CN110527491A - 一种电磁波吸收和热传导复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁波吸收和热传导复合材料及其制备方法,包括以下工艺步骤:将原料电磁波吸收剂、陶瓷粉末、石墨烯、导热填料、交联剂、阻燃剂、有机溶剂分散液比放入搅拌釜中,在真空度为‑0.1MPa下搅拌45~60min;放入预烧设备中,60~90℃下抽真空预烧2~3h;再加入石蜡、环氧树脂,搅拌25~30min;置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的加工的区域温度依次为:150℃,190℃,250~280℃,210℃,200℃;挤出温度180℃,挤出转速为260~320r/min。将所得的成型材料浸没于聚氨酯粘结剂溶液中,取出风干固化即得复合材料,其不仅耐热性好、导热性优良,而且吸波范围广。
Description
技术领域
本发明涉及导热材料技术领域,更具体地,涉及一种电磁波吸收和热传导复合材料,并提供其制备方法。
背景技术
电磁辐射已成为继水污染、大气污染和噪音污染之后的第四大环境污染。近年来,随着各种现代电子设备的广泛使用,以及移动通讯、无线网络和其他通信设备的日益普及,电磁污染日趋严重。电磁污染不仅会影响精密仪器、医疗电子设备、航空航天系统、自动化微处理系统等的正常使用,通过电磁波辐射造成信息泄露,还会对人类的视觉系统、机体免疫系统、心血管系统、内分泌系统、生殖系统以及神经中枢系统等造成伤害,并且由于电磁辐射造成的经济损失以及对人类健康的伤害呈快速上升的趋势,电磁辐射成为人类社会的“隐形杀手”。在此背景下,吸波材料的发展越来越重要。
吸波材料,一种能对所接受到的电磁波通过材料损耗、干涉相消和扩散三种途径来最大限度地防止电磁波的反射效应,能使电磁能流在空间的传输和重新分配的材料。根据吸波方式的不同,可将电磁波吸收材料分为电阻性吸波剂、电介质型吸波剂、磁介质型吸波剂以及其他新型吸波剂材料,根据吸收材料的不同可以分为铁氧体吸波材料、羰基铁吸波材料、金属或金属氧化物超细粉末吸波材料、陶瓷吸波材料等。
现有技术1:CN 108003568 A提供的便是属于铁氧体吸波材料的技术方案,其公开了一种吸波材料技术领域,具体涉及一种具有吸收射频电磁波的注塑粘结复合材料的制备方法,通过将60-80份软磁铁氧体粉、10-20份纳米陶瓷、5-10份纳米石墨烯、10-20份铜粉、10-20 份导电性材料、90-110份粘结树脂、20-30份阻燃剂,5-10份固化剂和3-5份促进剂,经双螺杆挤出机中挤出造粒,并在所制得粒子外表面喷涂一层超细金属粉,风干固化后即得。
该技术方案的优点是:本制备方法工艺简单,所制得的吸波复合材料耐热性好,吸波范围广,特别是对射频电磁波具有高性能的吸收效率。
再有,现有技术2:CN 1767757 B提出的是采用电阻性吸波剂吸波方式的吸波材料,其公开了一种电磁波吸收材料,尤其涉及相结构可调控的聚合物基单层电磁波吸收材料。所述的电磁波吸收材料是由两相或两相以上的聚合物基体与电磁波吸收剂通过共混的方法复合而成的高分子复合材料,所述的聚合物基体由两种或两种以上不相容的聚合物组成。电磁波吸收剂的富集相成为吸波相,电磁波吸收剂的非富集相为透波相,透波相可提供电磁波进入复合材料内部的通道,吸波相则起到吸收电磁波的作用,从而可兼顾单层电磁波吸收材料的波阻抗匹配和电磁损耗效率。
发明内容
本发明设计目的是:为了改善现有吸波导热材料不具有宽频吸收性能、电磁损耗效率低、导热性能受限的现状,提出一种电磁波吸收和热传导复合材料及其制备方法,其具有优秀的热传导能力,优良的电磁损耗,较好的电损耗和温度稳定性,无论在低频段或者高频段均有较好的吸波能力。
为实现上述目的,本发明提出如下技术方案:
一种电磁波吸收和热传导复合材料,采用磁介质型吸波剂方式实现对电磁波的吸收,加入电磁波吸收剂和导热填料等充分混合制得。具体地,其由按重量百分比计的以下原料制备而成:
作为可选项,所述原料中可加入少量颜色填料,优选炭黑。
优选的,所述电磁吸波剂为碳纤维、羧基铁粉、铁硅铝(FeSiAl)合金粉、铁硅铬(FeSiCr) 合金粉和铁镍合金粉中的一种或多种混合物,其粒径范围为0.1~150μm,经预烧、粉粹、砂磨和过筛的工艺加工制作而成。
所述陶瓷粉末为微米级以下粒径大小的陶瓷微粉。
所述石蜡优选微晶蜡、棕榈蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种混合物。
优选的,所述导热填料选自微米级无机氮化物粉末、微米级无机氧化物粉末、微米级金属单质粉末中的至少一种,优选氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅和铝粉中的一种或两种以上的混合物。
优选的,所述交联剂为含氢有机聚硅氧烷,优选甲基含氢硅油,在25℃的黏度为80~ 1200mPa·s,更优选为100~800mPa·s。
所述阻燃剂优选微米级粒径大小的氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或其混合物,其粒径范围为0.1~80μm。
进一步地,所述分散剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物,二者摩尔比为1:1~2:1。
下面提供一种电磁波吸收和热传导复合材料的制备方法,包括以下工艺步骤:
步骤S1:将原料按电磁波吸收剂10-20份、陶瓷粉末3.5-8.5份、石墨烯3-6份、导热填料43-69份、交联剂0.5-1.5份、阻燃剂0.8-1.5份、有机溶剂分散液2.2-3.5份的重量配比放入搅拌釜中,在真空度为-0.1MPa下以500~800r/min的转速搅拌45~60min;
步骤S2:将步骤S1中的所得的混合物放入预烧设备中,60~90℃下抽真空预烧2~3h;
步骤S3:往预烧后的混合物中加入5-8份的石蜡、6-8份的环氧树脂,以150~300r/min 的转速搅拌25~30min;
步骤S4:将步骤S3中所得的混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的加工条件为:第一区域为150℃,第二区域为190℃,第三区域为250~280℃,第四区域为210℃,第五区域为200℃;挤出温度为180℃,挤出转速为260~320r/min。
步骤S5:将步骤S4中所得的成型材料浸没于聚氨酯粘结剂溶液中,取出风干固化即得复合材料。
按照以上步骤制备出的电磁波吸收和热传导复合材料,其产品的导热系数和各项参数如下:
参数 | 测试参考 | 范围 | 单位 |
导热系数Thermal Conductivity | ASTM D5470 | 75~115 | W/m*k |
厚度Thickness | ASTM D374 | —— | mm |
耐温范围Continuous Use Temp | ASTM B114 | -35~360 | ℃ |
体积电阻率Resistance | ASTM D257 | ≤11.2x10<sup>14</sup> | Ω·cm |
介电常数Permittivity | ASTM D150 | 8±0.1 | C^2/(N*M^2) |
热阻Thermal resistance | ASTM D5470 | ≤0.45 | ℃/W |
拉伸强度Tensile Strength | ASTM D412 | ≥24 | MPa |
撕裂强度Tearing strength | ASTM D624 | ≥32 | MPa |
本发明带来的有益效果是:该电磁波吸收和热传导复合材料,制备工艺简单,通过将吸波材料、纳米粉末、石墨烯、导热填料、导热填料、交联剂、阻燃剂、有机溶剂分散液等原料合理搭配,制得的复合材料改善了单一组分吸波材料吸波性能较差的缺陷,不仅耐热性好、导热性优良,而且吸波范围广,特别是对射频电磁波具有高性能的吸收效率;
附图说明
图1为本发明实施例1~3与对比例1的吸波性能测试结果。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案以具体实施例进行清楚、完整地描述。
实施例1:
本实施例提供一种电磁波吸收和热传导复合材料的制备过程,包括以下工艺步骤:将羧基铁粉100g、陶瓷粉末35g、石墨烯30g、导热填料690g、交联剂8g、阻燃剂14g、有机溶剂分散液30g的重量配比放入搅拌釜中,在真空度为-0.1MPa下以800r/min的转速搅拌45min;将所得的混合物放入熔炼炉中,90℃下抽真空预烧3h;往预烧后的混合物中加入50g的石蜡、60g的环氧树脂,以150r/min的转速搅拌25min;将所得的混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的加工条件为:第一区域为150℃,第二区域为190℃,第三区域为250℃,第四区域为210℃,第五区域为200℃;挤出温度为180℃,挤出转速为280r/min。将所得的成型材料浸没于聚氨酯粘结剂溶液中,取出风干固化即得复合材料。
实施例2:
本实施例提供一种电磁波吸收和热传导复合材料的制备过程,包括以下工艺步骤:将羧基铁粉180g、陶瓷粉末55g、石墨烯50g、导热填料520g、交联剂5g、阻燃剂8g、有机溶剂分散液22g的重量配比放入搅拌釜中,在真空度为-0.1MPa下以700r/min的转速搅拌45min;将所得的混合物放入熔炼炉中,90℃下抽真空预烧2h;往预烧后的混合物中加入50g的石蜡、 60g的环氧树脂,以150r/min的转速搅拌25min;将所得的混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的加工条件为:第一区域为150℃,第二区域为190℃,第三区域为250℃,第四区域为210℃,第五区域为200℃;挤出温度为180℃,挤出转速为280r/min。将所得的成型材料浸没于聚氨酯粘结剂溶液中,取出风干固化即得复合材料。
实施例3:
本实施例提供一种电磁波吸收和热传导复合材料的制备过程,包括以下工艺步骤:将羧基铁粉150g、陶瓷粉末38g、石墨烯45g、导热填料620g、交联剂6g、阻燃剂10g、有机溶剂分散液28g的重量配比放入搅拌釜中,在真空度为-0.1MPa下以650r/min的转速搅拌60min;将所得的混合物放入熔炼炉中,90℃下抽真空预烧2.5h;往预烧后的混合物中加入50g的石蜡、72g的环氧树脂,以150r/min的转速搅拌30min;将所得的混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的加工条件为:第一区域为150℃,第二区域为190℃,第三区域为280℃,第四区域为210℃,第五区域为200℃;挤出温度为180℃,挤出转速为 300r/min。将所得的成型材料浸没于聚氨酯粘结剂溶液中,取出风干固化即得复合材料。
对比例1:
本对比例选自现有技术2:CN 1767757 B的实施例1:
本对比例采用的材料:聚合物选取高密度聚乙烯(HDPE)和等规聚丙烯(iPP),电磁波吸收剂选取导电碳黑(CB)。
首先使用双辊开炼机,在160℃将50g的HDPE和50g的iPP混炼5分钟,再加入5g的CB混炼5分钟,然后在19.6MPa的压力下模塑5分钟,随后骤冷到水中,得到厚度为2毫米的吸波片材。
综合以上实施例和对比例的具体方案说明,将经过该方法制备的产品进行如发明内容所述的检测方法检测获得的性能参数表。
表1:
参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 单位 |
导热系数 | 112.6 | 135.6 | 147.9 | 98.3 | W/m*k |
耐温范围 | -32~+384 | -39~+349 | -34~+394 | -34~+344 | ℃ |
热阻 | 0.448 | 0.446 | 0.445 | 0.532 | ℃/W |
拉伸强度 | 24 | 25 | 25 | 11 | MPa |
撕裂强度 | 35 | 37 | 38 | 21 | MPa |
由上述统计数据显示:本发明的电磁波吸收和热传导复合材料在各项性能上较现有技术的吸波片材均有大幅度提升,结合附图1给出的实施例1~3与对比例1的吸波性能测试结果,本发明提出的技术方案,在10~500MHz频段和2~3GHz频段与对比技术相比均有较佳的吸波性能。
上面对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:其由按重量百分比计的以下原料制备而成:
2.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述原料中可加入少量颜色填料,优选炭黑。
3.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述电磁吸波剂为碳纤维、羧基铁粉、铁硅铝(FeSiAl)合金粉、铁硅铬(FeSiCr)合金粉和铁镍合金粉中的一种或多种混合物,其粒径范围为0.1~150μm。
4.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述陶瓷粉末为微米级以下粒径大小的陶瓷微粉。
5.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述石蜡优选微晶蜡、棕榈蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种混合物。
6.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述导热填料选自微米级无机氮化物粉末、微米级无机氧化物粉末、微米级金属单质粉末中的至少一种,优选氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅和铝粉中的一种或两种以上的混合物。
7.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述交联剂为含氢有机聚硅氧烷,优选甲基含氢硅油,在25℃的黏度为80~1200mPa·s,更优选为100~800mPa·s。
8.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述阻燃剂优选微米级粒径大小的氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或其混合物,其粒径范围为0.1~80μm。
9.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,其特征在于:所述分散剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯的混合物,二者摩尔比为1:1~2:1。
10.如权利要求1所述的电磁波吸收和热传导复合材料,提出一种电磁波吸收和热传导复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下工艺步骤:
步骤S1:将原料按电磁波吸收剂10-20份、陶瓷粉末3.5-8.5份、石墨烯3-6份、导热填料43-69份、交联剂0.5-1.5份、阻燃剂0.8-1.5份、有机溶剂分散液2.2-3.5份的重量配比放入搅拌釜中,在真空度为-0.1MPa下以500~800r/min的转速搅拌45~60min;
步骤S2:将步骤S1中的所得的混合物放入预烧设备中,60~90℃下抽真空预烧2~3h;
步骤S3:往预烧后的混合物中加入5-8份的石蜡、6-8份的环氧树脂,以150~300r/min的转速搅拌25~30min;
步骤S4:将步骤S3中所得的混合物置于双螺杆挤出机中挤出造粒,双螺杆挤出机的加工条件为:第一区域为150℃,第二区域为190℃,第三区域为250~280℃,第四区域为210℃,第五区域为200℃,挤出温度为180℃,挤出转速为260~320r/min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191203 |