CN1293012C - 一种具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，属水泥基复合材料技术领域。它是由电磁屏蔽水泥砂浆层、电磁屏蔽建筑腻子层和电磁屏蔽建筑涂料层组成的复合体。电磁屏蔽水泥材料以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉和碳纤维为基元材料，填加到水泥砂浆中而成；电磁屏蔽建筑腻子以滑石粉为填料，添加适量由Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉等而制得的基元材料组成；电磁屏蔽建筑涂料以羰基铁粉、金属镍、铜金粉、钛酸酯偶联剂、丙烯酸酯树脂为原料，辅以颜填料和助剂混合制得。这三种材料复合使用即得电磁屏蔽水泥基复合材料。它能够有效的减少电磁波辐射污染和内外电磁信号的泄露，对室内人体健康有益，亦可用于重要部门电磁信息防护。
Description
(一)技术领域：本发明涉及一种水泥材料与腻子、涂料的复合体，属水泥基复合材料技术领域。
(二)背景技术：目前国内外对于电磁屏蔽的研究主要集中在对高频电磁波的屏蔽上，而对于低频电磁波有屏蔽作用的水泥基材料的研究不多，更没有以水泥材料为基材与腻子、涂料复合制备水泥基电磁屏蔽材料的相关报道。经查新，国外涉及专利4篇，相关报道8篇；国内专利2篇，相关报道6篇。这些国内外专利及相关报道可总结为：
1、国外方面，德国在1992年公布的一项专利，是用混合有金属或合金粉末生产磁性混凝土，是可用于加工电磁仪器的磁性混凝土。
2、国外方面，美国在1994年公布了一项电磁屏蔽用导电混凝土专利，是用磁性金属纤维、钢纤维在混凝土中形成连续导电网络，使混凝土导电并具有电磁屏蔽效果。
3、国外方面，日本在1997年公布了一项屏蔽和吸收电磁波的混凝土建筑物专利，主要是在混凝土中加入钢纤维或碳纤维以及铁氧体粉末，使混凝土建筑物达到屏蔽和吸收电磁波的目的。
4、国外方面，日本在2002年公布的一项磁性混凝土专利，其主要内容为一种具有屏蔽电磁波效果的磁性混凝土，混合混凝土和磁性流体或磁性粒子以获得磁性混凝土，磁性混凝土具有屏蔽电磁波的效果。
5、国内方面，2001年公布了一种以非金属镀银粉末为导电填料制成的能屏蔽电磁波的涂料及其制备方法，其组成成份包括非金属镀银粉末、热塑性丙烯酸树脂和X-5丙烯酸稀释剂，且非金属镀银粉末是由至少200目以上的粉状非金属物质化学镀银而成。
6、国内方面，2004年公布一种导电、电磁屏蔽涂料，其特征在于：该涂料为含有一维纳米碳材料和粘接剂的组合物，所述一维纳米碳材料为直径在500纳米以下的纤维状的炭材料，包括纳米碳管和纳米碳纤维，加入量为0.1-50％体积百分比。所述导电、电磁屏蔽涂料，涂覆于制品表面可以制备具有导电、电磁屏蔽功能的涂层，或注入模具中制备具有导电、电磁屏蔽功能的制品。
7、国内方面，2002年华中科技大学总结分析了钢纤维混凝土的吸波特性，以寻找一种新的对大建筑物和军事隐蔽建筑的保护方法。
总体上国内外未见有将以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉和碳纤维为功能基元原料开发具有电磁屏蔽功能的水泥材料及以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉为基元材料制备的具有电磁屏蔽功能的建筑腻子和以羰基铁粉、金属镍、铜金粉为基元材料制备的具有电磁屏蔽功能的建筑涂料复合制备具有电磁屏蔽效果的复合体的专利与非专利文献报道。
(三)发明内容：
1、发明目的：制备具有电磁屏蔽功能的水泥材料及实现其与具有电磁屏蔽功能的腻子和涂料的复合，形成具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料。
2、本发明的技术方案是：
先制备出具有电磁屏蔽功能的水泥材料，而后在水泥材料表面涂覆具有电磁屏蔽功能的建筑腻子，最后在腻子外层涂覆具有电磁屏蔽功能的建筑涂料即形成。
(1)电磁屏蔽水泥材料
电磁屏蔽水泥材料的制备方法，其特点是以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉和碳纤维为电磁屏蔽基元原料。
将Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉和碳纤维进行配比混合制得水泥材料用电磁屏蔽基元材料，组分配比如下：(4种材料的用量不能同时为0或100％)
①碳纤维：0～100％；②Ni-Zn铁氧体粉末：0～100％；③羰基铁粉：0～100％；
④石墨：0～100％
在制备好的水泥砂浆中加入按上述比例配比好的电磁屏蔽基元材料，即得电磁屏蔽水泥材料，各组分配比如下：
A、水泥：50％；B、砂：9～50％；C、电磁屏蔽基元材料：0.05％～41％。
(2)电磁屏蔽建筑腻子
电磁屏蔽建筑腻子的制备方法，其特点是以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉为电磁屏蔽基元材料。
将Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉进行配比混合制得建筑腻子用电磁屏蔽基元材料，组分配比如下：(3种材料的用量不能同时为0或100％)
①Ni-Zn铁氧体粉末：0～100％；②石墨：0～100％；③羰基铁粉：0～100％；
在上述配比好的基元材料中加入滑石粉料，搅拌均匀后加入熬制好的胶水，再共同搅拌至混合均匀，即制得电磁屏蔽建筑腻子，各组分配比如下：
基料：膨润土3.5％，胶水46.5％；
粉料：滑石粉3～37％，石膏5％，白水泥5％，建筑腻子用电磁屏蔽基元材料3～37％。
(3)电磁屏蔽建筑涂料
电磁屏蔽建筑涂料的制备方法，其特点是以羰基铁粉、金属镍、铜金粉为电磁屏蔽基元材料，以钛酸酯偶联剂、丙烯酸酯树脂为外加剂，辅以颜填料和助剂。
将羰基铁粉、金属镍、铜金粉进行配比制得建筑涂料用电磁屏蔽基元材料，组分配比如下：(3种材料的用量不能同时为0或100％)
①羰基铁粉：0～100％；②金属镍：0～100％；③铜金粉：0～100％；
用细度为0.01～10μm的钛酸酯偶联剂和30～200nm的丙烯酸酯树脂乳液与上述基元材料混合均匀，再把它们与颜填料和助剂混合即制得电磁屏蔽建筑涂料。涂料中各物料的重量百分含量如下：
A、颜填料：10～30％；B、助剂：0.3～0.5％；C、钛酸酯偶联剂：3～10％；D、丙烯酸酯树脂乳液：10～30％；E、建筑涂料用电磁屏蔽基元材料：15～60％。
电磁屏蔽水泥材料用电磁屏蔽基元材料中Ni-Zn铁氧体粉末和羰基铁粉的粒度在2～20μm；石墨的粒度在20～40μm；碳纤维的长度在2～10mm之间；长径比在400～1000之间。电磁屏蔽建筑腻子用电磁屏蔽基元材料中Ni-Zn铁氧体粉末和羰基铁粉的粒度在2～12μm；石墨的粒度在20～50μm。电磁屏蔽建筑涂料用电磁屏蔽基元材料中羰基铁粉的粒度为2～8μm；金属镍的粒度为2～6μm；铜金粉的粒度为5～15μm。电磁屏蔽建筑涂料使用的钛酸酯偶联剂的细度为0.01～10μm；丙烯酸酯树脂的细度为30～200nm。
3、本发明的优点：本电磁屏蔽水泥基复合材料是以电磁屏蔽水泥材料为基材，其与电磁屏蔽建筑腻子和涂料复合，通过涂料、腻子、基材中各种电磁屏蔽基元功能材料对电磁波的反射损耗和吸收损耗等屏蔽功能，逐步达到对电磁波的屏蔽作用。整个制备工艺过程简单，所得电磁屏蔽水泥基复合材料和一般的电磁屏蔽材料相比更行之有效、更彻底的起到了对内外电磁波的屏蔽作用。这种电磁屏蔽复合材料能够有效的减少电磁波辐射污染和内外电磁信号的泄露，对室内人体健康起到保护作用，同时对军事和重要部门电磁信息起到防护作用。
4、应用领域：电磁屏蔽水泥基复合材料在军事上可用于防护工事，防止核爆炸电磁杀伤、干扰和常规武器(如电磁炸弹、干扰机)杀伤、干扰的电磁屏蔽防护。也可用于军用、民用电磁信号泄漏失密的电磁屏蔽防护上，使民用电磁污染限定在安全范围内。在现在现代化城市建设中，高层建筑林立，造成电磁干扰波的多次反射，发生干扰，在将来城市高级商品房的开发上，用电磁屏蔽水泥基复合材料制备的薄板作为内外装饰材料面兼具电磁污染防护和室内电磁信号泄密失密防护功能的商品房将具有较好的发展潜力。
(四)具体实施方式：
下面是本发明的几个具体实施例。
1、制备水泥材料用电磁屏蔽基元材料的具体实施例：
| 实施例编号 | 重量百分含量(wt％) | |||
| 碳纤维 | Ni-Zn铁氧体粉末 | 羰基铁粉 | 石墨 | |
| 1 | 100 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 100 | 0 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 100 | 0 |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 5 | 0.5 | 99.5 | 0 | 0 |
| 6 | 1 | 0 | 99 | 0 |
| 7 | 2 | 0 | 0 | 98 |
| 8 | 0 | 80 | 20 | 0 |
| 9 | 0 | 70 | 0 | 30 |
| 10 | 0 | 60 | 40 | 0 |
| 11 | 2 | 48 | 50 | 0 |
| 12 | 3 | 60 | 0 | 37 |
| 13 | 2 | 0 | 50 | 48 |
| 14 | 0 | 40 | 40 | 20 |
| 15 | 3 | 40 | 30 | 27 |
2、制备电磁屏蔽水泥材料的具体实施例：
| 实施例编号 | 重量百分含量(wt％) | ||
| 水泥 | 砂 | 电磁屏蔽基元材料 | |
| 1 | 50 | 30 | 20 |
| 2 | 50 | 20 | 30 |
| 3 | 50 | 40 | 10 |
3、制备建筑腻子用电磁屏蔽基元材料的具体实施例：
| 实施例编号 | 重量百分含量(wt％) | ||
| Ni-Zn铁氧体粉末 | 石墨 | 羰基铁粉 | |
| 1 | 100 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 100 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 100 |
| 4 | 20 | 80 | 0 |
| 5 | 40 | 0 | 60 |
| 6 | 0 | 50 | 50 |
| 7 | 30 | 60 | 10 |
4、制备电磁屏蔽建筑腻子的具体实施例：
| 实施例编号 | 重量百分含量(wt％) | |||||
| 胶水 | 膨润土 | 滑石粉 | 石膏 | 白水泥 | 建筑腻子用电磁屏蔽基元材料 | |
| 1 | 46.5 | 3.5 | 5 | 5 | 5 | 35 |
| 2 | 46.5 | 3.5 | 15 | 5 | 5 | 25 |
| 3 | 46.5 | 3.5 | 30 | 5 | 5 | 10 |
5、制备建筑涂料用电磁屏蔽基元材料的具体实施例：
| 实施例编号 | 重量百分含量(wt％) | ||
| 羰基铁粉 | 金属镍 | 铜金粉 | |
| 1 | 100 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 100 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 100 |
| 4 | 20 | 80 | 0 |
| 5 | 40 | 0 | 60 |
| 6 | 0 | 30 | 70 |
| 7 | 30 | 50 | 20 |
6、制备电磁屏蔽建筑涂料的具体实施例：
| 实施例编号 | 重量百分含量(wt％) | ||||
| 建筑涂料用电磁屏蔽基元材料 | 钛酸酯偶联剂 | 丙烯酸酯树脂乳液 | 颜填料 | 助剂 | |
| 1 | 20 | 3 | 66.7 | 10 | 0.3 |
| 2 | 30 | 5 | 49.6 | 15 | 0.4 |
| 3 | 40 | 8 | 31.5 | 20 | 0.5 |
7、电磁屏蔽水泥基复合材料的实现方式：
| 实施例编号 | 电磁屏蔽水泥基复合材料各组分厚度(mm) | 复合材料的电磁屏蔽效果(dB)(1MHz～1.8GHz) | ||
| 电磁屏蔽水泥材料 | 电磁屏蔽建筑腻子 | 电磁屏蔽建筑涂料 | ||
| 1 | 25 | 0 | 0.3 | ≥10 |
| 2 | 25 | 3 | 0 | ≥8 |
| 3 | 20 | 2 | 0.2 | ≥12 |
| 4 | 25 | 3 | 0.3 | ≥18 |
| 5 | 30 | 4 | 0.4 | ≥20 |
按上述各实施例配料并按照前述生产方法即可制备出达到本发明目的的产品。
本发明的实施例均可实施，本发明不限于这些实施例。
Claims (7)
1、一种具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，它是在水泥和砂的重量含量分别为50％和9～50％的水泥砂浆中加入重量百分含量为0.05～41％的以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉、碳纤维作为电磁屏蔽基元材料并预制成型后；再在水泥制品表面涂上2～5mm厚的由重量含量分别为3.5％的膨润土、46.5％的胶水、3～37％的滑石粉、5％的石膏、5％的白水泥和3～37％的以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉作为电磁屏蔽基元材料而制得的电磁屏蔽腻子层和/或0.2～0.5mm厚的由重量含量分别为10～30％的颜填料、0.3～0.5％的助剂、3～10％的钛酸酯偶联剂、10～30％的丙烯酸酯树脂乳液和20～60％的以羰基铁粉、金属镍、铜金粉作为电磁屏蔽基元材料而制得的电磁屏蔽涂料层而成。
2、根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，所述的其中水泥砂浆用电磁屏蔽基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：
①碳纤维：0～100％；
②Ni-Zn铁氧体粉末：0～100％；
③羰基铁粉：0～100％；
④石墨：0～100％：
3、根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，所述的其中建筑腻子用电磁屏蔽基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：
①Ni-Zn铁氧体粉末：0～100％；
②石墨：0～100％；
③羰基铁粉：0～100％；
4、根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，所述的其中建筑涂料用电磁屏蔽基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：
①羰基铁粉：0～100％；
②金属镍：0～100％；
③铜金粉：0～100％；
5、根据权利要求2所述的具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，所述的水泥砂浆用电磁屏蔽基元材料Ni-Zn铁氧体粉末和羰基铁粉的粒度在2～20μm；石墨的粒度在20～40μm；碳纤维的长度在2～10mm之间；长径比在400～1000之间。
6、根据权利要求3所述的具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，所述的建筑腻子用电磁屏蔽基元材料Ni-Zn铁氧体粉末和羰基铁粉的粒度在2～12μm；石墨的粒度在20～50μm。
7、根据权利要求4所述的具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，其特征在于，所述的建筑涂料用电磁屏蔽基元材料羰基铁粉的粒度为2～8μm；金属镍的粒度为2～6μm：铜金粉的粒度为5～15μm。
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