CN110791097A - 一种电磁屏蔽复合材料的制备方法及电磁屏蔽复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合材料的制备方法及电磁屏蔽复合材料，电磁屏蔽复合材料的制备方法包括将表面镀金属四针状氧化锌在高压电场作用下分散在硅橡胶中，然后高温硫化成型的步骤，所述高压电场为交流电场，电场强度为10kV/cm‑50kV/cm。本发明提供的制备方法通过在四针状氧化锌表面镀上金属形成具有导电特性的表面镀金属四针状氧化锌，通过利用其导电特性，使其在合适的高压电场下，能在电场力的作用下进行分散，克服了常规机械力导致填料破碎的难题，有利于四针状氧化锌在硅橡胶中发挥其特殊的空间三维结构的作用，从而有利于促进表面镀金属四针状氧化锌在硅橡胶中形成良好的导电网络，增强复合材料的屏蔽特性。

Description

一种电磁屏蔽复合材料的制备方法及电磁屏蔽复合材料

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合材料的制备方法及电磁屏蔽复合材料。

背景技术

随着电网超高压、特高压输电的大规模应用，电网输电电压等级不断提高，变电站/换流站内的电磁骚扰问题日益突出。此外，由于智能变电建设的加速，变电站空间更加紧凑集约，在有限的空间环境内，一次设备和二次设备之间如何实现有效屏蔽和兼容已日渐受到关注，对电磁兼容性特别是电磁干扰的抑制提出了越来越高的要求。采用电磁屏蔽橡胶将二次设备隔离是抑制电磁骚扰的一种有效方法。

电磁屏蔽橡胶是一种由橡胶基体和导电填料复合而成的复合材料，通过利用导电填料在橡胶基体内形成完整的导电网络，从而使得复合材料达到良好的屏蔽性能。

四针状氧化锌晶须是一种具有独特空间结构的填料，其每个晶须由4根针组成，针部的长度约为1～20μm，基部直径为0.8～3μm，长径比约为10～15，针尖粒径为纳米级，每两根相邻针间夹角近似109度，具有规整的三维立体空间结构，其四针状结构对于形成导电网络非常有利，但四针状氧化锌晶须自身强度较低，采用常规的机械搅拌混胶方法容易造成针尖的断裂，影响导电网络的构建，从而影响复合材料的性能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的利用机械搅拌混胶容易造成四针状氧化锌晶须的针尖断裂，影响导电网络的构件，导致复合材料的电磁屏蔽性能较差的缺陷，从而提供一种电磁屏蔽复合材料的制备方法及电磁屏蔽复合材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括将表面镀金属四针状氧化锌在高压电场作用下分散在硅橡胶中，然后高温硫化成型的步骤，所述高压电场为交流电场，电场强度为10kV/cm-50kV/cm。

进一步的，所述表面镀金属四针状氧化锌的表面金属为银、铜、镍、铝、锡、铅中的至少一种。

进一步的，所述硅橡胶包括硅橡胶基体、交联剂、催化剂以及抑制剂。

进一步的，所述硅橡胶基体为低粘度液体硅橡胶，所述硅橡胶基体的粘度为30cp-1000cp。

进一步的，所述制备方法包括以下步骤：将硅橡胶基体、交联剂、催化剂以及抑制剂混合搅拌制备混炼胶，然后将表面镀金属四针状氧化锌分散在混炼胶中，得到预成型硅橡胶材料，最后将预成型硅橡胶材料进行硫化成型。

进一步的，所述表面镀金属四针状氧化锌在高压电场下的分散时间为20-60分钟。

进一步的，在将所述表面镀金属四针状氧化锌分散在混炼胶中前还包括去除所述混炼胶中的气泡的步骤。

本发明还提供了一种电磁屏蔽复合材料，所述电磁屏蔽复合材料按照上述所有方案中任一种所述的制备方法制备而成。

进一步的，按照所述电磁屏蔽复合材料的总质量计，包括如下重量份的原料：硅橡胶基体100份、交联剂1-5份、催化剂1-3份、表面镀金属四针状氧化锌20-60份、抑制剂1-3份。

进一步的，所述交联剂为羟基硅油，所述催化剂为铂金催化剂，所述抑制剂为炔醇抑制剂。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的电磁屏蔽复合材料的制备方法，通过在四针状氧化锌表面镀上金属形成表面镀金属四针状氧化锌，表面镀金属四针状氧化锌具有导电特性，然后可以利用其导电特性，使其在合适的高压电场下在电场力的作用下进行分散，避免了机械搅拌中设备与四针状氧化锌直接接触而导致四针状氧化锌的针尖断裂的情况发生，克服了常规机械力导致填料破碎的难题，有利于四针状氧化锌在硅橡胶中发挥其特殊的空间三维结构的作用，从而有利于促进表面镀金属四针状氧化锌在硅橡胶中形成良好的导电网络，从而增强复合材料的屏蔽特性。

2.本发明提供的电磁屏蔽复合材料的制备方法，通过选用低粘度液体硅橡胶作为硅橡胶基体，有利于表面镀金属四针状氧化锌在硅橡胶中形成均匀分散的状态，从而可以进一步促进表面镀金属四针状氧化锌在硅橡胶中形成良好的导电网络。

3.本发明提供的电磁屏蔽复合材料，通过将电磁屏蔽复合材料按照本发明提供的电磁屏蔽复合材料的制备方法进行制备，使得本发明的电磁屏蔽复合材料中，表面镀金属四针状氧化锌的完整性较好，即表面镀金属四针状氧化锌在硅橡胶中能形成有良好的导电网络，从而使得电磁屏蔽复合材料具有良好的屏蔽特性。

4.本发明提供的电磁屏蔽复合材料，表面镀金属四针状氧化锌的填充量为20-60时即可形成良好的导电网络，而现有技术中采用镀银铜粉、碳纳米管或石墨作为导电填料时，通常需要填充量达到200份(质量份数)以上才能形成完整的导电网络，导电填料的填充量过大又会导致复合材料的物理机械性能下降、密度增大、成本升高等缺陷，故本申请的电磁屏蔽复合材料与现有技术中的复合材料相比，具有明显的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例5、对比例3及对比例4的电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽性能曲线图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

本发明以下实施例涉及一种电磁屏蔽复合材料的制备方法以及电磁屏蔽复合材料。

具体的，电磁屏蔽复合材料的制备方法包括将表面镀金属四针状氧化锌在高压电场作用下分散在硅橡胶中，然后高温硫化成型的步骤，其中，高压电场为交流电场，电场强度为10kV/cm-50kV/cm。

表面镀金属四针状氧化锌的表面金属优选为银、铜、镍、铝、锡、铅中的至少一种，但不仅限于此。

为保证电磁屏蔽复合材料的机械性能，将硅橡胶设置为具体包括硅橡胶基体、交联剂、催化剂以及抑制剂。其中，为方便表面镀金属四针状氧化锌在硅橡胶中形成良好的导电网络，硅橡胶基体选用低粘度液体硅橡胶，硅橡胶基体的粘度为30cp-1000cp。

在制备电磁屏蔽复合材料时，首先要将硅橡胶基体、交联剂、催化剂以及抑制剂混合搅拌制备得到混炼胶，在制备得到混炼胶后，由于要使表面镀金属四针状氧化锌在电场作用下进行分散，故需要将混炼胶置于非金属模具中，然后在混炼胶表面均匀分散上镀金属四针状氧化锌，再将非金属模具放置在交流电场中，使得镀金属四针状氧化锌在电场力的作用下分散得到预成型硅橡胶材料，最后将预成型硅橡胶材料进行硫化成型即可得到电磁屏蔽复合材料。其中，高压电场的电场电极优选为水平电极板。

其中，表面镀金属四针状氧化锌在高压电场下的分散时间为20-60分钟。硫化成型可在平板硫化剂或烘箱中进行，为使得电磁屏蔽复合材料具有良好的机械性能，在得到混炼胶后，还包括对混炼胶中的气泡进行去除的步骤，该步骤具体为将混炼胶放置在真空箱中进行抽真空操作。

电磁屏蔽复合材料中，按照电磁屏蔽复合材料的总质量计，包括如下重量份的原料：硅橡胶基体100份、交联剂1-5份、催化剂1-3份、表面镀金属四针状氧化锌20-60份、抑制剂1-3份。其中交联剂优选为羟基硅油，催化剂优选为铂金，抑制剂优选为炔醇，但交联剂、催化剂以及抑制剂的种类并不仅限于此。

本发明以下实施例和对比例中所述硅橡胶3450A和硅橡胶3450B购自蓝星有机硅有限公司，所述炔醇抑制剂、铂金催化剂、交联剂羟基硅油购自广东力翔有机硅有限公司。

实施例1

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油2g、铂金催化剂2g、表面镀铜的四针状氧化锌填料20g、炔醇抑制剂2g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂混合制备混炼胶。

2)、将步骤1)得到的混炼胶在真空箱中抽真空，去除混炼胶中气泡；

3)、将步骤2)得到的混炼胶置于聚四氟乙烯模具中，将表面镀铜的四针状氧化锌均匀分散在混炼胶表面，然后放置于10kV/cm的交流电场中，分散20min，得到预成型硅橡胶材料；

4)、将步骤3)得到的预成型硅橡胶材料在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到镀铜四针状氧化锌/硅橡胶电磁屏蔽复合材料。

实施例2

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油1g、铂金催化剂1g、表面镀铝的四针状氧化锌填料30g、炔醇抑制剂1g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂混合制备混炼胶。

2)、将步骤1)得到的混炼胶在真空箱中抽真空，去除混炼胶中气泡；

3)、将步骤2)得到的混炼胶置于聚四氟乙烯模具中，将表面镀铝的四针状氧化锌均匀分散在混炼胶表面，然后放置于20kV/cm的交流电场中，分散30min，得到预成型硅橡胶材料；

4)、将步骤3)得到的预成型硅橡胶材料在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间15分钟，得到镀铝四针状氧化锌/硅橡胶电磁屏蔽复合材料。

实施例3

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油3g、铂金催化剂3g、表面镀锡的四针状氧化锌填料40g、炔醇抑制剂3g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂混合制备混炼胶。

2)、将步骤1)得到的混炼胶在真空箱中抽真空，去除混炼胶中气泡；

3)、将步骤2)得到的混炼胶置于聚四氟乙烯模具中，将表面镀锡的四针状氧化锌均匀分散在混炼胶表面，然后放置于10kV/cm的交流电场中，分散40min，得到预成型硅橡胶材料；

4)、将步骤3)得到的预成型硅橡胶材料在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到镀锡四针状氧化锌/硅橡胶电磁屏蔽复合材料。

实施例4

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油4g、铂金催化剂3g、表面镀镍的四针状氧化锌填料50g、炔醇抑制剂3g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂混合制备混炼胶。

2)、将步骤1)得到的混炼胶在真空箱中抽真空，去除混炼胶中气泡；

3)、将步骤2)得到的混炼胶置于聚四氟乙烯模具中，将表面镀镍的四针状氧化锌均匀分散在混炼胶表面，然后放置于10kV/cm的交流电场中，分散50min，得到预成型硅橡胶材料；

4)、将步骤3)得到的预成型硅橡胶材料在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到镀镍四针状氧化锌/硅橡胶电磁屏蔽复合材料。

实施例5

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油5g、铂金催化剂2g、表面镀银的四针状氧化锌填料60g、炔醇抑制剂3g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂混合制备混炼胶。

2)、将步骤1)得到的混炼胶在真空箱中抽真空，去除混炼胶中气泡；

3)、将步骤2)得到的混炼胶置于聚四氟乙烯模具中，将表面镀银的四针状氧化锌均匀分散在混炼胶表面，然后放置于50kV/cm的交流电场中，分散60min，得到预成型硅橡胶材料；

4)、将步骤3)得到的预成型硅橡胶材料在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到镀银四针状氧化锌/硅橡胶电磁屏蔽复合材料。

对比例1

本对比例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油2g、铂金催化剂2g、镀银玻璃微珠280g、炔醇抑制剂2g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、镀银玻璃微珠、炔醇抑制剂混合制备混炼胶；

2)、将步骤1)得到的混炼胶模压成型后在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到所述的电磁屏蔽复合材料。

对比例2

本对比例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油2g、铂金催化剂2g、镀银铝粉220g、炔醇抑制剂2g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、镀银铝粉、炔醇抑制剂混合制备混炼胶；

2)、将步骤1)得到的混炼胶模压成型后在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到所述的电磁屏蔽复合材料。

对比例3

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油5g、铂金催化剂2g、镀银铝粉60g、炔醇抑制剂3g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、镀银铝粉、炔醇抑制剂混合制备混炼胶；

2)、将步骤1)得到的混炼胶模压成型后在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到所述的电磁屏蔽复合材料。

对比例4

本实施例提供一种电磁屏蔽复合材料,包括如下原料：硅橡胶基体(其中硅橡胶3450A为90g，硅橡胶3450B为10g)100g、交联剂羟基硅油5g、铂金催化剂2g、表面镀银的四针状氧化锌填料60g、炔醇抑制剂3g。

上述电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)、将硅橡胶3450A、硅橡胶3450B、交联剂羟基硅油、铂金催化剂、表面镀银的四针状氧化锌、炔醇抑制剂混合制备混炼胶；

2)、将步骤1)得到的混炼胶模压成型后在平板硫化机上硫化成型，硫化温度120℃，硫化时间10分钟，得到所述的电磁屏蔽复合材料。

试验例

将实施例1-5以及对比例1-4中的电磁屏蔽复合材料的性能进行检测，检测结果见表1，其中，实施例5、对比例3及对比例4的电磁屏蔽复合材料的电磁屏蔽性能曲线见图1。

电磁屏蔽效能检测依据GJB6190-2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》，采用同轴法兰法进行测试。

表1.不同实施例及对比例中电磁屏蔽复合材料的性能参数对比

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括将表面镀金属四针状氧化锌在高压电场作用下分散在硅橡胶中，然后高温硫化成型的步骤，所述高压电场为交流电场，电场强度为10kV/cm-50kV/cm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面镀金属四针状氧化锌的表面金属为银、铜、镍、铝、锡、铅中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硅橡胶包括硅橡胶基体、交联剂、催化剂以及抑制剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅橡胶基体为低粘度液体硅橡胶，所述硅橡胶基体的粘度为30cp-1000cp。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅橡胶基体、交联剂、催化剂以及抑制剂混合搅拌制备混炼胶，然后将表面镀金属四针状氧化锌分散在混炼胶中，得到预成型硅橡胶材料，最后将预成型硅橡胶材料进行硫化成型。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述表面镀金属四针状氧化锌在高压电场下的分散时间为20-60分钟。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在将所述表面镀金属四针状氧化锌分散在混炼胶中前还包括去除所述混炼胶中的气泡的步骤。

8.一种电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽复合材料按照权利要求5-7中任一项所述的制备方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，按照所述电磁屏蔽复合材料的总质量计，包括如下重量份的原料：硅橡胶基体100份、交联剂1-5份、催化剂1-3份、表面镀金属四针状氧化锌20-60份、抑制剂1-3份。

10.根据权利要求9所述的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述交联剂为羟基硅油，所述催化剂为铂金，所述抑制剂为炔醇。

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