CN113980427A - 一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法。采用生物质材料为原材料，经过化学预处理、冷冻干燥和高温处理得到的多孔连通的三维网络生物质炭，然后将双酚F型环氧树脂通过真空浇筑填充到所述炭化处理后的多孔连通的三维网络结构生物质炭上经固化反应后得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料；该复合材料其制备方法简单，生产加工的成本低，具有高效的电磁屏蔽效能，使其具备了在民事和军事领域应用的潜质，特别是该研究实现了农业生产废弃物在电磁屏蔽领域的高附加值可持续利用。

Description

一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代化信息技术的迅猛发展，电磁波在电子产品、数据传输、电子通讯、无线网络系统、卫星发射、现代检测技术、雷达探测技术、医疗诊断等领域得以大规模应用，为人们的生活提供了巨大便利的同时也带来了严重的电磁辐射污染问题。电磁污染的问题不容低估，会严重危害人们的身体健康，此外，电磁波的存在还容易引起信息泄露及干扰其他电子设备正常运行。考虑到电磁波污染源的多样性以及不可避免性，采用电磁屏蔽措施是控制污染、降低电磁辐射危害的重要可行性途径。金属基电磁屏蔽材料虽具有较高的屏蔽效能，当其密度大、易腐蚀等缺点限制其在航空航天、军事装备和电子通讯设备等领域的应用。聚合物电磁屏蔽材料主要由聚合物基体与导电/导磁纳米填充体系组成，其具有易加工成型、成本低、耐酸碱腐蚀等优势，但聚合物基复合材料仍存在电磁屏蔽效能(Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness，EMI SE)比金属基电磁屏蔽材料差的缺点。主要问题在于纳米填料在聚合物基体中难以分散，且高含量纳米填料会带来复合材料的流动性、力学性能的不利影响。其中，通过预先构筑导电网络结构，如石墨烯气凝胶(GA)和发泡材料等，再通过原位聚合引入环氧等聚合物基体的方法亦可构筑热固性聚合物的高效导电隔离结构，实现聚合物基电磁屏蔽复合材料的高效电磁屏蔽效能。
当前，随着人类社会的发展，能源材料不断消耗，如果不加以节约和改善，未来将会出现能源材料的短缺，因此，人们更倾向于使用廉价、可再生、资源丰富并且环保的生物材料替代或部分替代能源材料或者化学材料，将这些农业废弃物进行有效处理和利用实现可再生资源的充分利用。经研究发现，很多生物材料，例如，树木、稻壳、丝瓜烙、茄子和秸秆等，经过高温热处理后得到的炭化材料能够保留最初的多孔结构，得到多孔导电网络骨架结构。
现有技术中也有报道采用农作物废弃物(秸秆)为原料制备生物质电磁屏蔽材料，但现有关于生物质电磁屏蔽材料的研究，为了获得高性能的电磁屏蔽功效，多以廉价生物质炭复合大量昂贵石墨烯等纳米碳材料或其他高导电纳米材料，极大增加了生产加工的成本，或是以较优质的生物质(木材)为原料，或是制备成本较高，例如现有专利技术CN108794812 A公开了一种电磁屏蔽材料，该电磁屏蔽材料包括聚合物基体以及分散在聚合物基体中的石墨烯-生物炭复合填料，生物质为木屑、竹屑、稻壳、秸秆或椰壳中的任意一种或多种混合；再例如现有技术CN111269570A中还公开了一种炭化丝瓜/石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，该方法是将石墨烯和碳纳米管分散在聚乙烯醇溶液中，将其浇在矩形丝瓜络上，真空干燥后压实，之后放入管式炉中进行炭化，得到CL/GNSs-CNT复合材料，再将氰酸酯和环氧树脂混合搅拌，之后浇注在CL/GNSs-CNT复合材料上，固化，得到炭化丝瓜/石墨烯-碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料。
发明内容
针对上述现有技术和工艺存在的不足，本发明的目的在于提供一种电磁屏蔽性能优异、制备工艺简单，且成本低廉的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法，其具体技术方案如下：
一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，其特征在于，包括炭化处理的多孔生物质基材和真空浇筑填充到所述炭化处理后的生物质基材上的环氧树脂，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂，所述生物质炭电磁屏蔽复合材料在室温下的压缩强度在5.0～150MPa之间，电导率为0.001～6.41s/cm，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能为5.0～80dB。
优选地，所述生物质基材选自玉米芯、苎麻杆、丝瓜烙、茄子、稻壳中的一种或多种，其生物质炭为多孔连通结构。
此外，本发明还提供一种尺寸可调环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，所述复合材料包括多个权利要求1或2所述的复合材料，所述多个复合材料在模具中紧密排列后通过浇注双酚F型环氧树脂胶接后而成型；
或者，所述复合材料包括多个权利要求1或2所述的炭化处理后的生物质基材，将所述多个生物质材料在模具中紧密排列后整体浇注双酚F型环氧树脂而成型。
另一方面，本发明还提供环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)预处理，将生物质基材浸渍在含有10～15wt％NaOH和5～7.5wt％NaSO3的混合溶液中，进行搅拌，并在60～80℃条件下反应12～24h，然后用去离子水冲洗；
(2)冷冻干燥，将冲洗后的生物质材料在0～-18℃条件下进行冷冻6～24h；然后冷冻状态的生物质材料转移至冷冻干燥机，冷冻干燥处理2～7天，得到干燥的具有多孔连通的三维网络结构生物质材料；
(3)炭化处理，将所述干燥的具有多孔三维网络结构的生物质材料，置于炭化炉中，并使用氮气或者氩气等惰性气体保护，在一定温度范围进行炭化处理1～4h；之后进行降温冷却，得到多孔连通的三维网络结构生物质炭材料；
(4)真空辅助浇注成型，取一定量的双酚F型环氧树脂加热到50-80℃，并加入固化剂后搅拌5-30min，将搅拌均匀的所述双酚F型环氧树脂浇注到炭化后的生物质炭材料中，并放入60-100℃的真空干燥箱中进行真空预处理，预处理后将所述真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，在该固化温度下反应后得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
优选地，步骤(1)中，所述生物质材料和所述混合溶液的体积比例为1:(2～10)。
优选地，其特征在于，步骤(3)中，所述炭化炉为管式炉，所述炭化温度为500～1500℃，所述炭化处理的升温速率保持在0.5～5℃/h，达到炭化温度后保持1～4h。
优选地，步骤(4)中，所述双酚F型低粘度环氧树脂为CYDF-170或CYDF-180，所述固化剂为二乙基甲苯二胺或三乙烯四胺，所述搅拌均匀的环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:0.5～1:2。
优选地，步骤(4)中，所述双酚F型环氧树脂在50-80℃范围内的粘度<1Pa·s。
优选地，步骤(4)中，所述真空预处理时的真空负压为0.05～0.1MPa；抽真空的时间为0.5～2h，所述固化温度下反应时间＞2h。
优选地，所述生物质基材选自玉米芯、苎麻杆、丝瓜烙、茄子、稻壳中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：
1.本发明以多孔生物质为模板，经过预处理、冷冻及高温炭化处理后得到的三维网络生物质炭骨架具有较为均匀和规则的多孔结构，保证了生物质炭材料在环氧树脂基生物质炭复合材料中的均匀分散；
2.本发明利用生物质材料本身的三维网络生物质炭骨架结构可使生物质炭材料在树脂基电磁屏蔽复合材料中形成三维导电网络骨架，使得复合材料具有良好的电磁屏蔽效能。本发明制备的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料能够提供新的电磁波消耗途径，提供了能够衰减更多电磁波的多界面结构，进一步增强了复合材料的电磁屏蔽效能，有望将该环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料应用于高屏蔽要求的民用电子设备、军事用电子设备和电磁环境安全防护领域，同时实现农业废弃物和农产品在电磁屏蔽领域的高附加值可持续利用。
3.本发明所制备的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，其制备方法简单，生产加工的成本低，并且所获得的生物质炭电磁屏蔽复合材料在室温下的压缩强度在5.0～150MPa之间，电导率为0.001～6.41s/cm，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能为5.0～80dB。
附图说明
图1(a)炭化后玉米芯的外观图；(b)炭化后玉米芯断面的SEM图；
图2玉米芯经过500℃处理后制备的环氧树脂基生物炭电磁屏蔽复合材料在8～12GHz的电磁屏蔽效能；
图3玉米芯经过800℃处理后制备的环氧树脂基生物炭电磁屏蔽复合材料在8～12GHz的电磁屏蔽效能；
图4玉米芯经过1000℃处理后制备的环氧树脂基生物炭电磁屏蔽复合材料在8～12GHz的电磁屏蔽效能；
图5玉米芯经过1200℃处理后制备的环氧树脂基生物炭电磁屏蔽复合材料在8～12GHz的电磁屏蔽效能；
图6玉米芯经过1500℃处理后制备的环氧树脂基生物炭电磁屏蔽复合材料在8～12GHz的电磁屏蔽效能；
图7茄子经过1200℃处理后制备的环氧树脂基生物炭电磁屏蔽复合材料在8～12GHz的电磁屏蔽效能。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，实施例中这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清除和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
实施例1
将玉米芯浸渍在含有15wt％NaOH和7.5wt％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在80℃条件下反应24h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：2；随后，将冲洗掉混合溶液的玉米芯在-18℃条件下进行冷冻，12h后，冷冻干燥3天。将冷冻干燥好的玉米芯送入管式炉中，在2℃/min的升温速率下加热到500℃进行炭化处理，使用Ar为惰性气体，在此条件下维持2h，冷却；
取双酚F型环氧树脂CYDF-170加热到60℃，加入固化剂二乙基甲苯二胺搅拌5min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:0.5。将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的玉米芯炭材料中，并放入60℃的真空干燥箱中在0.1MPa条件下抽真空30min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化反应2h以上后得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的电导率为0.002s/cm环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的压缩强度为6.79MPa，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能是5.0dB(见图2)，在该效能下可使68.4％的电磁波被屏蔽。
实施例2
将玉米芯浸渍在含有15wt％NaOH和7.5wt％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在80℃条件下反应24h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：5；随后，将冲洗掉混合溶液的玉米芯在-18℃条件下进行冷冻，12h后，冷冻干燥4天。将冷冻干燥好的玉米芯送入管式炉中，在5℃/min的升温速率下加热到800℃进行炭化处理，使用Ar为惰性气体，在此条件下维持1h，冷却；
取双酚F型环氧树脂CYDF-170加热到80℃，加入固化剂二乙基甲苯二胺搅拌30min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:2，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的玉米芯炭材料中，并放入100℃的真空干燥箱中，在0.08MPa条件下抽真空60min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化反应2h以上得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的玉米芯炭化物环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的电导率为0.56s/cm，环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下压缩强度为9.49MPa，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能是56.0dB(见图3)，在该效能下可使99.9997％的电磁波被屏蔽，接近军事装备屏蔽效能的要求；
实施例3
将玉米芯浸渍在含有12％wtNaOH和5wt％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在80℃条件下反应24h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：10；随后，将冲洗掉混合溶液的玉米芯在-18℃条件下进行冷冻，12h后，冷冻干燥3天。将冷冻干燥好的玉米芯送入管式炉中，在3℃/min的升温速率下加热到1000℃进行炭化处理，使用Ar为惰性气体，在此条件下维持4h，冷却；
取双酚F型环氧树脂CYDF-170加热到60℃，加入固化剂二乙基甲苯二胺搅拌20min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:1，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的玉米芯炭材料中，并放入70℃的真空干燥箱中在0.09MPa条件下抽真空120min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化反应2h以上得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的玉米芯炭化物环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的电导率为2.48s/cm，环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的压缩强度为9.66MPa，的在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能是64.0dB(见图4)，在该效能下可使99.99996％的电磁波被屏蔽，超过军事装备屏蔽效能的要求。
实施例4
将玉米芯浸渍在含有15wt％NaOH和7.5wt％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在80℃条件下反应24h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：5；随后，将冲洗掉混合溶液的玉米芯在-18℃条件下进行冷冻，12h后，冷冻干燥2天。将冷冻干燥好的玉米芯送入管式炉中，在5℃/min的升温速率下加热到1200℃进行炭化处理，使用Ar为惰性气体，在此条件下维持4h，冷却；
取双酚F型环氧树脂CYDF-170加热到60℃，加入固化剂三乙烯四胺搅拌10min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:1.5，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的玉米芯炭材料中，并放入70℃的真空干燥箱中在0.1MPa条件下抽真空60min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化反应2h以上，得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的玉米芯炭化物在室温下的电导率为4.53s/cm，环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的压缩强度为13.35MPa，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能是66.9dB(见图5)，在该效能下可使99.99998％的电磁波被屏蔽，超过军事装备屏蔽效能的要求。
实施例5
将玉米芯浸渍在含有15％NaOH和7.5％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在80℃条件下反应24h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：6；随后，将冲洗掉混合溶液的玉米芯在-18℃条件下进行冷冻，12h后，冷冻干燥7天。将冷冻干燥好的玉米芯送入管式炉中，在3℃/min的升温速率下加热到1500℃进行炭化处理，使用Ar为惰性气体，在此条件下维持2h，冷却；
取双酚F型环氧树脂CYDF-170加热到60℃，加入固化剂三乙烯四胺搅拌25min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:1，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的玉米芯炭材料中，并放入50℃的真空干燥箱中在0.1MPa条件下抽真空80min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的玉米芯炭化物在室温下的电导率为6.41s/cm，环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的压缩强度为14.77MPa，环氧树脂基生物质炭复合材料在波段8GHz～12GHz时，总电磁屏蔽效能是69.8dB(见图6)，在该效能下可使99.99999％的电磁波被屏蔽，达到电磁环境安全防护技术的要求。
实施例6
将茄子芯浸渍在含有10wt％NaOH和5wt％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在80℃条件下反应12h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：5；随后，将冲洗掉混合溶液的茄子芯在0℃条件下进行冷冻，18h后，冷冻干燥7天。将冷冻干燥好的茄子芯送入管式炉中，在4℃/min的升温速率下加热到1200℃进行炭化处理，使用Ar为惰性气体，在此条件下维持2h，冷却；
取双酚F型环氧树脂CYDF-180加热到60℃，加入固化剂三乙烯四胺搅拌30min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:1，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的茄子芯炭材料中，并放入60℃的真空干燥箱中在0.08MPa条件下抽真空90min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化2h以上，得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的茄子芯炭化物在室温下的电导率为0.74s/cm，环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的压缩强度为124.76MPa，环氧树脂基生物质炭复合材料在波段8GHz～12GHz时，总电磁屏蔽效能是77.4dB(见图7)，在该效能下可使99.999998％的电磁波被屏蔽，达到电磁环境安全防护技术的要求。
实施例7
将茄子芯浸渍在含有12wt％NaOH和6wt％的NaSO3混合溶液中，搅拌，并在60℃条件下反应18h，用去离子水冲洗三遍，其中玉米芯与上述混合溶液的用量体积比为1：5；随后，将冲洗掉混合溶液的茄子芯在-12℃条件下进行冷冻，12h后，冷冻干燥3天。将冷冻干燥好的茄子芯送入管式炉中，在5℃/min的升温速率下加热到1000℃进行炭化处理，使用氮气为惰性气体，在此条件下维持4h，冷却。
取双酚F型环氧树脂CYDF-180加热到60℃，加入固化剂三乙烯四胺搅拌30min，其中，环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:1.5，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到炭化的茄子芯炭材料中，并放入60℃的真空干燥箱中在0.1MPa条件下抽真空50min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化反应2h以上，得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
本实施例制备得到的茄子芯炭化物在室温下的电导率为0.82s/cm，环氧树脂基生物质炭复合材料在室温下的压缩强度为130.35MPa，环氧树脂基生物质炭复合材料在波段8GHz～12GHz时，总平均电磁屏蔽效能是76.8dB，在该效能下可使99.999998％的电磁波被屏蔽，达到电磁环境安全防护技术的要求。
另外，在其它一些实施例中，还可以采用其它多孔生物质基材作为原料，并不局限于玉米芯或茄子芯；示例性地，例如也可以采用苎麻杆、丝瓜烙、稻壳中的一种或多种多孔生物质基材作为原料，将其经过NaOH和NaSO3混合溶液和炭化处理，然后在其炭化处理后的生物质炭上真空浇筑填充环氧树脂，进行浇注成型，最后经真空干燥和固化后制得环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
此外，由于玉米芯等生物质炭材料自身尺寸小且固定，为了获得具有一定大尺寸或尺寸可调的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，还可以将前述实施例所制备的复合材料单体在模具中紧密排列后通过环氧树脂胶接后而成型，具体地，例如可将实施例2制备的玉米芯炭化物环氧树脂基生物质炭复合材料紧密排布为期望的尺寸和形状。取双酚F型环氧树脂CYDF-180加热到60℃，加入固化剂三乙烯四胺搅拌30min，将机械搅拌均匀的环氧树脂浇注到紧密排布的玉米芯炭化物环氧树脂基生物质炭复合材料中，并放入60℃的真空干燥箱中在0.1MPa条件下抽真空50min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化得到较大尺寸或特定形状尺寸的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。上述制备得到的大尺寸环氧树脂基玉米芯炭化物复合材料在室温下的压缩强度为16.72MPa，环氧树脂基生物质炭复合材料在波段8～12GHz时，总平均电磁屏蔽效能是62.24dB，在该效能下可使99.99992％的电磁波被屏蔽，达到电磁环境安全防护技术的要求。
另外，在其它另一实例中，也可以将前述实例中所述的多孔生物质基材在炭化处理后，先在模具中紧密排列后整体浇注环氧树脂而成型，示例性地，例如可将实施例3所制备的玉米芯炭化物紧密排列为大尺寸、一定形状的炭化物组合体。取双酚F型环氧树脂CYDF-170加热到60℃，加入固化剂二乙基甲苯二胺搅拌30min，将搅拌均匀的环氧树脂浇注到大尺寸、一定形状的炭化物组合体中，并放入60℃的真空干燥箱中在0.1MPa条件下抽真空50min，随后将真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，进行固化得到较大尺寸或特定形状尺寸的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。上述制备得到的大尺寸环氧树脂基玉米芯炭化物复合材料在室温下的压缩强度为18.34MPa，环氧树脂基生物质炭复合材料在波段8GHz～12GHz时，总电磁屏蔽效能是63.4dB，在该效能下可使99.99994％的电磁波被屏蔽，达到电磁环境安全防护技术的要求。
本发明制备的多孔连通的三维网络结构生物质材料其具有较为均匀和规则的多孔结构，保证了生物质炭材料在环氧树脂中的均匀分散，通过环氧树脂的真空辅助浇注制得环氧树脂基生物质炭复合材料，其利用多孔生物质材料本身的三维网络结构可使其在环氧树脂中构筑高效三维导电网络骨架，同时利用电磁波在多孔结构中的多重反射和树脂与多孔界面处的多重衰减，使得该复合材料具有高效的电磁屏蔽效能，使其具备了在民事和军事领域应用的潜质，特别是该研究实现了农业生产废弃物在电磁屏蔽领域的高附加值可持续利用。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，其特征在于，包括炭化处理的多孔生物质基材和真空浇筑填充到所述炭化处理后的生物质基材上的环氧树脂，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂，所述生物质炭电磁屏蔽复合材料在室温下的压缩强度在5.0～150MPa之间，电导率为0.001～6.41s/cm，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能为5.0～80dB。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述生物质基材选自玉米芯、苎麻杆、丝瓜烙、茄子、稻壳中的一种或多种，其生物质炭为多孔连通结构。
3.一种尺寸可调环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述复合材料包括多个权利要求1或2所述的复合材料，所述多个复合材料在模具中紧密排列后通过浇注双酚F型环氧树脂胶接后而成型；
或者，所述复合材料包括多个权利要求1或2所述的炭化处理后的生物质基材，将所述多个生物质材料在模具中紧密排列后整体浇注双酚F型环氧树脂而成型。
4.一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)预处理，将生物质基材浸渍在含有10～15wt％NaOH和5～7.5wt％NaSO3的混合溶液中，进行搅拌，并在60～80℃条件下反应12～24h，然后用去离子水冲洗；
(2)冷冻干燥，将冲洗后的生物质材料在0～-18℃条件下进行冷冻6～24h；然后冷冻状态的生物质材料转移至冷冻干燥机，冷冻干燥处理2～7天，得到干燥的具有多孔连通的三维网络结构生物质材料；
(3)炭化处理，将所述干燥的具有多孔三维网络结构的生物质材料，置于炭化炉中，并使用氮气或者氩气等惰性气体保护，在一定温度范围进行炭化处理1～4h；之后进行降温冷却，得到多孔连通的三维网络结构生物质炭材料；
(4)真空辅助浇注成型，取一定量的双酚F型环氧树脂加热到50-80℃，并加入固化剂后搅拌5-30min，将搅拌均匀的所述双酚F型环氧树脂浇注到炭化后的生物质炭材料中，并放入60-100℃的真空干燥箱中进行真空预处理，预处理后将所述真空干燥箱的温度设定为双酚F型环氧树脂的固化温度，在该固化温度下反应后得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料。
5.根据权利要求4所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质材料和所述混合溶液的体积比例为1:(2～10)。
6.根据权利要求4所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述炭化炉为管式炉，所述炭化温度为500～1500℃，所述炭化处理的升温速率保持在0.5～5℃/h，达到炭化温度后保持1～4h。
7.根据权利要求4所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述双酚F型低粘度环氧树脂为CYDF-170或CYDF-180，所述固化剂为二乙基甲苯二胺或三乙烯四胺，所述搅拌均匀的环氧树脂与固化剂总体积与生物质炭材料的体积比为1:0.5～1:2。
8.根据权利要求4所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述双酚F型环氧树脂在50-80℃范围内的粘度<1Pa·s。
9.根据权利要求4所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述真空预处理时的真空负压为0.05～0.1MPa；抽真空的时间为0.5～2h，所述固化温度下反应时间＞2h。
10.根据权利要求4-8任一项所述的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质基材选自玉米芯、苎麻杆、丝瓜烙、茄子、稻壳中的一种或多种。
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