CN108184325B - 一种电磁屏蔽填料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种电磁屏蔽填料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种屏蔽填料及其制备方法和应用。所述屏蔽填料以密胺海绵为载体，其表面覆盖FeOx/石墨烯；其中，FeOx优选以下形式存在：Fe、FeO、Fe2O3或Fe3O4中的一种或几种；所述FeOx占屏蔽填料总质量的5‑99％，石墨烯占屏蔽填料总质量的1‑95％。该填料具有海绵的大孔结构，铁氧体和石墨烯覆盖在孔壁表面；具有电损耗和磁损耗而表现出优越的电磁屏蔽性能。

Description

一种电磁屏蔽填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种轻质高效电磁屏蔽填料及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。
背景技术
现有电磁屏蔽涂料主要为导电涂料，所加导电性填料一般是金、银、铜、镍等金属粉末和炭黑、石墨等非金属粉末。金粉和银粉的导电性和化学稳定性好，但价格昂贵，使用受到限制。铜粉和镍粉的性能与银相近，但易氧化，导电性不稳定，所配置的电磁屏蔽涂料耐久性较差。炭黑、石墨粉末作为导电填料，其分散性好，价格低廉，但导电性较差。
CN201610989480.8公开了一种电磁屏蔽涂料用镀银铜粉填料的制备方法，将抗坏血酸加入硫酸铜混合溶液中，反应至少1小时，得到铜粉；然后将硝酸银溶液加入EDTA中，加热反应，并与铜粉反应得到镀银铜粉。该发明得到的铜粉，其粒径为1-10μm，表面光滑，镀银后尺寸变化不大，导电性能优异，适用于电磁屏蔽涂料用，但该方法所得镀银铜粉主要发挥导电作用，对低频磁场波段响应有限。
CN200910272807.X公开了一种银包玻璃微珠复合粒子电磁屏蔽填料的制备方法，该新型电磁屏蔽填料的制备方法是：以干净的玻璃微珠为模板，首先对模板表面进行巯基化或氨基化修饰，再采用化学镀银方法使银纳米粒子不断地在模板表面定向沉积并逐渐长大，得到核壳结构完整的银包玻璃微珠复合粒子；然后用氢氟酸溶液溶去模板，再经抽滤、洗涤、干燥，得到结构完整的空心银微球，其作为电磁屏蔽填料。该发明制备的新型电磁屏蔽填料导电性能良好,并且对于现有导电银粉相比成本至少降低65％，重量减轻80％以上，用其作为屏蔽填料制备的电磁屏蔽复合材料具有较好的屏蔽效能。但该方法所得电磁屏蔽填料主要发挥导电作用，对低频磁场波段响应有限，影响电磁屏蔽涂料在磁场波段的屏蔽应用。
CN201510873045.4公开了一种含石墨烯的导热导电复合材料及其制备方法和应用，将银粉末等和石墨烯混合的导热导电填料与乙烯基硅油等有机高分子弹性材料均匀混合，通过银粉末等大粒径填料与高导热导电的石墨烯协同作用，在有机高分子基体中构建更多更畅通的导热导电网络，从而获得具有优异导热导电性能、良好弹性和柔性的有机高分子复合材料。所述复合材料制备工艺简单，导热率可达12W/mK，导电率可达500S/m，电磁屏蔽性能可达45dB。但是该方法所得电磁屏蔽填料主要发挥电损耗作用，仅对中高频具有屏蔽效果，对中低频段的磁场屏蔽效能有限。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种碳纤维复合材料用的轻质高效电磁屏蔽填料，其采用密胺海绵作为载体，通过溶液浸渍处理使海绵附着Fe(NO3)3与氧化石墨烯，再一步热处理得到FeOx/石墨烯复合电磁屏蔽填料，该填料具有海绵的大孔结构，铁氧体和石墨烯覆盖在孔壁表面；具有电损耗和磁损耗而表现出优越的电磁屏蔽性能。
本发明是采用如下技术方案实现的。
一种屏蔽填料，其以密胺海绵为载体，其表面覆盖FeOx/石墨烯；其中，FeOx优选以下形式存在：Fe、FeO、Fe2O3或Fe3O4等中的一种或几种，其中FeOx占屏蔽填料总质量的5-99％，石墨烯占屏蔽填料总质量的1-95％。所述屏蔽填料的孔隙率为65-85％，磁饱和强度为86-95emu/g，矫顽力为158-210Oe，响应频段为100kHz-18GHz。
本发明还提供一种屏蔽填料的制备方法，包括：
(1)制备Fe3+-氧化石墨烯的水分散溶液；
(2)密胺海绵浸渍并吸附Fe3+-氧化石墨烯溶液，烘干；
(3)高温处理。
步骤(1)具体为：将铁盐加入氧化石墨烯的水分散液中，控制Fe3+浓度为5mg/ml～500mg/ml，优选10-200mg/ml。
其中，所述氧化石墨烯的水分散液的浓度为0.5mg/ml～5.0mg/ml，优选1.0-5.0mg/ml，如2.0mg/ml。
其中，所述铁盐选自Fe(NO3)3、FeCl3、Fe2(SO4)3、乙酸铁中的一种或几种。
步骤(2)中，所述浸渍时间为0.5h～5h，优选2-5h。
步骤(2)中，所述烘干温度为50℃～150℃，优选80-110℃。
步骤(3)中，将步骤(2)所得Fe3+-氧化石墨烯/密胺海绵以1～20℃/min速度升温至300℃～1200℃进行热处理，研磨筛分，得到FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料；优选升温速度为5-10℃/min，热处理温度为500-800℃。
本发明还提供所述屏蔽填料在火车、飞机、船舶或变电器上电磁屏蔽材料中的应用。所述火车优选为采用碳纤维复合材料车体。
本发明还提供一种屏蔽涂料，其含有上述屏蔽填料。
本发明具有以下优点：
(1)所得电磁屏蔽填料兼具导电和导磁特性，电磁屏蔽响应频段宽；
(2)所得电磁屏蔽填料具有多孔特性，可增加电磁波多层反射效应；
(3)以密胺海绵为原材料，废旧资源有效利用；
(4)制备方法简单，不需要复杂工艺和昂贵设备。
附图说明
图1为本发明所得FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1 一种FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料
本实施例提供一种FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料，由如下方法制得：
(1)制备Fe(NO3)3-氧化石墨烯的水分散溶液。
将Fe(NO3)3加入到浓度为5mg/ml的氧化石墨烯的水分散液中，配制Fe(NO3)3浓度为10mg/ml的水分散溶。
(2)密胺海绵浸渍吸附Fe(NO3)3-氧化石墨烯溶液。
将密胺海绵浸渍在上述步骤(1)得到的Fe(NO3)3-氧化石墨烯的水分散溶液中2h，取出并于110℃烘干12h。
(3)高温处理制备轻质高效FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
将烘干后的Fe(NO3)3-氧化石墨烯/密胺海绵放入管式炉中，以10℃/min升温速度升温至600℃进行加热处理3h，然后研磨筛分，得到FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
经检测，所得屏蔽填料的孔隙率为85％，磁饱和强度为95emu/g，矫顽力为210Oe，电磁屏蔽响应频段为100kHz-18GHz。
实施例2 一种FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料
本实施例提供一种FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料，由如下方法制得：
(1)制备FeCl3-氧化石墨烯的水分散溶液。
将FeCl3加入到浓度为1.0mg/ml的氧化石墨烯的水分散液中，配制FeCl3浓度为100mg/ml的水分散溶液。
(2)密胺海绵浸渍吸附FeCl3-氧化石墨烯溶液。
将密胺海绵浸渍在上述步骤(1)得到的FeCl3-氧化石墨烯的水分散溶液中3h，取出并于100℃烘干20h。
(3)高温处理制备轻质高效FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
将烘干后的FeCl3-氧化石墨烯/密胺海绵放入管式炉中，以5℃/min升温速度升温至500℃进行加热处理4h，然后研磨筛分，得到FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
经检测，所得屏蔽填料的孔隙率为65％，磁饱和强度为86emu/g，矫顽力为200Oe，电磁屏蔽响应频段为100kHz-18GHz。
实施例3 一种FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料
本实施例提供一种FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料，由如下方法制得：
(1)制备Fe2(SO4)3-氧化石墨烯的水分散溶液。
将Fe2(SO4)3加入到浓度为2mg/ml的氧化石墨烯的水分散液中，配制Fe2(SO4)3浓度为200mg/ml的水分散溶液。
(2)密胺海绵浸渍吸附Fe2(SO4)3-氧化石墨烯溶液。
将密胺海绵浸渍在上述步骤(1)得到的Fe2(SO4)3-氧化石墨烯的水分散溶液中5h，取出并于80℃烘干16h。
(3)高温处理制备轻质高效FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
将烘干后的Fe2(SO4)3-氧化石墨烯/密胺海绵放入管式炉中，以10℃/min升温速度升温至800℃进行加热处理5h，然后研磨筛分，得到FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
经检测，所得屏蔽填料的孔隙率为78％，磁饱和强度为88emu/g，矫顽力为158Oe；电磁屏蔽响应频段为100kHz-18GHz。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种屏蔽填料，其特征在于，以密胺海绵为载体，其表面覆盖FeOx/石墨烯；
其中，FeOx以下形式存在：Fe、FeO、Fe2O3或Fe3O4中的一种或几种；
所述FeOx占屏蔽填料总质量的5-99％，石墨烯占屏蔽填料总质量的1-95％；
所述屏蔽填料的孔隙率为65-85％，磁饱和强度为86-95emu/g，矫顽力为158-210 Oe，响应频段为100kHz-18GHz。
2.一种权利要求1所述的屏蔽填料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)制备Fe3+-氧化石墨烯的水分散溶液；
(2)密胺海绵浸渍并吸附Fe3+-氧化石墨烯溶液，烘干；
(3)高温处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体为：将铁盐加入氧化石墨烯的水分散液中，控制Fe3+浓度为5mg/ml～500mg/ml。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的水分散液的浓度为0.5mg/ml～5mg/ml。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的水分散液的浓度为1.0-5.0mg/ml。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐选自Fe(NO3)3、FeCl3、Fe2(SO4)3、乙酸铁中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将步骤(2)所得Fe3+-氧化石墨烯/密胺海绵升温至300℃～1200℃进行热处理，研磨筛分，得到FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热处理温度为500-800℃。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述升温速度为1～20℃/min。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述升温速度为5-10℃/min。
11.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括：
(1)制备Fe3+-氧化石墨烯的水分散溶液：将铁盐加入氧化石墨烯的水分散液中，控制Fe3+浓度为5mg/ml～500mg/ml；所述氧化石墨烯的水分散液的浓度为1.0-5.0mg/ml；
(2)密胺海绵浸渍并吸附Fe3+-氧化石墨烯溶液，烘干；
(3)高温处理：将步骤(2)所得Fe3+-氧化石墨烯/密胺海绵升温至300-1200℃进行热处理，研磨筛分，得到FeOx/石墨烯电磁屏蔽填料；所述升温速度为5-10℃/min。
12.权利要求1所述屏蔽填料在火车、飞机、船舶或变电器上电磁屏蔽材料中的应用。
13.一种屏蔽涂料，其特征在于，含有权利要求1所述屏蔽填料。
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