CN1240263C - 一种用于电磁屏蔽的石墨基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电磁屏蔽的石墨基复合材料的制备方法，属于电磁屏蔽材料技术领域。该方法首先将可膨胀石墨和可以产生磁性微粒的添加剂通过机械物理或溶液溶解的方法混合均匀，接着在700～1200℃的气氛中使可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫。该方法制备工艺简单，所得到的膨胀石墨蠕虫可以在模具中压制成所需形状的产品，产品的导电性比一般的导电高分子材料好，比普通的柔性石墨材料具有更好的磁性能，因此电磁屏蔽性能有明显的改善，特别是频率超过900MHz以后。利用该方法制造的复合材料在航天航空、军事、家电等领域将有重要的应用。
Description
技术领域：
本发明属于电磁屏蔽材料技术领域，特别涉及一种用于电磁屏蔽的石墨基复合材料的制备方法。
背景技术：
随着现代电子工业的高速发展以及各种商用和家用电子产品数量的急剧增加，电磁波干扰已经成为一种新的公害。特别是随着电子器件的小型化、集成化、轻量化和数字化的发展，使得各种电子设备极易受到外界电磁波干扰而出现误动、图象障碍、声音失真等；另一方面，出于降低成本和便于大规模工业化生产的考虑，电子产品的壳体材料金属已被大量的塑料和类似的高分子材料所取代，而它们本身大多是不导电的，对电磁波丧失了屏蔽性能。为了解决这一问题，采用功能性复合材料进行电磁屏蔽是一种行之有效的方法。
目前，关于电磁屏蔽材料的文章和专利等都主要从材料的电磁性能和吸波特性两个方面来进行研究和设计。材料的导电性越好，其电磁屏蔽性能也越好。另外，通过在基体材料中加入金属粉、铁氧体粉、碳化硅粉或它们的纤维等吸波材料也可以大大改善材料的电磁屏蔽性能。关于炭材料在用作电磁屏蔽材料方面的研究和专利也不少，但基本都是将各种形态的炭材料作为“导电添加剂”加入到高分子基体中，以制备出高导电的复合材料。但是，这些高分子材料的导电性比炭材料还是低很多。
由天然鳞片石墨经过插层处理合成的石墨层间化合物在迅速受高温时会产生膨胀，膨胀后得到的膨胀石墨蠕虫具有较高电导率和比表面积，从而赋予它较好的电磁屏蔽性能。这种蠕虫在高压过程中可以相互连结在一起，在制备型材的过程中不需要加入任何粘结剂，所以用膨胀石墨作为基体来制备高导电复合材料将是一个非常好的选择。D.D.L.Chung发现通过这种方法制得的柔性石墨具有非常好的屏蔽性能，此外还兼备非常好的热稳定性、化学稳定性和低的热膨胀系数[D.D.L.Chung，Electromagnetic interference shielding effectiveness ofcarbon materials，Carbon 39(2001)279-285]。由此方法制造的电磁屏蔽材料是反磁性的，体积电阻率为0.523×10-4Ωcm，电磁屏蔽性能一般。
为了进一步提高石墨的屏蔽性能，希望在石墨基体中加入一些有利于屏蔽的物质。由于膨胀石墨的松装密度和强度都非常低，因此很难通过常规的方法使添加剂均匀地分布到石墨基体中去。专利“EXPANDED GRAPHITE SHEET FOR ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING AND PROCESSFOR PRODUCING THE SAME”(国际公开号为WO9910598-A1)介绍了用湿法将纤维等物质添加到膨胀石墨基体中的方法。该方法首先将膨胀石墨压制成低密度样品，并将该样品放入含有需要添加物质的悬浊液体中，依靠吸附将添加物质吸入样品中，烘干后再压制得到所需样品。这种制造方法工艺比较复杂。
发明内容：
本发明的目的是通过在石墨中加入磁性介质，进一步提高石墨基复合材料的屏蔽性能，特别是膨胀石墨为基的复合材料的屏蔽性能。
本发明是一种制造石墨基复合材料的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
(1)将质量比为1～5∶1的可膨胀石墨和可以产生磁性微粒的添加剂通过机械物理混合或溶液溶解的方法混合均匀；
(2)将混合物放入700～1200℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成所需形状。
在上述制备石墨基复合材料的方法的步骤(1)中，二茂铁、水合氢氧化镍、氢氧化铁中的任何一种或几种被作为磁性微粒的添加剂加入可膨胀石墨中。
所述的压制型材的压力，模具的大小等按照具体情况而定，压成的型材还可根据需要进行剪切等加工。
本发明制造的石墨基复合材料有以下优点：
1.材料导电性比一般的导电高分子材料好；
2.制备的材料比普通的柔性石墨材料具有更好的磁性能；
3.制备工艺非常简单，并克服了磁性微粒不易均匀分布到石墨基体中的困难；
4.通过本方法制造的复合材料的电磁屏蔽性能有明显的改善，特别在高频下(频率超过900MHz)，复合材料的电磁屏蔽性能比纯的柔性石墨有了明显的提高。
附图说明：
图1是利用本方法制造的膨胀石墨蠕虫的微观形貌。
图2是利用本方法制造的膨胀石墨蠕虫压制成的片状样品的微观形貌。
图3是使用振动磁强计(VSM，Lake Shore 7307)测试的圆片样品的磁滞回线。
图4是纯柔性石墨的电磁屏蔽性能的测试图。
图5是可膨胀石墨和二茂铁晶体粉末(质量比为5∶4)混合均匀并在1000℃膨化后所制造圆片的电磁屏蔽性能的测试图。
图6是可膨胀石墨和氢氧化镍粉末(质量比为5∶2)混合均匀并在1100℃膨化后所制造圆片的电磁屏蔽性能的测试图。
图7是可膨胀石墨和氢氧化铁粉末(质量比为5∶2)混合均匀并在1100℃膨化后所制造圆片的电磁屏蔽性能的测试图。
具体实施方式：
实施例1：
(1)将质量比为1.25∶1的可膨胀石墨和二茂铁晶体粉末通过机械物理混合均匀；
(2)将混合物放入1000℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成直径为16毫米、厚度约为1毫米的圆片。
所制得的附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫的微观形貌如图1所示，可以看到，磁性微粒已经均匀地混合到膨胀石墨的蠕虫中；利用本方法制造的圆片样品的微观形貌如图2所示；圆片样品的磁滞回线用振动磁强计(VSM，Lake Shore 7307)测试，结果如图3所示，由图可见，该样品是亚铁磁性的；采用四点探针法中的范德堡法测试了样品的电导率，其体积电阻率为1.66×10-3Ω·cm，电磁屏蔽性能见图5。
实施例2：
(1)将质量比为5∶1的可膨胀石墨和二茂铁晶体粉末通过机械物理混合均匀；
(2)将混合物放入700℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成直径为16毫米、厚度约为1毫米的圆片。
采用四点探针法中的范德堡法测试了样品的电导率，其体积电阻率为1.39×10-3Ω·cm。
实施例3：
(1)将质量比为2.5∶1的可膨胀石墨和氢氧化镍粉末通过机械物理混合均匀；
(2)将混合物放入1100℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成直径为16毫米、厚度约为1毫米的圆片。
采用四点探针法中的范德堡法测试了样品的电导率，其体积电阻率为0.962×10-3Ω·cm，电磁屏蔽性能见图6。
实施例4：
(1)将质量比为2.5∶1的可膨胀石墨和氢氧化铁通过机械物理混合均匀；
(2)将混合物放入1100℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成直径为16毫米、厚度约为1毫米的圆片。
采用四点探针法中的范德堡法测试了样品的电导率，其体积电阻率为1.10×10-3Ω·cm，电磁屏蔽性能见图7。
实施例5：
(4)将质量比为5∶1的可膨胀石墨和氢氧化铁通过机械物理混合均匀；
(5)将混合物放入1200℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(6)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成直径为16毫米、厚度约为1毫米的圆片。
采用四点探针法中的范德堡法测试了样品的电导率，其体积电阻率为1.02×10-3Ω·cm。
实施例6：
(1)取质量比为1∶1的可膨胀石墨和二茂铁，先将二茂铁溶解于丙酮中，然后将可膨胀石墨浸泡在溶液中；
(2)随着丙酮的挥发，溶液变成糊状，将此混合物放入1000℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成直径为16毫米、厚度约为1毫米的圆片。
采用四点探针法中的范德堡法测试了样品的电导率，其体积电阻率为1.22×10-3Ω·cm。
Claims (2)
1、一种制造石墨基复合材料的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
(1)质量比为1～5∶1的可膨胀石墨和可以产生磁性微粒的添加剂通过机械物理混合或通过溶液溶解的方法混合均匀；
(2)将混合物放入700～1200℃的气氛中，可膨胀石墨将迅速膨化，得到附着有磁性微粒的膨胀石墨蠕虫；
(3)将得到的膨胀石墨蠕虫在模具中压制成所需形状。
2、按照权利要求1所述的制备石墨基复合材料的方法，其特征在于在所述的步骤(1)中将二茂铁、水合氢氧化镍、氢氧化铁中的任何一种作为磁性微粒的添加剂加入可膨胀石墨中。
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