CN109294235A - 一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料及其制备方法，属于电磁屏蔽材料技术领域，该材料按质量份计由3‑10份导电粒子、7‑48份绝缘轻质纤维、32‑88柔性高分子材料组成。通过在柔性高分子材料中加入导电粒子和绝缘轻质纤维，在柔性高分子材料中同时构建出相互贯穿的导电网络和纤维网络，利用导电网络的电子移动反射和吸收电磁波，纤维网络界面多级反射并干涉来损耗电磁波，以使最终制得的材料具有优异的电磁屏蔽作用。另外，通过控制该柔性高频电磁屏蔽材料中各组分的用量，不但可以保证该材料具有优异的电磁屏蔽效果，还能够保证在不显著降低材料柔性的情况下，提高材料的模量和强度，为其在工业上的广泛应用提供了可能。

Description

一种具有双网络结构的柔性高频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材料技术领域，具体涉及一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，各种各样的电器丰富着人们的生活。如电脑、手机等提高了工作效率，方便了沟通；如电磁炉、微波炉等方便了烹饪等等，在使用这些电器产品的时候，他们随时都在发射出电磁波，也时刻对人体产生伤害。电磁波向空中发射或者泄漏的现象称为电磁波辐射，电磁波辐射与人们的健康是密切相关的。长时间暴露在电磁辐射作用会对人体健康产生不容忽视的损害，因此十分有必要在利用各类电器电子产品的同时，运用电磁屏蔽材料减轻电磁辐射对人体健康的影响。
在电磁屏蔽材料中，聚合物基复合材料因其轻质及易加工的特性而受到广泛的关注。常用的制备方法有表面涂覆法和导电填料填充法，其中表面涂覆法虽然涂敷均匀可控，但其制备工艺流程冗长复杂，而且表面镀层的不稳定性限制了其应用。导电填料填充法应用最为广，但是研究发现单纯添加导电填料对电磁屏蔽的提高幅度非常有限，而且高电磁屏蔽往往需要较高的导电填料含量，进而影响了原本聚合物基体所具有的轻质和柔韧特性。因此，这就需要寻求一种既能在较低导电填料含量下提高电磁屏蔽效能又能保持柔性聚合物本身的轻质和柔韧特性的制备方法及由该方法制备的柔性高频电磁屏蔽材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料；目的之二在于提供一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，所述柔性高频电磁屏蔽材料由如下组分组成：3-10份导电粒子、7-48份绝缘轻质纤维、32-88柔性高分子材料。
优选的，所述导电粒子为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯或多层石墨烯中的一种。
优选的，所述绝缘轻质纤维为棉纤维、尼龙纤维或聚丙烯纤维中的一种。
优选的，所述柔性高分子材料为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、天然橡胶、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、热塑性弹性体或氟橡胶中的一种。
2、所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料的制备方法，所述方法为：将导电粒子和绝缘轻质纤维均匀分散于柔性高分子材料后成型，即可。
优选的，所述方法具体为：分别将导电粒子、绝缘轻质纤维和柔性高分子材料预聚物加入有机溶剂中混匀，然后加入固化剂，再次混匀后去除所述有机溶剂，最后放入模具中模压成型，所述柔性高分子材料预聚物与所述固化剂的质量比为10:1。
优选的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种。
3、所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将绝缘轻质纤维和柔性高分子材料加入有机溶剂Ⅰ中混匀后去除所述有机溶剂Ⅰ，获得复合物Ⅰ；
(2)将导电粒子加入有机溶剂Ⅱ中混匀，获得导电粒子分散液；
(3)将步骤(1)中获得的复合物Ⅰ浸渍在步骤(2)中获得的导电粒子分散液中5-30min后，取出烘干后成型，即可。
优选的，步骤(1)中所述有机溶剂Ⅰ和步骤(2)中所述有机溶剂Ⅱ为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料及其制备方法，通过在柔性高分子材料中加入导电粒子和绝缘轻质纤维，可以在柔性高分子材料中同时构建出相互贯穿的导电网络和纤维网络，利用导电网络的电子移动反射和吸收电磁波，纤维网络界面多级反射并干涉来损耗电磁波，以使最终制得的柔性高频电磁屏蔽材料具有优异的电磁屏蔽作用。另外，通过控制该柔性高频电磁屏蔽材料中各组分的用量，不但可以保证该材料具有优异的电磁屏蔽效果，还能够保证在不显著降低材料柔性的情况下，提高材料的模量和强度，为其在工业上的广泛应用提供了可能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经6000次折叠前、后在X波段的电磁屏蔽效能测试图；
图2为实施例1中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经弯曲和折叠后的形貌图；
图3为实施例1中制备的柔性高频电磁屏蔽材料随折叠次数增加其电磁波阻隔性能变化趋势图；
图4为实施例2中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经5000次折叠前、后在X波段的电磁屏蔽效能测试图；
图5为实施例2中制备的柔性高频电磁屏蔽材料随折叠次数增加其电磁波阻隔性能变化趋势图；
图6为实施例3中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经7000次折叠前、后在X波段的电磁屏蔽效能测试图；
图7为实施例3中制备的柔性高频电磁屏蔽材料随折叠次数增加其电磁波阻隔性能变化趋势图；
图8为实施例4中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经5000次折叠前、后在X波段的电磁屏蔽效能测试图；
图9为实施例4中制备的柔性高频电磁屏蔽材料随折叠次数增加其电磁波阻隔性能变化趋势图；
图10为实施例5中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经10000次折叠前、后在X波段的电磁屏蔽效能测试图；
图11为实施例5中制备的柔性高频电磁屏蔽材料随折叠次数增加其电磁波阻隔性能变化趋势图；
图12为实施例6中制备的柔性高频电磁屏蔽材料经10000次折叠前、后在X波段的电磁屏蔽效能测试图；
图13为实施例6中制备的柔性高频电磁屏蔽材料随折叠次数增加其电磁波阻隔性能变化趋势图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，由如下组分组成：8份单壁碳纳米管、7份棉纤维、33份聚二甲基硅氧烷，该柔性高频电磁屏蔽材料按如下方法制备：分别将8份单壁碳纳米管、7份棉纤维和33份聚二甲基硅氧烷预聚物加入二氯甲烷中通过机械搅拌混匀，然后按二甲基硅氧烷预聚物重量的10％加入固化剂，再次通过机械搅拌混匀后在45℃的真空条件下去除二氯甲烷，最后放入模具中，在100℃下模压成型，制得柔性高频电磁屏蔽材料。经测试，该柔性高频电磁屏蔽材料在X波段的电磁屏蔽效能能达～40dB，即该复合材料能阻隔约99.99％的电磁波，且经6000次折叠后其电磁屏蔽效能几乎未减少(见图1)；该复合材料的表现较好的柔性，可弯曲可折叠(见图2)，断裂伸长率达80％，并且折叠6000次后电磁波阻隔性能基本没有明显下降(见图3)。
实施例2
一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，由如下组分组成：5份多层石墨烯、15份尼龙纤维、60份聚二甲基硅氧烷，该柔性高频电磁屏蔽材料按如下方法制备：分别将5份多层石墨烯、15份尼龙纤维和60份聚二甲基硅氧烷预聚物加入四氢呋喃中通过超声混匀，然后按二甲基硅氧烷预聚物重量的10％加入固化剂，再次通过超声混匀后在45℃的真空条件下去除四氢呋喃，最后放入模具中，在100℃下模压成型，制得柔性高频电磁屏蔽材料。经测试，该柔性高频电磁屏蔽材料在X波段的电磁屏蔽效能能达～35dB，即该复合材料能阻隔约99.97％的电磁波，且经5000次折叠后其电磁屏蔽效能几乎未减少(见图4)；并且该复合材料的表现较好的柔性，可弯曲可折叠，断裂伸长率达70％，并且折叠5000次后电磁波阻隔性能基本没有明显下降(见图5)。
实施例3
一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，由如下组分组成：6份单壁碳纳米管、30份聚丙烯纤维、70份聚二甲基硅氧烷，该柔性高频电磁屏蔽材料按如下方法制备：分别将6份单壁碳纳米管、30份聚丙烯纤维和70份聚二甲基硅氧烷预聚物加入丙酮中通过机械搅拌混匀，然后按二甲基硅氧烷预聚物重量的10％加入固化剂，再次通过机械搅拌混匀后在45℃的真空条件下去除丙酮，最后放入模具中，在100℃下模压成型，制得柔性高频电磁屏蔽材料。经测试，该柔性高频电磁屏蔽材料在X波段的电磁屏蔽效能能达～40dB，即该复合材料能阻隔约99.99％的电磁波，且经7000次折叠后其电磁屏蔽效能几乎未减少(见图6)；并且该复合材料的表现较好的柔性，可弯曲可折叠，断裂伸长率达70％，并且折叠7000次后电磁波阻隔性能基本没有明显下降(见图7)。
实施例4
一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，由如下组分组成：7份多壁碳纳米管、26份聚丙烯纤维、52份聚二甲基硅氧烷，该柔性高频电磁屏蔽材料按如下方法制备：分别将7份多壁碳纳米管、26份聚丙烯纤维和52份聚二甲基硅氧烷预聚物加入乙酸乙酯中通过超声混匀，然后按二甲基硅氧烷预聚物重量的10％加入固化剂，再次通过超声混匀后在45℃的真空条件下去除乙酸乙酯，最后放入模具中，在100℃下模压成型，制得柔性高频电磁屏蔽材料。经测试，该柔性高频电磁屏蔽材料在X波段的电磁屏蔽效能能达～30dB，即该复合材料能阻隔约99.9％的电磁波，且经5000次折叠后其电磁屏蔽效能几乎未减少(见图8)；并且该复合材料的表现较好的柔性，可弯曲可折叠，断裂伸长率达80％，并且折叠5000次后电磁波阻隔性能基本没有明显下降(见图9)。
实施例5
一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，由如下组分组成：3份单层石墨烯、45份聚丙烯纤维、45聚氨酯，该柔性高频电磁屏蔽材料按如下方法制备：
(1)将45份聚丙烯纤维和45聚氨酯加入N，N-二甲基甲酰胺中通过机械搅拌混匀后在100℃真空干燥去除N，N-二甲基甲酰胺，获得复合物Ⅰ；
(2)将3份单层石墨烯加入乙醇中通过超声混匀，获得单层石墨烯分散液；
(3)将步骤(1)中获得的复合物Ⅰ浸渍在步骤(2)中获得的单层石墨烯分散液中30min后，取出烘干后放入模具中，在100℃下模压成型，制得柔性高频电磁屏蔽材料。经测试，该柔性高频电磁屏蔽材料在X波段的电磁屏蔽效能能达～30dB，即该复合材料能阻隔约99.9％的电磁波，且经10000次折叠后其电磁屏蔽效能几乎未减少(见图10)；并且该复合材料的表现较好的柔性，可弯曲可折叠，断裂伸长率达300％，并且折叠10000次后电磁波阻隔性能基本没有明显下降(见图11)。
实施例6
一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，按质量份计，由如下组分组成：10份多壁碳纳米管、48份棉纤维、88聚氨酯，该柔性高频电磁屏蔽材料按如下方法制备：
(1)将48份棉纤维和88聚氨酯加入三氯甲烷中通过超声混匀后在100℃真空干燥去除三氯甲烷，获得复合物Ⅰ；
(2)将10份多壁碳纳米管加入乙醇中通过超声混匀，获得多壁碳纳米管分散液；
(3)将步骤(1)中获得的复合物Ⅰ浸渍在步骤(2)中获得的多壁碳纳米管分散液中15min后，取出烘干后放入模具中，在100℃下模压成型，制得柔性高频电磁屏蔽材料。经测试，该柔性高频电磁屏蔽材料在X波段的电磁屏蔽效能能达～50dB，即该复合材料能阻隔约99.999％的电磁波，且经10000次折叠后其电磁屏蔽效能几乎未减少(见图12)；并且该复合材料的表现较好的柔性，可弯曲可折叠，断裂伸长率达350％，并且折叠10000次后电磁波阻隔性能基本没有明显下降(见图13)。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，其特征在于，按质量份计，所述柔性高频电磁屏蔽材料由如下组分组成：3-10份导电粒子、7-48份绝缘轻质纤维、32-88柔性高分子材料。
2.如权利要求1所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，其特征在于，所述导电粒子为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯或多层石墨烯中的一种。
3.如权利要求1所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，其特征在于，所述绝缘轻质纤维为棉纤维、尼龙纤维或聚丙烯纤维中的一种。
4.如权利要求1所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料，其特征在于，所述柔性高分子材料为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、天然橡胶、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、热塑性弹性体或氟橡胶中的一种。
5.权利要求1-4任一项所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：将导电粒子和绝缘轻质纤维均匀分散于柔性高分子材料后成型，即可。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法具体为：分别将导电粒子、绝缘轻质纤维和柔性高分子材料预聚物加入有机溶剂中混匀，然后加入固化剂，再次混匀后去除所述有机溶剂，最后放入模具中模压成型，所述柔性高分子材料预聚物与所述固化剂的质量比为10:1。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种。
8.权利要求1-4任一项所述的一种具有双网络结构的柔性高频电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将绝缘轻质纤维和柔性高分子材料加入有机溶剂Ⅰ中混匀后去除所述有机溶剂Ⅰ，获得复合物Ⅰ；
(2)将导电粒子加入有机溶剂Ⅱ中混匀，获得导电粒子分散液；
(3)将步骤(1)中获得的复合物Ⅰ浸渍在步骤(2)中获得的导电粒子分散液中5-30min后，取出烘干后成型，即可。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂Ⅰ和步骤(2)中所述有机溶剂Ⅱ为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或乙醇中的一种。
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