CN113831686B - 一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将预压后的块状丝瓜络或者经过酚醛树脂处理的块状丝瓜络置于管式炉中进行碳化；将无修饰或铜颗粒修饰后的块状丝瓜络炭作为后续材料；(2)将环氧树脂与三氯甲烷混合，后加入松果炭、加入钛酸钡、固化剂等，制得环氧树脂‑松果炭混合物；先在模具底层平铺一层环氧树脂‑松果炭混合物，然后将块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层环氧树脂‑松果炭混合物；最后，于热压机中固化。本发明的优点在于：不仅具备高电导率、优异电磁屏蔽性能和一定的吸声性能，还同时具有较好的机械性能，为生产具有电磁屏蔽性能和吸声性能的家居装饰材提供参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料和吸声材料技术领域，尤其涉及一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法。
背景技术
随着电子科学技术的迅猛发展，电子设备产品在日益更新，这逐渐丰富了人们的日常生活。但随之而来的电磁污染、电磁干扰以及噪音污染等问题，不仅会影响电子设备之间的正常运行，而且对人们的身体健康也产生了不同程度的危害，尤其是高频电磁波的辐射和长时间噪音危害更大。因此，为了阻碍电磁波对电子设备与人体的影响，以及，噪音对人体的危害，研制一种兼具高效电磁吸收屏蔽与吸声作用的复合材料，就显得尤为重要。
聚合物导电复合材料是一种轻质、低成本、易加工，具有广泛应用前景的新型电磁屏蔽复合材料。研究发现，当在聚合导电复合材料中加入一定的压电相材料，可转换为压电复合材料，从而赋予其一定的吸声功能。因而，本发明可以此为切入点来获得兼具电磁吸收屏蔽与吸声作用的复合材料。
然而，传统的聚合物导电复合材料多采用石墨烯、碳纳米管和金属等作为导电填料。虽然石墨烯、碳纳米管、金属颗粒等的加入可以在一定程度上提高复合材料的性能，但同时也存在一定的局限性；如，石墨烯填料存在价格昂贵、制备工艺繁琐的缺点；金属填料存在密度高、加工性差、缺乏柔韧性和耐腐蚀性的缺点；碳纳米管存在价格昂贵、合成难，且原料生产不环保的缺点。同时，此类电磁屏蔽复合材料因与空气介质间存在明显的阻抗不匹配，屏蔽的机理多以反射为主，产生的反射电磁波会造成电磁波的二次污染。因此，如何解决上述问题成为目前的关键。
丝瓜络纤维是一种能够从自然界中直接、并且还能够反复得到的一种多孔植物纤维材料，其不仅拥有资源丰富、来源广泛、可再生可降解、环保无毒的特点，还具有密度低、孔隙率高、比强度、比模量高和表面含有大量的羟基官能团等天然结构特点。同时，丝瓜络纤维具有由纵横交错的三维网状纤维所构成的三维立体网状中空结构。因此，目前也存在一些利用天然三维网状纤维结构的丝瓜络制备成三维多孔网络结构的丝瓜络炭，然后再与石墨烯或者碳纳米管相结合来制备三维导电骨架的碳化丝瓜复合材料的研究记载。然而上述方法制得的复合材料虽然表现出了较好的电磁屏蔽性能，但由于仍采用石墨烯与碳纳米管，仍存在成本高与不环保的问题，并且其还存在一个更严重的问题：制备的复合材料的机械性能较低，难以大规模的产生实际应用效果。
据此，目前急需一种能同时具备高强度、高电导率、优异电磁屏蔽性能和一定吸声性能的天然三维多孔导电网络复合材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其以来源广泛、价格低廉、绿色环保的天然丝瓜络的主要结构，并利用高温碳化、金属修饰等方式制备三维骨架结构的导电网络，再利用高温碳化生物炭、压电材料与环氧树脂混合，后浇筑到三维导电骨架的丝瓜络上，从而制得同时具备高强度、高电导率、优异电磁屏蔽性能和一定吸声性能的天然三维多孔导电网络复合材料。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)天然三维网络丝瓜络炭制备
a、将天然丝瓜剪成块状；
b、将块状丝瓜络置于热压机中进行预压；
c、将预压后的块状丝瓜络或者经过酚醛树脂处理后的所述块状丝瓜络，置于管式炉中进行碳化，以获得块状丝瓜络炭；
d、将步骤c的块状丝瓜络炭直接作为后续材料；或者，对所述块状丝瓜络炭先进行铜颗粒修饰处理，再作为后续材料；
(2)复合材料制备
a、将环氧树脂与三氯甲烷进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于水浴条件下，磁力搅拌，后加入松果炭，并继续搅拌；然后，再加入钛酸钡，并超声处理；之后，再加入固化剂和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌后真空下除气泡，制得环氧树脂-松果炭混合物；
b、取环氧树脂-松果炭混合物于模具中，先在底层平铺一层所述环氧树脂-松果炭混合物，然后将步骤(1)中制备的块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层所述环氧树脂-松果炭混合物；待环氧树脂-松果炭混合物完全浸入块状丝瓜络炭，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)a中，将天然丝瓜进行剪成大小30×80mm的块状丝瓜络；步骤(1)b中，将块状丝瓜络置于热压机中进行预压，预压厚度3mm。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)c中，经过酚醛树脂处理的块状丝瓜络的获取方法为：将预压后的块状丝瓜络置于酚醛树脂乙醇混合液(酚醛树脂：乙醇＝3:2)中2h，期间每隔20min用搅拌一次；然后，将涂覆酚醛树脂的块状丝瓜络置于热压机中进行固化，热压温度150℃，时间10min，厚度3mm。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)c中，将预压后的块状丝瓜络或者经过酚醛树脂处理后的所述块状丝瓜络，置于管式炉中进行碳化，碳化的具体操作过程为：将相应的块状丝瓜络置于管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；接着，在同样的降温速率下降至室温后，取出静置。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)d中，对块状丝瓜络炭进行铜颗粒修饰处理的操作过程为：将块状丝瓜络炭放入180mL的HCL/HNO3(v/v＝3/1)混合物中，在70℃条件下，磁力搅拌6h，然后用去离子水反复冲洗酸化后的块状丝瓜络炭，直至滤液显中性；然后，将酸化丝瓜络炭放入500mL的CH2OH(CHOH)4CHO和Cu(OH)2混合液(v/v＝1/1)中，在100℃下煮沸1.5h；最后，用去离子水对块状丝瓜络炭进行反复漂洗，直至滤液显中性；之后，在105℃下进行干燥，以获得铜颗粒修饰的酸化块状丝瓜络炭。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)a中，将环氧树脂与三氯甲烷按质量比3：1进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于50℃水浴条件下，磁力搅拌0.5h，后加入15％松果炭，继续搅拌1h；然后，再加入25％钛酸钡，50℃下超声1h，其中每隔15min搅拌一次；之后，再加入固化剂和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌时间20min，搅拌后真空下除气泡10min；其中环氧树脂、固化剂和N,N-二甲基苯胺按质量比100:100:1进行配置。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)a中加入的松果炭通过以下方式制备：
a、将农林废弃物松果进行初步粉碎；为了减少松果中的污垢、杂质，粉碎后，将松果置于自来水中浸泡24h，再用流水反复冲洗2～4次；自然晾干后，利用鼓风干燥箱将稻壳在105℃调节下干燥24h，使其含水率低于3％；最后，使用万能粉碎机将松果粉碎，并用100目筛网筛选得到100目数的松果粉；
b、将松果粉放入管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；在同样的降温速率下，降至室温后，取出，并用3mol/L的硫酸-苯乙酸混合物(v/v＝1/1)，润洗3h，再用温热的蒸馏水(65℃)洗涤至中性；然后，将样品在100℃烘箱中干燥48h，然后保存在干燥器中；
c、将酸化的松果炭与羧甲基纤维素钠按质量比1:20进行混合，加入到去离子水中，50℃下磁力搅拌2h，使羧甲基纤维素钠和酸化松果炭充分混合，然后进行过滤，干燥。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)b中，模具中铺设的底层与顶层环氧树脂-松果炭混合物厚度均为3mm。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)b中，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化的具体操作过程为：先在50℃温度下固化0.5h，再于120℃温度下固化2h。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中还包括步骤c、步骤d：
步骤c、将制备好的复合材料放入设置温度22℃、湿度64％的恒温恒湿箱中进行养生，放置时间为48h；
步骤d、利用覆膜机或者压花机对复合材料进行应用于不同场景的表面修饰。
本发明相比现有技术的优点在于：
(1)本发明的主要原料来源为可再生资源天然纤维，原料来源广泛，价格低廉，节约产品的成本，且利用生物质材料制备电磁屏蔽材料，在一定程度上结解决农林业副产物的处理问题；
(2)本发明利用丝瓜络天然的网络结构，在复合材料内部构建密集的导电通路，提高材料的导电性、电磁屏蔽性和热传导，再以生物质炭/环氧树脂为溶液进行浇筑，不仅使得材料内部的导电网络更致密，还赋予材料的高强度，从而能提高材料对电磁波的多次反射和吸收能力，促进高强度吸收电磁波屏蔽材料的发展；
(3)本发明利用三维网络炭、颗粒炭和压电相材料钛酸钡相结合，在受到外界的噪音振动时压电相会将振动的机械能转变为电能，再通过导电相将电能转化为热能耗散掉，从而起到压电阻尼效果，从而起到吸声额作用；另外，材料自身的多孔结构也能起到一定的吸声作用；因此，材料的多功能性使其适用于家居装饰材，可构建更加健康的居住环境。
附图说明
图1是实施例1中兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的生物炭微观形貌图；
图2是实施例2中兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的生物炭微观形貌图；
图3是实施例3中可降解聚合物基生物炭电磁屏蔽复合材料的生物炭微观形貌图；
图4是实施例4中可降解聚合物基生物炭电磁屏蔽复合材料的生物炭微观形貌图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料，用于家居装饰材，其制备方法如下：
(1)松果炭制备
a、将农林废弃物松果进行初步粉碎；为了减少松果中的污垢、杂质，粉碎后，将松果置于自来水中浸泡24h，再用流水反复冲洗2～4次；自然晾干后，利用鼓风干燥箱将稻壳在105℃调节下干燥24h，使其含水率低于3％；最后，使用万能粉碎机将松果粉碎，并用100目筛网筛选得到100目数的松果粉。
b、将松果粉放入管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；在同样的降温速率下，降至室温后，取出，并用3mol/L的硫酸-苯乙酸混合物(v/v＝1/1)，润洗3h，再用温热的蒸馏水(65℃)洗涤至中性；然后，将样品在100℃烘箱中干燥48h，然后保存在干燥器中。
c、将酸化的松果炭与羧甲基纤维素钠(中性类)按质量比1:20进行混合，加入到去离子水中，50℃下磁力搅拌2h，使羧甲基纤维素钠和酸化松果炭充分混合，然后进行过滤，干燥。
(2)天然三维网络丝瓜络炭制备
a、将预洗和真空干燥的天然丝瓜剪成30×80mm大小的块状丝瓜络。
b、将块状丝瓜络置于热压机中进行预压，预压厚度3mm。
c、将预压后的块状丝瓜络置于管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；接着，在同样的降温速率下降至室温后，取出静置，得块状丝瓜络炭。
(3)复合材料制备
a、将环氧树脂(E-44型环氧树脂)与三氯甲烷按质量比3：1进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于50℃水浴条件下，磁力搅拌0.5h，后加入15％的步骤(1)c制备的松果炭，继续搅拌1h；然后，再加入25％钛酸钡(纳米级钛酸钡颗粒)，50℃下超声1h，其中每隔15min搅拌一次；之后，再加入固化剂(E-44型环氧树脂固化剂)和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌时间20min，搅拌后真空下除气泡10min，制得环氧树脂-松果炭混合物；其中环氧树脂、固化剂和N,N-二甲基苯胺按质量比100:100:1进行配置。
b、取环氧树脂-松果炭混合物于模具中，先在底层平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物，然后将步骤(2)c中制备的块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物；待环氧树脂-松果炭混合物完全浸入块状丝瓜络炭，将材料连同模具一起置于热压机中，先在50℃温度下固化0.5h，再于120℃温度下固化2h。
c、将制备好的复合材料放入设置温度22℃、湿度64％的恒温恒湿箱中进行养生，放置时间为48h。
d、利用覆膜机或者压花机对复合材料进行应用于不同场景的表面修饰。
本实施例复合材料的生物炭微观形貌图如图1所示，其性能测试结果见实施例5。
实施例2
本实施例的一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料，用于家居装饰材，其制备方法如下：
(1)松果炭制备
a、将农林废弃物松果进行初步粉碎；为了减少松果中的污垢、杂质，粉碎后，将松果置于自来水中浸泡24h，再用流水反复冲洗2～4次；自然晾干后，利用鼓风干燥箱将稻壳在105℃调节下干燥24h，使其含水率低于3％；最后，使用万能粉碎机将松果粉碎，并用100目筛网筛选得到100目数的松果粉。
b、将松果粉放入管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；在同样的降温速率下，降至室温后，取出，并用3mol/L的硫酸-苯乙酸混合物(v/v＝1/1)，润洗3h，再用温热的蒸馏水(65℃)洗涤至中性；然后，将样品在100℃烘箱中干燥48h，然后保存在干燥器中。
c、将酸化的松果炭与羧甲基纤维素钠(中性类)按质量比1:20进行混合，加入到去离子水中，50℃下磁力搅拌2h，使羧甲基纤维素钠和酸化松果炭充分混合，然后进行过滤，干燥。
(2)天然三维网络丝瓜络炭制备
a、将预洗和真空干燥的天然丝瓜剪成30×80mm大小的块状丝瓜络。
b、将块状丝瓜络置于热压机中进行预压，预压厚度3mm。
c、将预压后的块状丝瓜络置于酚醛树脂乙醇混合液中(酚醛树脂P832682：无水乙醇＝3:2)2h，期间每隔20min用玻璃棒搅拌一次；然后，将涂覆酚醛树脂的块状丝瓜络置于热压机中进行固化，热压温度150℃，时间10min，厚度3mm。
d、将经过酚醛树脂处理后的块状丝瓜络置于管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；接着，在同样的降温速率下降至室温后，取出静置，得块状丝瓜络炭。
(3)复合材料制备
a、将环氧树脂(E-44型环氧树脂)与三氯甲烷按质量比3：1进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于50℃水浴条件下，磁力搅拌0.5h，后加入15％的步骤(1)c制备的松果炭，继续搅拌1h；然后，再加入25％钛酸钡(纳米级钛酸钡颗粒)，50℃下超声1h，其中每隔15min搅拌一次；之后，再加入固化剂(E-44型环氧树脂固化剂)和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌时间20min，搅拌后真空下除气泡10min，制得环氧树脂-松果炭混合物；其中环氧树脂、固化剂和N,N-二甲基苯胺按质量比100:100:1进行配置。
b、取环氧树脂-松果炭混合物于模具中，先在底层平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物，然后将步骤(2)中制备的块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物；待环氧树脂-松果炭混合物完全浸入块状丝瓜络炭，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化，先在50℃温度下固化0.5h，再于120℃温度下固化2h。
c、将制备好的复合材料放入设置温度22℃、湿度64％的恒温恒湿箱中进行养生，放置时间为48h。
d、利用覆膜机或者压花机对复合材料进行应用于不同场景的表面修饰。
本实施例复合材料的生物炭微观形貌图如图2所示，其性能测试结果见实施例5。
实施例3
本实施例的一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料，用于家居装饰材，其制备方法如下：
(1)松果炭制备
a、将农林废弃物松果进行初步粉碎；为了减少松果中的污垢、杂质，粉碎后，将松果置于自来水中浸泡24h，再用流水反复冲洗2～4次；自然晾干后，利用鼓风干燥箱将稻壳在105℃调节下干燥24h，使其含水率低于3％；最后，使用万能粉碎机将松果粉碎，并用100目筛网筛选得到100目数的松果粉。
b、将松果粉放入管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；在同样的降温速率下，降至室温后，取出，并用3mol/L的硫酸-苯乙酸混合物(v/v＝1/1)，润洗3h，再用温热的蒸馏水(65℃)洗涤至中性；然后，将样品在100℃烘箱中干燥48h，然后保存在干燥器中。
c、将酸化的松果炭与羧甲基纤维素钠(中性类)按质量比1:20进行混合，加入到去离子水中，50℃下磁力搅拌2h，使羧甲基纤维素钠和酸化松果炭充分混合，然后进行过滤，干燥。
(2)天然三维网络丝瓜络炭制备
a、将预洗和真空干燥的天然丝瓜剪成30×80mm大小的块状丝瓜络。
b、将块状丝瓜络置于热压机中进行预压，预压厚度3mm。
c、将预压后的块状丝瓜络置于管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；接着，在同样的降温速率下降至室温后，取出静置，得块状丝瓜络炭。
d、对步骤c制得的块状丝瓜络炭进行铜颗粒修饰处理：将块状丝瓜络炭放入180mL的HCL/HNO3(v/v＝3/1)混合物中，在70℃条件下，磁力搅拌6h，然后用去离子水反复冲洗酸化后的块状丝瓜络炭，直至滤液显中性；然后，将酸化丝瓜络炭放入500mL的CH2OH(CHOH)4CHO(选用葡萄糖单体)和Cu(OH)2混合液(v/v＝1/1)中，在100℃下煮沸1.5h；最后，用去离子水对块状丝瓜络炭进行反复漂洗，直至滤液显中性；之后，在105℃下进行干燥，以获得铜颗粒修饰的酸化块状丝瓜络炭。
(3)复合材料制备
a、将环氧树脂(E-44型环氧树脂)与三氯甲烷按质量比3：1进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于50℃水浴条件下，磁力搅拌0.5h，后加入15％的步骤(1)c制备的松果炭，继续搅拌1h；然后，再加入25％钛酸钡(纳米级钛酸钡颗粒)，50℃下超声1h，其中每隔15min搅拌一次；之后，再加入固化剂(E-44型环氧树脂固化剂)和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌时间20min，搅拌后真空下除气泡10min，制得环氧树脂-松果炭混合物；其中环氧树脂、固化剂和N,N-二甲基苯胺按质量比100:100:1进行配置。
b、取环氧树脂-松果炭混合物于模具中，先在底层平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物，然后将步骤(2)中制备的铜颗粒修饰的酸化块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物；待环氧树脂-松果炭混合物完全浸入块状丝瓜络炭，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化，先在50℃温度下固化0.5h，再于120℃温度下固化2h。
c、将制备好的复合材料放入设置温度22℃、湿度64％的恒温恒湿箱中进行养生，放置时间为48h。
d、利用覆膜机或者压花机对复合材料进行应用于不同场景的表面修饰。
本实施例复合材料的生物炭微观形貌图如图3所示，其性能测试结果见实施例5。
实施例4
本实施例的一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料，用于家居装饰材，其制备方法如下：
(1)松果炭制备
a、将农林废弃物松果进行初步粉碎；为了减少松果中的污垢、杂质，粉碎后，将松果置于自来水中浸泡24h，再用流水反复冲洗2～4次；自然晾干后，利用鼓风干燥箱将稻壳在105℃调节下干燥24h，使其含水率低于3％；最后，使用万能粉碎机将松果粉碎，并用100目筛网筛选得到100目数的松果粉。
b、将松果粉放入管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；在同样的降温速率下，降至室温后，取出，并用3mol/L的硫酸-苯乙酸混合物(v/v＝1/1)，润洗3h，再用温热的蒸馏水(65℃)洗涤至中性；然后，将样品在100℃烘箱中干燥48h，然后保存在干燥器中。
c、将酸化的松果炭与羧甲基纤维素钠(中性类)按质量比1:20进行混合，加入到去离子水中，50℃下磁力搅拌2h，使羧甲基纤维素钠和酸化松果炭充分混合，然后进行过滤，干燥。
(2)天然三维网络丝瓜络炭制备
a、将预洗和真空干燥的天然丝瓜剪成30×80mm大小的块状丝瓜络。
b、将块状丝瓜络置于热压机中进行预压，预压厚度3mm。
c、将预压后的块状丝瓜络置于酚醛树脂乙醇混合液中(酚醛树脂P832682：无水乙醇＝3:2)2h，期间每隔20min用玻璃棒搅拌一次；然后，将涂覆酚醛树脂的块状丝瓜络置于热压机中进行固化，热压温度150℃，时间10min，厚度3mm。
d、将经过酚醛树脂处理后的块状丝瓜络置于管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；接着，在同样的降温速率下降至室温后，取出静置，得块状丝瓜络炭。
e、将步骤d制得的块状丝瓜络炭进行铜颗粒修饰处理：将块状丝瓜络炭放入180mL的HCL/HNO3(v/v＝3/1)混合物中，在70℃条件下，磁力搅拌6h，然后用去离子水反复冲洗酸化后的块状丝瓜络炭，直至滤液显中性；然后，将酸化丝瓜络炭放入500mL的CH2OH(CHOH)4CHO(选用葡萄糖单体)和Cu(OH)2混合液(v/v＝1/1)中，在100℃下煮沸1.5h；最后，用去离子水对块状丝瓜络炭进行反复漂洗，直至滤液显中性；之后，在105℃下进行干燥，以获得铜颗粒修饰的酸化块状丝瓜络炭。
(3)复合材料制备
a、将环氧树脂(E-44型环氧树脂)与三氯甲烷按质量比3：1进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于50℃水浴条件下，磁力搅拌0.5h，后加入15％的步骤(1)c制备的松果炭，继续搅拌1h；然后，再加入25％钛酸钡(纳米级钛酸钡颗粒)，50℃下超声1h，其中每隔15min搅拌一次；之后，再加入固化剂(E-44型环氧树脂固化剂)和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌时间20min，搅拌后真空下除气泡10min，制得环氧树脂-松果炭混合物；其中环氧树脂、固化剂和N,N-二甲基苯胺按质量比100:100:1进行配置。
b、取环氧树脂-松果炭混合物于模具中，先在底层平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物，然后将步骤(2)中制备的铜颗粒修饰的酸化块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层3mm厚的所述环氧树脂-松果炭混合物；待环氧树脂-松果炭混合物完全浸入块状丝瓜络炭，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化，先在50℃温度下固化0.5h，再于120℃温度下固化2h。
c、将制备好的复合材料放入设置温度22℃、湿度64％的恒温恒湿箱中进行养生，放置时间为48h。
d、利用覆膜机或者压花机对复合材料进行应用于不同场景的表面修饰。
本实施例复合材料的生物炭微观形貌图如图4所示，其性能测试结果见实施例5。
实施例5
本实施例的一种上述实施例1～4中兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的性能测试结果。
按照各实施例原料配方与制备方法分别制备相应的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料，并分别制样测试。
各项性能测试结果如表1所示。表1分别按照LY/T 1700-2007、GB/T 24137-2009、GB/T 9341-2008、GB/T 30142-2013、GB/T 32511-2016、GB T 18696.2-2002、GB/T 16731-1997测量复合材料的尺寸稳定性、表面性能、机械性能、甲醛释放量、体积电阻率，以及在2-18GHz和100-5KHz下使用微波矢量网络分析仪和声发射测量和评价材料的电磁屏蔽性和吸声性等。
表1各实施例复合材料的性能测试结果
根据表1可知，本发明复合材料不仅具备高电导率、优异电磁屏蔽性能和一定的吸声性能，还同时具有较好的机械性能，为生产具有电磁屏蔽性能和吸声性能的家居装饰材提供参考价值。
同时，基于各实施例在“天然三维网络丝瓜络炭制备”过程的区别，再具体分析表1各数据可知：(1)在复合材料中通过嵌入未修饰或修饰(酚醛树脂修饰和/或铜颗粒修饰)的网络状丝瓜络碳，会对复合材料的体积电阻率和电磁屏蔽性能产生不同的影响；从结果来看，实施例4的体积电阻率和电磁屏蔽性能分别为9.6Ω/cm和50.8dB，相较于实施例1～3的体积电阻率分别降低87.1％、80.8％、70.4％，电磁屏蔽性能分别提高48.2％、40.4％、35.5％；并且，再根据实施例1～3之间的数据对比，说明对网络状丝瓜络炭的前后修饰改性，可以有效的降低材料的体积电阻率，从而提高材料的导电性，进一步提高材料的电磁屏蔽性能。(2)从材料的降噪系数可知，实施例1～4降噪系数会随着材料导电性的增加而增加，是因为在材料内部加入一定压电相材料钛酸钡，使其能够在外界声波的振动下将机械能转化为电能，然后通过材料内部的导电网络将电能转化为热能消耗掉，从而起到吸声降噪的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1. 一种兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）天然三维网络丝瓜络炭制备
a、将天然丝瓜剪成块状；
b、将块状丝瓜络置于热压机中进行预压；
c、将预压后的块状丝瓜络经过酚醛树脂处理后，置于管式炉中进行碳化，以获得块状丝瓜络炭；其中，经过酚醛树脂处理的块状丝瓜络的获取方法为：将预压后的块状丝瓜络置于酚醛树脂乙醇混合液中2h，期间每隔20min用搅拌一次；然后，将涂覆酚醛树脂的块状丝瓜络置于热压机中进行固化，热压温度150℃，时间10min，厚度3mm；
d、对步骤c的块状丝瓜络炭先进行铜颗粒修饰处理，再作为后续材料；其中，对块状丝瓜络炭进行铜颗粒修饰处理的操作过程为：将块状丝瓜络炭放入180mL的HCL/HNO3混合物中，在70℃条件下，磁力搅拌6h，然后用去离子水反复冲洗酸化后的块状丝瓜络炭，直至滤液显中性；然后，将酸化丝瓜络炭放入500mL的CH2OH(CHOH)4CHO和Cu(OH)2混合液中，在100℃下煮沸1.5h；最后，用去离子水对块状丝瓜络炭进行反复漂洗，直至滤液显中性；之后，在105℃下进行干燥，以获得铜颗粒修饰的酸化块状丝瓜络炭；
（2）复合材料制备
a、将环氧树脂与三氯甲烷进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于水浴条件下，磁力搅拌，后加入松果炭，并继续搅拌；然后，再加入钛酸钡，并超声处理；之后，再加入固化剂和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌后真空下除气泡，制得环氧树脂-松果炭混合物；
b、取环氧树脂-松果炭混合物于模具中，先在底层平铺一层所述环氧树脂-松果炭混合物，然后将步骤（1）中制备的块状丝瓜络炭进行平铺，最后，再平铺一层所述环氧树脂-松果炭混合物；待环氧树脂-松果炭混合物完全浸入块状丝瓜络炭，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化。
2. 根据权利要求1所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）a中，将天然丝瓜进行剪成大小30×80 mm的块状丝瓜络；步骤（1）b中，将块状丝瓜络置于热压机中进行预压，预压厚度3mm。
3.根据权利要求1所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）c中，将预压后的块状丝瓜络经过酚醛树脂处理后，置于管式炉中进行碳化，碳化的具体操作过程为：将相应的块状丝瓜络置于管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；接着，在同样的降温速率下降至室温后，取出静置。
4.根据权利要求1所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）a中，将环氧树脂与三氯甲烷按质量比3：1进行混合，以降低环氧树脂的粘度；然后，将混合物置于50℃水浴条件下，磁力搅拌0.5h，后加入15%松果炭，继续搅拌1h；然后，再加入25%钛酸钡，50℃下超声1h，其中每隔15min搅拌一次；之后，再加入固化剂和N,N-二甲基苯胺进行搅拌，搅拌时间20min，搅拌后真空下除气泡10min；其中环氧树脂、固化剂和N,N-二甲基苯胺按质量比100:100:1进行配置。
5.根据权利要求1所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）a中加入的松果炭通过以下方式制备：
a、将农林废弃物松果进行初步粉碎；粉碎后，将松果置于自来水中浸泡24h，再用流水反复冲洗2~4次；自然晾干后，利用鼓风干燥箱将稻壳在105℃调节下干燥24h，使其含水率低于3％；最后，使用万能粉碎机将松果粉碎，并用100目筛网筛选得到100目数的松果粉；
b、将松果粉放入管式炉中，以10℃/min的升温速率，升温至800℃，并恒温1h，利用高纯氮作为保护气，流量为200mL/min；在同样的降温速率下，降至室温后，取出，并用3mol/L的硫酸-苯乙酸混合物，润洗3h，再用温热的蒸馏水洗涤至中性；然后，将样品在100°C烘箱中干燥48h，然后保存在干燥器中；
c、将酸化的松果炭与羧甲基纤维素钠按质量比1:20进行混合，加入到去离子水中，50℃下磁力搅拌2h，使羧甲基纤维素钠和酸化松果炭充分混合，然后进行过滤，干燥。
6.根据权利要求1所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）b中，模具中铺设的底层与顶层环氧树脂-松果炭混合物厚度均为3mm。
7.根据权利要求1所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）b中，将材料连同模具一起置于热压机中进行固化的具体操作过程为：先在50℃温度下固化0.5h，再于120℃温度下固化2h。
8.根据权利要求1~7任一所述的兼具屏蔽与吸声功能的多孔网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中还包括步骤c、步骤d：
步骤c、将制备好的复合材料放入设置温度22℃、湿度64%的恒温恒湿箱中进行养生，放置时间为48h；
步骤d、利用覆膜机或者压花机对复合材料进行表面修饰。
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