CN113278232A - 一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法及电缆外材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法及电缆外材料，具体步骤包括：将配比好的石墨、石墨烯、碳纤维材料混合后在超声波震荡频率为100‑200赫兹，震荡时间为1h‑5h的条件下进行处理；将超声波震荡后的混合物与FEP、NMP在300‑500℃的情况下搅拌均匀，放置在＜270℃的环境下静止其自然凝固；本发明对三种材料均匀混合的同时，将石墨烯从二维材料转化为三维，实现更优异的屏蔽效果；同时在剪切的过程中有效的控制杂质的含量，批次性解决杂质问题，提高了材料处理的工作效率。

Description

一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法及电缆外材料
技术领域
本发明涉及一种屏蔽材料，具体为一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法及电缆外材料。
背景技术
石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。但是目前在医疗器械方面尚未有适应市场需求的产品的出现。
石墨烯是当前最受瞩目的新型材料。自2004年Novoselov和Geim制备出石墨烯后，石墨烯的出现立刻引起了科学界的广泛关注，这种新型碳纤维材料成为继富勒烯、碳纳米管后材料和物理学领域的又一个研究热点，各国学者都对石墨烯结构和性能展开大量研究。石墨烯是一种结晶度高并且能够稳定存在的单原子厚度碳膜，由碳原子六元环紧密构成的两维晶体，具有重复周期的蜂窝状点阵结构，可以翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆积成三维的石墨。由于这种特殊的结构，石墨烯具备许多优异性能，其电子传输速度是Si的100倍，理论比表面积高达2600m2/g，硬度比钻石大同时不失韧性。石墨烯纳米复合材料所表现出的性能同样突出，石墨烯/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽阈值含量仅为0.52vol.％，并且当石墨烯含量为8.8vol.％时，复合材料能对8.2-12.4GHz(X-band)测试条件时获得21dB的屏蔽效率。
可见，石墨、石墨烯材料的化学性质稳定，常温、常压、三维条件下，有着优异的电磁屏蔽效果，可以极大的减轻现有金属作为屏蔽材料的屏蔽电缆的重量。但是现有使用石墨烯制备的屏蔽材料在有些高标准条件下，仍不能达到要求，屏蔽材料的屏蔽效果有待更进一步的提高。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法及电缆外材料，以提高石墨烯电磁屏蔽材料的屏蔽效果。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将石墨、石墨烯、碳纤维材料按质量比为1-2：1-8：1-2混合均匀，得到混合物。
b）将混合物在超声波震荡频率为100-200赫兹，震荡时间为1h-5h的条件下进行处理。
c）将超声波震荡后的混合物与氟化乙烯丙烯共聚物FEP、N-甲基吡咯烷酮NMP在300-500℃的情况下搅拌均匀，所述超声波震荡后的混合物与FEP、NMP二者的质量比为1-3：20.5-100，FEP与NMP的质量比为1-20：50-500。
d）搅拌均匀后将放置在＜270℃的环境下静止其自然凝固。
优选的，所述石墨、石墨烯、碳纤维材料的质量比为1.5：5：1。
优选的，步骤c中所述的搅拌的时间为1-5h。
优选的，所述石墨烯粒度＞200目。
优选的，所述碳纤维材料为500-600T的碳纤维。
优选的，所述震荡时间为5h。
采用所述石墨烯电磁屏蔽材料制备方法生产的电缆外材料。所述石墨烯电磁屏蔽材料的体现形式包括但不限于电线最外层包装、屏蔽薄膜、屏蔽涂料等。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明提供的一种石墨、石墨烯制备电磁屏蔽材料的制作方法，将石墨、石墨烯、碳纤维材料经过超声波震荡处理，对三种材料均匀混合的同时，将石墨烯从二维材料转化为三维，实现更优异的屏蔽效果；同时在震荡剪切的过程中有效的控制杂质的含量，批次性解决杂质问题，提高了材料处理的工作效率。本发明采用石墨、石墨烯及碳纤维材料 经过超声波在100赫兹-200赫兹经过1-5h的震荡下，可使材料中的石墨烯纯度达40%-70%。对于杂质的去除可由10%的杂质降低至1%甚至更低。
本发明利用FEP拉伸强度、耐磨性、抗蠕变性低特性，使制备得到的电线外材料不易磨损。加上材料整体优良的屏蔽效果，提高了对电磁波的屏蔽效果。经过验证，经测试，石墨烯电磁屏蔽材料可以将2000/m的电磁辐射值降为0v/m，而相对的铜网金属材料仅仅能将2000v/m的辐射值降到100v/m，本发明制备的电磁屏蔽材料屏蔽效果优于现有电缆外材料。同时也解决了现有其他金属屏蔽电缆抗氧化能力弱、重量重的问题。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种石墨烯电磁屏蔽电线外材料的制备方法，具体为以下步骤：
1、称取23g石墨烯样品、57g的800目的导电石墨、18g的500T的导电碳纤维到超声波震荡的容器中，在136赫兹的条件下，震荡3h。
2、打开容器，将震荡好的混合材料取出。
3、将20g FEP及360ml NMP放入1000ml的烧杯中，将其搅拌均匀后倒出，将碳混合物加入并将其均匀混合后，将其放置于耐高温的容器中在390℃的情况下加热搅拌均匀。
4、将搅拌均匀后的混合物在350℃的环境下均匀附着在需要屏蔽的电缆外层。搅拌均匀后将混合物在5分钟内进行电缆最外层的包裹，温度不可低于300℃。
5、附着完毕后将屏蔽电缆放置于30℃的环境下冷却成外表层。
以上原料均为优级导电品，碳纤维为500T的导电碳纤维；NMP为分析纯、FEP为FEP分散乳液，固体含量50%以上。
对于以上原料的配比，可获得较佳的屏蔽效果，如碳纤维及石墨的用量过少，可能导致屏蔽效果不太好；如果石墨烯、碳纤维及石墨的用量过大，则会造成原材料的浪费及与FEP及NMP成型后的混合物烘干后不成形。对于石墨材料如人造石墨、天然石墨等，其均有相同的主体结构，均可使用该方法进行有效制作，从而实现不同石墨均可制造出我方屏蔽X光屏蔽产品。
实施例2
一种石墨烯电磁屏蔽电线外材料的制备方法，具体为以下步骤：
1、称取30g石墨烯样品、90g的800目的导电石墨、25g的500T的导电碳纤维到超声波震荡的容器中，在150赫兹的条件下，震荡5h。
2、打开容器，将震荡好的混合材料取出。
3、将20g FEP及360ml NMP放入1000ml的烧杯中，将其搅拌均匀后倒出，将碳混合物加入并将其均匀混合后，将其放置于耐高温的容器中在390℃的情况下加热搅拌均匀。
4、将搅拌均匀后的混合物在400℃的环境下均匀附着在需要屏蔽的电缆外层。搅拌均匀后将混合物在5分钟内进行电缆最外层的包裹，温度不可低于300℃，待均匀涂裹均匀，在270℃及以下的条件下冷却至凝固。
实施例3
一种石墨烯电磁屏蔽电线外材料的制备方法，具体为以下步骤：
1、称取25g石墨烯样品、100g的800目的导电石墨、25g的500T的导电碳纤维到超声波震荡的容器中，在100赫兹的条件下，震荡4h。
2、打开容器，将震荡好的混合材料取出。
3、将20g FEP及360ml NMP放入1000ml的烧杯中，将其搅拌均匀后倒出，将碳混合物加入并将其均匀混合后，将其放置于耐高温的容器中在390℃的情况下加热搅拌均匀。
4、将搅拌均匀后的混合物在300℃的环境下均匀附着在需要屏蔽的电缆外层。搅拌均匀后将混合物在5分钟内进行电缆最外层的包裹，温度不可低于300℃。
5、附着完毕后将屏蔽电缆放置于30℃的环境下冷却成外表层。
试验例1
实施例1-3所制备的石墨烯电磁屏蔽电线外材料与先市场上编织出的铜网进行实验对比：
实施例1-3的材料在低频段上比铜网降低30-35dB；在中频段上比铜网降低50-55dB；在高频段上比铜网降低60-70dB。且可以根据不同的屏段可调整配方以达到最佳屏效。
经测量铜网的方阻值为0欧姆，而经测量实施例1-3所制备的石墨烯电磁屏蔽电线外材料的方阻值为5-100欧姆之间。
铜网的厚度为1mm，实施例1-3所制备的石墨烯电磁屏蔽电线外材料的厚度为0.2-2mm之间。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将石墨、石墨烯、碳纤维材料按质量比为1-2：1-8：1-2混合均匀，得到混合物；
b）将混合物在超声波震荡频率为100-200赫兹，震荡时间为1h-5h的条件下进行处理；
c）将超声波震荡后的混合物与氟化乙烯丙烯共聚物FEP、N-甲基吡咯烷酮NMP在300-500℃的情况下搅拌均匀，所述超声波震荡后的混合物与FEP、NMP二者的质量比为1-3：20.5-100，FEP与NMP的质量比为1-20：50-500；
d）搅拌均匀后将放置在＜270℃的环境下静止其自然凝固。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述石墨、石墨烯、碳纤维材料的质量比为1.5：5：1。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤c中所述的搅拌的时间为1-5h。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯粒度＞200目。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维材料为500-600T的碳纤维。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述震荡时间为5h。
7.采用如权利要求1-6任意一项所述制备方法生产的电缆外材料。
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