CN114230853B

CN114230853B - 一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料和制备方法

Info

Publication number: CN114230853B
Application number: CN202210014241.6A
Authority: CN
Inventors: 钟发平; 刘明亮; 彭为; 邹超
Original assignee: Changde Lyrun Material Co ltd
Current assignee: Changde Lyrun Material Co ltd
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2042-01-06
Also published as: CN114230853A

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体是涉及一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料和制备方法，包括阻燃海绵，阻燃海绵的外表面粘附有导电金属层，导电金属层上具有孔洞，本发明在具有良好导电屏蔽效果的情况下，同时具有良好的阻燃效果，且在使用过程中阻燃等级不会发生变化，阻燃剂释放速度快，阻燃效果明显。

Description

一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料和制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体是涉及一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料和制备方法。

背景技术

电磁屏蔽材料广泛用于手机、游戏机、等离子电视、液晶显示器、液晶电视、通讯设备、医疗仪器和军工等领域，而这些领域均有可能产生发热、短路起火的潜在风险。在这些应用范围内如果能够将其屏蔽效果叠加阻燃效果，则在安全方面将会上升一个等级，整体设备性能将会有一个质的提升，设备的应用领域可以出现一个跨越性的拓展。现有技术的核心问题是，如何实现阻燃海绵既能阻燃又能起到屏蔽作用，同时还具备很强的塑造性及体积小的特点。

对于可压缩海绵材料，如果需要同时实现导电及阻燃，现有技术一般是采用阻燃海绵加导电布复合的形式来解决。比如专利申请号为201410049855.3的一种阻燃全方位导电海绵及其制备方法，专利申请号为201310100528.1的一种阻燃复合导电泡棉。上述材料应用范围具有局限性，尤其对于对导电屏蔽材料体积有要求的产业。

对于海绵类电磁屏蔽材料而言，其三维多孔结构及可塑性是其能够实现其基本屏蔽作用及应用的不可缺少的特性，而电磁屏蔽材料如果需要加上阻燃效果，则其不能直接使用阻燃剂混合的方式来获取，因为其会影响电磁屏蔽材料的三维多孔结构。不管是复合方式的导电海绵还是传统的涂阻燃剂的方法都会破坏电磁屏蔽材料的三维多孔结构或者是其可塑性能，致使其阻燃产品不符合电磁屏蔽材料的应用。而且海绵是易燃物质，现有电磁屏蔽材料的海绵镀层一般使用的是可燃性金属，两者在一起单纯的做组合或者结构调整并不能实现阻燃效果。

海绵是可燃物，镍亦可被点燃，再加上镍是施镀在海绵径丝上，非常的薄，遇到明火之后很容易燃烧。因此，在此基础结构之上，电磁屏蔽材料很难实现阻燃。如果仅仅只是单纯的在海绵基体材料里面加入阻燃剂并不能实现阻燃效果，因为当海绵筋条表层镍遇到明火的时候，镍燃烧速度会大于海绵燃烧速度，致使海绵还来不及释放阻燃剂，而材料已经完全被点燃。镍覆盖在海绵筋丝上，在海绵内阻燃剂来不及释放的时候，其三维多孔结构已经坍塌，导致其整体失去三维多孔结构而造成阻燃与导电双重失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料和制备方法，使其在具有良好导电屏蔽效果的情况下，同时具有良好的阻燃效果，且在使用过程中阻燃等级不会发生变化，阻燃剂释放速度快，阻燃效果明显。

本发明的内容为一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料，包括阻燃海绵，阻燃海绵的外表面粘附有导电金属层，导电金属层上具有孔洞。

优选的，所述阻燃海绵中添加的阻燃成分为磷酸酯、三聚氰胺、含结晶水的纳米氢氧化铝、氧化锑中的一种或多种。

阻燃海绵的制备方法为，在聚氨酯海绵原料中增加阻燃剂(优选为磷酸酯、三聚氰胺、含结晶水的纳米氢氧化铝和氧化锑，其重量比优选为1:1:1:1)，阻燃剂重量为聚氨酯海绵原料重量的0.1-50％，优选为10％，按照聚氨酯海绵的常规制备方法，得到阻燃海绵。

所述阻燃海绵为常规产品，可以通过向外采购得到，比如采购自常州康浩高分子材料科技有限公司。

本发明提供一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤，对阻燃海绵进行化学镀和析氢电镀，得到外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵；然后进行表面粗糙化处理，最后进行水洗，烘干，脱氢处理，得到孔洞型阻燃导电屏蔽材料，所述析氢电镀的同时进行超声波震荡。

优选的，所述析氢电镀的电镀液包括以下组分及各自含量：硫酸镍20g/L，硼酸30g/L，氨基磺酸镍15g/L，电镀液的pH为2.5-3.5，电流密度为1A/dm²，电镀液温度为50-60℃。

超声波震动的目的是防止氢气长时间滞留在金属表面，防止空洞过大而导致屏蔽材料镀层上出现较大的针孔，同时在一定程度上预防氢原子钻进电镀金属原子空隙，降低产品氢脆程度。

优选的，超声波震荡的超声波频率为：4-6万赫兹。

优选的，超声波震荡时，震荡频率为5s一次，震荡时间为2s。

优选的，表面粗糙化处理的方法为，将外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵作为电镀阳极，电镀液包括以下组分及各自含量：硫酸镍15g/L，硼酸30g/L，氯化镍45g/L，电镀液的pH为4.5-5.5；电镀电流密度为0.5A/dm²。粗糙化处理后，镀层的厚度变薄，其镀层的表面积增大，其目的在于使得析氢电镀导致的藏在金属层内的氢原子更容易释放出来，降低后续工序的脱氢处理温度及处理时间，因为海绵类屏蔽材料在高温过程中容易发生变性或者老化。

优选的，水洗的方式为，对表面粗糙化处理后的海绵喷淋，流速为0.4ml/s，然后沥干。

优选的，烘干的方式为，将水洗后的产品置于热风中，温度为60℃，风量为1m³/min。

脱氢处理的方式为热处理，温度为100-120℃，优选为110℃，处理时间为5-10min。

本发明的有益效果是，本发明的骨架海绵在发泡成形的过程中加入阻燃成分(如磷酸酯、三聚氰胺、含结晶水的无机盐纳米氧化铝、氧化锑等)，阻燃成分在海绵骨架中含量在0.1-50％，根据阻燃等级的不同而设计，得到阻燃海绵；阻燃海绵通过化学镀或者PVD进行表层导电，再进行析氢电镀，然后通过反向电镀的方式进行阻燃屏蔽材料的海绵筋丝表面金属层的粗糙化处理，经过粗糙化处理的产品通过水洗的方式将电镀液冲洗干净，最后进行产品的脱氢处理后得到一种孔洞型的阻燃导电屏蔽材料。通过以上工艺，使得在海绵骨架表层沉积的电镀层是一个具有孔洞层的形式，在受热时网孔给阻燃剂从骨架海绵中溢出提供通道，从而快速的隔绝空气或降低温度等方式阻止燃烧；电镀层厚度根据防屏蔽等级要求设计，一般在0.1μm-50μm。

任何电镀液在一定的条件下都会析氢，但是这种析氢反应都是作为副反应，需要被克服。而本发明需要这个析氢反应，以达到使其生成孔洞的目的。超声波震荡减少氢气在电镀金属层的停留时间，避免产品出现漏镀，在孔洞和导电上达到较好的平衡。

附图说明

图1为本发明的海绵筋条横截面结构示意图。

在图中，1海绵筋条、2导电金属层、3阻燃成分、4孔洞。

图2为实施例1产品的1000倍电镜照片。

具体实施方式

实施例1

一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：

阻燃化

海绵发泡：聚氨酯海绵原料中增加阻燃剂(磷酸酯、三聚氰胺、含结晶水的纳米氢氧化铝和氧化锑，其重量比为1:1:1:1)，阻燃剂重量为聚氨酯海绵原料重量的10％，按照聚氨酯海绵的常规制备方法，得到阻燃海绵。

化学镀

将阻燃海绵进行化学镀，时间为2min，化学镀包括以下组分及各自含量：

次磷酸100g/L，柠檬酸铵180g/L，硫酸镍50g/L，氨水5g/L，pH为8.0，温度为60℃，得到导电化后的海绵。

析氢电镀

将导电化后的海绵在电镀液中进行析氢电镀，得到外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵；所述电镀液包括以下组分及各自含量：硫酸镍20g/L，硼酸30g/L，氨基磺酸镍15g/L，电镀液的pH为4.5；电镀后的导电海绵的金属密度为30g/m²。在电镀的同时进行超声波震动，超声波频率为：5万赫兹，震动工艺为：每5s震动一次，震动时间为2秒。

表面粗糙化

将外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵作为电镀阳极，钛篮作为电镀阴极；电镀电流的密度为0.5.0A/dm²，所述电镀液包括以下组分及各自含量：硫酸镍15g/L，硼酸30g/L，氯化镍45g/L，电镀液的pH为5.5；电镀后的导电海绵的金属面密度为25g/m²。

水洗

将表面粗糙化处理后的海绵进行水洗，将海绵筋丝及其表面的电镀液水洗干净，其方式为：呈45°角喷淋，流速：25s/10ml；然后沥干，沥干时间3min。

烘干、脱氢处理

首先通过热风，温度：60℃，风量：1m³/min，风干时间为1-5min(视产品厚度定，产品厚度越厚，风干时间越久)，然后将产品进行脱氢热处理，热处理温度为110℃，处理时间为8min，最后得到孔洞型阻燃导电屏蔽材料，如图1所示，在海绵筋条1外表面粘附有导电金属层2，海绵筋条内填充有阻燃成分3，导电金属层2具有孔洞4。得到的阻燃导电屏蔽材料的透射电子显微照片如图2所示。

对比例1

对比例1和实施例1的区别在于，将析氢电镀替换为正常的电镀，电镀工艺为：电镀温度为50℃，电镀电流的密度为1.0A/dm²，电镀液包括以下组分及各自含量：

硫酸镍20g/L，硼酸30g/L，氨基磺酸镍65g/L，氨基磺酸10g/L，电镀液的pH为5.0，去掉表面粗糙化处理工序，其他和实施例1相同。

对比例2

对比例2和实施例1的区别在于，去掉脱氢处理步骤，其他和实施例1相同。

对比例3

对比例3和实施例1的区别在于，析氢电镀时去掉超声波震动处理，其他和实施例1相同。

将实施例1和对比例1-3的产品进行试验，得到如表1所述的产品性能测试表。

表1不同产品的性能测试表

产品	阻燃性能	屏蔽效能/dB	导电能力/Ω/2.54*5cm<sup>2</sup>	压缩永久变形率/％
					实施例1	V-0	86	2.3	8
对比例1	V-1	70	3.4	14
					对比例2	V-1	62	14	18
对比例3	V-2	54	19	35

阻燃性能的检测方法为UL94标准中文版，屏蔽性能的检测方法为平面型电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法(GB/T30142-2013)，导电能力采用电阻检测仪，样块尺寸为2.54cm*5cm。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的

本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种孔洞型阻燃导电屏蔽材料，其特征是，包括阻燃海绵，阻燃海绵的外表面粘附有导电金属层，导电金属层上具有孔洞；所述阻燃海绵是通过在聚氨酯海绵原料中添加阻燃成分，经发泡制备得到；

所述孔洞型阻燃导电屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤，对阻燃海绵进行化学镀和析氢电镀，得到外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵；然后进行表面粗糙化处理，最后进行水洗，烘干，脱氢处理，得到孔洞型阻燃导电屏蔽材料，所述析氢电镀的同时进行超声波震荡；

所述析氢电镀的电镀液包括以下组分：硫酸镍、硼酸和氨基磺酸镍。

2.如权利要求1所述的孔洞型阻燃导电屏蔽材料，其特征是，所述阻燃海绵中添加的阻燃成分为磷酸酯、三聚氰胺、含结晶水的纳米氢氧化铝、氧化锑中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的孔洞型阻燃导电屏蔽材料，其特征是，所述阻燃成分的重量为聚氨酯重量的0.1-50%。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的孔洞型阻燃导电屏蔽材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤，对阻燃海绵进行化学镀和析氢电镀，得到外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵；然后进行表面粗糙化处理，最后进行水洗，烘干，脱氢处理，得到孔洞型阻燃导电屏蔽材料，所述析氢电镀的同时进行超声波震荡。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述析氢电镀的电镀液包括以下组分及各自含量：硫酸镍20g/L，硼酸30g/L，氨基磺酸镍15g/L，电镀液的pH为2.5-3.5，电流密度为1A/dm²，电镀液温度为50-60℃。

6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征是，超声波震荡的超声波频率为：4-6万赫兹。

7.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征是，超声波震荡时，振荡频率为5s一次，震荡时间为2s。

8.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征是，表面粗糙化处理的方法为，将外表面粘附有具有孔洞的导电金属层的阻燃海绵作为电镀阳极，电镀液包括以下组分及各自含量：硫酸镍15g/L，硼酸30g/L，氯化镍45g/L，电镀液的pH为4.5-5.5；电镀电流密度为0.5A/dm²。

9.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征是，水洗的方式为，对表面粗糙化处理后的海绵喷淋，流速为0.4ml/s，然后沥干。

10.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征是，烘干的方式为，将水洗后的产品置于热风中，温度为60℃，风量为1m³/min；或者，脱氢处理的方式为热处理，温度为100-120℃。