，根据本发明实施例的电磁屏蔽橡胶通过将橡胶基体与碳纳米管、石墨烯、助剂、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍等填料混合，通过一维、二维、三维的填料复配来达到构筑三维电磁屏蔽的防护体系，从而增强电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能，同时达到减少填料的添加量和改善电磁屏蔽橡胶的机械性能的目的。
另外，根据本发明上述实施例的电磁屏蔽橡胶还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，基于100重量份所述橡胶基体，所述助剂的添加量为1～5重量份，所述碳纳米管的添加量为1～20重量份，所述石墨烯的添加量为1～20重量份，所述乙炔黑的添加量为1～20重量份，所述银粉的添加量为20～200重量份，所述铜粉的添加量为20～200重量份，所述镀银玻璃微珠的添加量为20～200重量份，所述镀银镍粉的添加量为20～200重量份，所述镍粉的添加量为20～200重量份，所述氧化铁的添加量为20～200重量份，所述氧化镍的添加量为20～200重量份。由此，使得该配方组成的电磁屏蔽橡胶具有优异的屏蔽效能，同时在使用少量填料的同时改善电磁屏蔽橡胶的机械性能。
在本发明的一些实施例中，所述橡胶基体为选自丁苯橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶和天然橡胶中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述助剂为选自硬脂酸、氧化锌、防老剂和促进剂中的至少一种。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备上述电磁屏蔽橡胶的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)将橡胶基体与助剂进行混炼，以便得到混炼物料；
(2)将所述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫化剂进行混炼，以便得到混炼胶；
(3)将所述混炼胶进行硫化，以便得到电磁屏蔽橡胶。
根据本发明实施例的制备电磁屏蔽橡胶的方法通过将橡胶基体与碳纳米管、石墨烯、助剂、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍等填料混合，通过一维、二维、三维的填料复配来达到构筑三维电磁屏蔽的防护体系，从而增强电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能，同时达到减少填料的添加量和改善电磁屏蔽橡胶的机械性能的目的。
另外，根据本发明上述实施例的制备电磁屏蔽橡胶的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述橡胶基体与所述助剂在60～80摄氏度下混炼5～20分钟。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，将所述混炼物料与所述碳纳米管、所述石墨烯、所述乙炔黑、所述银粉、所述铜粉、所述镀银玻璃微珠、所述镀银镍粉、所述镍粉、所述氧化铁、所述氧化镍和所述硫化剂在60～90摄氏度下混炼5～15分钟。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述硫化剂为选自硫粉、双二五硫化剂、双二四硫化剂、过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述硫化是在压力为5～30MPa、温度为150～250℃下进行2～30分钟。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种电子设备。根据本发明的实施例，所述电子设备具有上述所述的电磁屏蔽橡胶或采用上述所述的方法得到的电磁屏蔽橡胶。由此，使得所得电子设备具有较高的屏蔽效果。
本发明能够达到如下技术效果：
1碳纳米管和石墨烯纳米填料改进电磁屏蔽胶混炼胶的加工工艺性能；
2碳纳米管和石墨烯纳米填料与金属氧化物或金属粉体复配构筑三维网络结构，增强和改进电磁屏蔽胶的机械性能和电磁屏蔽性能；
3通过加入碳纳米管和石墨烯纳米改善电磁屏蔽胶的成型性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备电磁屏蔽橡胶的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电磁屏蔽橡胶。根据本发明的实施例，该电磁屏蔽橡胶包括：橡胶基体、助剂、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍。发明人发现，本申请电磁屏蔽橡胶通过采用一维的碳纳米管、二维的石墨烯、三维的球形颗粒(金属氧化物、金属粉体等)与橡胶基体复配，可以构筑出有效的导电导磁网络，从而有效改善电磁屏蔽橡胶的加工性能，并且该配方组成的电磁屏蔽橡胶具有优异的屏蔽效能，同时在使用少量填料的同时改善电磁屏蔽橡胶的机械性能。
根据本发明的实施例，上述电磁屏蔽橡胶配方组成中，基于100重量份橡胶基体，助剂的添加量为1～5重量份，碳纳米管的添加量为1～20重量份，石墨烯的添加量为1～20重量份，乙炔黑的添加量为1～20重量份，银粉的添加量为20～200重量份，铜粉的添加量为20～200重量份，镀银玻璃微珠的添加量为20～200重量份，镀银镍粉的添加量为20～200重量份，镍粉的添加量为20～200重量份，氧化铁的添加量为20～200重量份，氧化镍的添加量为20～200重量份。发明人发现，采用本申请配方组成得到的电磁屏蔽橡胶可以显著优于其他类型提高电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能，同时在使用少量填料的同时改善电磁屏蔽橡胶的机械性能。
根据本发明的一个具体实施例，上述电磁屏蔽橡胶配方组成中，橡胶基体为选自丁苯橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶和天然橡胶中的至少之一。由此，可以在保证所得电磁屏蔽橡胶具有较高的加工性能的同时提高其机械性能。
根据本发明再一个具体实施例，上述电磁屏蔽中助剂可以为选自硬脂酸、氧化锌、防老剂和促进剂中的至少一种。需要说明的是，该配方组成中采用的防老剂和促进剂的具体类型均为本领域常规使用的，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
根据本发明实施例的电磁屏蔽橡胶通过将橡胶基体与碳纳米管、石墨烯、助剂、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍等填料混合，通过一维、二维、三维的填料复配来达到构筑三维电磁屏蔽的防护体系，从而增强电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能，同时达到减少填料的添加量和改善电磁屏蔽橡胶的机械性能的目的。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述电磁屏蔽橡胶的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：将橡胶基体与助剂进行混炼
该步骤中，将橡胶基体与助剂进行混炼，以便得到混炼物料。具体的，将橡胶基体与助剂在60～80摄氏度下混炼5～20分钟。根据本发明的一个具体实施例，助剂可以为选自硬脂酸、氧化锌、防老剂和促进剂中的至少一种。需要说明的是，该配方组成中采用的硬脂酸、防老剂和促进剂的具体类型均为本领域常规使用的，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
S200：将混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫化剂进行混炼
该步骤中，将上述得到的混料物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫化剂进行混炼，以便得到混炼胶。具体的，将上述所得混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫化剂在60～90摄氏度下混炼5～15分钟，并且硫化剂可以为选自硫粉、双二五硫化剂、双二四硫化剂、过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯中的至少之一。
S300：将混炼胶进行硫化
该步骤中，将上述得到的混炼胶进行硫化，以便得到电磁屏蔽橡胶。具体的，该硫化是在压力为5～30MPa、温度为150～250℃下进行2～30分钟。
发明人发现，通过向橡胶基体中加入碳纳米管和石墨烯可以达到减少金属粉体和金属氧化物等填料加入量的目的，并且在达到相同屏蔽效能的前提下，加入碳纳米管和石墨烯的电磁屏蔽橡胶混炼胶的加工工艺性明显改善，更好实现橡胶吃料分散包辊，所制备出的电磁屏蔽橡胶混炼胶制品成型性更佳，废品率降低，更加适合连续挤出成型，同时硫化后电磁屏蔽橡胶拉伸强度能够提升50％断裂伸长率能够提升35％以上。
需要说明的是，该制备电磁屏蔽橡胶的方法中各组分加入量同于上述描述的电磁屏蔽橡胶配方，并且上述针对电磁屏蔽橡胶所描述的特征和优点同样适用于该制备电磁屏蔽橡胶的方法，此处不再赘述。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种电子设备。根据本发明的实施例，该电子设备具有上述描述的电磁屏蔽橡胶或采用上述制备电磁屏蔽橡胶的方法得到的电磁屏蔽橡胶。由此，使得所得电子设备具有较高的屏蔽效果。具体的，该电子设备可以为现有技术中需要使用电磁屏蔽材料的任何电子设备。需要说明的是，上述针对电磁屏蔽橡胶和制备电磁屏蔽橡胶的方法所描述的特征和优点同样适用于该电子设备，此处不再赘述。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的丁苯橡胶、2重量份的硬脂酸、10重量份的碳纳米管、10重量份的石墨烯、20重量份的乙炔黑、50重量份的银粉、30重量份的铜粉、20重量份的镀银玻璃微珠、30重量份的镀银镍粉、20重量份镍粉、20重量份的氧化铁和25重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将丁苯橡胶与硬脂酸在60摄氏度下混炼5分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫粉(3.5重量份)在60摄氏度下混炼15分钟，混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为5MPa、温度为170℃下进行2分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
实施例2
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的硅橡胶、2重量份的氧化剂、1重量份的硬脂酸、8重量份的碳纳米管、7重量份的石墨烯、10重量份的乙炔黑、20重量份的银粉、40重量份的铜粉、30重量份的镀银玻璃微珠、20重量份的镀银镍粉、30重量份镍粉、40重量份的氧化铁和20重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将硅橡胶与硬脂酸和氧化剂在60摄氏度下混炼20分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和双二五硫化剂(2重量份)在90摄氏度下混炼5分钟，混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为30MPa、温度为150℃下进行30分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
实施例3
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的丁腈橡胶、1重量份的硬脂酸、2重量份的防老剂、3重量份的碳纳米管、3重量份的石墨烯、10重量份的乙炔黑、70重量份的银粉、20重量份的铜粉、40重量份的镀银玻璃微珠、60重量份的镀银镍粉、80重量份镍粉、100重量份的氧化铁和40重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将丁腈橡胶与硬脂酸和防老剂在70摄氏度下混炼10分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和双二四硫化剂(3重量份)在70摄氏度下混炼10分钟，得到混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为15MPa、温度为170℃下进行10分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
实施例4
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的氯丁橡胶、2重量份的硬脂酸、2重量份的促进剂、20重量份的碳纳米管、10重量份的石墨烯、15重量份的乙炔黑、30重量份的银粉、20重量份的铜粉、30重量份的镀银玻璃微珠、20重量份的镀银镍粉、20重量份镍粉、20重量份的氧化铁和20重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将氯丁橡胶与硬脂酸和促进剂在80摄氏度下混炼15分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫粉(5重量份)在80摄氏度下混炼10分钟，得到混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为20MPa、温度为200℃下进行20分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
实施例5
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的天然橡胶、2重量份的硬脂酸、20重量份的碳纳米管、20重量份的石墨烯、25重量份的乙炔黑、20重量份的银粉、30重量份的铜粉、35重量份的镀银玻璃微珠、40重量份的镀银镍粉、40重量份镍粉、30重量份的氧化铁和50重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将天然橡胶与硬脂酸在85摄氏度下混炼18分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫粉(5重量份)在75摄氏度下混炼17分钟，得到混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为25MPa、温度为160℃下进行28分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
实施例6
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的天然橡胶、5重量份的硬脂酸、1重量份的碳纳米管、1重量份的石墨烯、1重量份的乙炔黑、200重量份的银粉、200重量份的铜粉、200重量份的镀银玻璃微珠、200重量份的镀银镍粉、200重量份镍粉、200重量份的氧化铁和200重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将天然橡胶与硬脂酸在85摄氏度下混炼18分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和过硫粉(5重量份)在75摄氏度下混炼17分钟，得到混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为25MPa、温度为150℃下进行28分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
对比例
电磁屏蔽橡胶配方组成：100重量份的丁苯橡胶、2重量份的硬脂酸、25重量份的乙炔黑、200重量份的银粉、200重量份的铜粉、100重量份的镀银玻璃微珠、100重量份的镀银镍粉、100重量份镍粉、200重量份的氧化铁和200重量份的氧化镍；
制备电磁屏蔽材料的方法：
(1)将天然橡胶与硬脂酸在70摄氏度下混炼15分钟，得到混炼物料；
(2)将上述混炼物料与乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫粉(-8重量份)在70摄氏度下混炼15分钟，得到混炼胶；
(3)将上述混炼胶在压力为20MPa、温度为200℃下进行15分钟硫化，得到电磁屏蔽橡胶，其性能如表1所示。
表1 实施例1-5和对比例电磁屏蔽橡胶性能
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽橡胶，其特征在于，包括：橡胶基体、助剂、碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁和氧化镍。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽橡胶，其特征在于，基于100重量份所述橡胶基体，所述助剂的添加量为1～5重量份，所述碳纳米管的添加量为1～20重量份，所述石墨烯的添加量为1～20重量份，所述乙炔黑的添加量为1～20重量份，所述银粉的添加量为20～200重量份，所述铜粉的添加量为20～200重量份，所述镀银玻璃微珠的添加量为20～200重量份，所述镀银镍粉的添加量为20～200重量份，所述镍粉的添加量为20～200重量份，所述氧化铁的添加量为20～200重量份，所述氧化镍的添加量为20～200重量份。
3.根据权利要求1或2所述的电磁屏蔽橡胶，其特征在于，所述橡胶基体为选自丁苯橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶和天然橡胶中的至少之一。
4.根据权利要求2所述的电磁屏蔽橡胶，其特征在于，所述助剂为选自硬脂酸、氧化锌、防老剂和促进剂中的至少一种。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述电磁屏蔽橡胶的方法，其特征在于，包括：
(1)将橡胶基体与助剂进行混炼，以便得到混炼物料；
(2)将所述混炼物料与碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、银粉、铜粉、镀银玻璃微珠、镀银镍粉、镍粉、氧化铁、氧化镍和硫化剂进行混炼，以便得到混炼胶；
(3)将所述混炼胶进行硫化，以便得到电磁屏蔽橡胶。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述橡胶基体与所述助剂在60～80摄氏度下混炼5～20分钟。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述混炼物料与所述碳纳米管、所述石墨烯、所述乙炔黑、所述银粉、所述铜粉、所述镀银玻璃微珠、所述镀银镍粉、所述镍粉、所述氧化铁、所述氧化镍和所述硫化剂在60～90摄氏度下混炼5～15分钟。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述硫化剂为选自硫粉、双二五硫化剂、双二四硫化剂、过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯中的至少之一。
9.根权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述硫化是在压力为5～30MPa、温度为150～250℃下进行2～30分钟。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备具有权利要求1-4中任一项所述的电磁屏蔽橡胶或采用权利要求5-9中任一项所述的方法得到的电磁屏蔽橡胶。
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