一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法与流程

3.本发明属于屏蔽材料技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法。


背景技术：

4.近年来，随着我国经济的快速发展，各行各业对于电力的需求也呈现大量增长态势，电网规模和电网格局发生了重大变化，除了在远离人们居住区的地区建设的500kv及以上电压等级的变电站，在一些城乡地区兴建了许多110kv、220kv及500kv的变电站。电压等级较低的变电站逐渐与我们的生活联系紧密，变电站带来的电磁辐射对城市的企业、群众生产、生活和居住环境的影响的逐渐显现。变电站的电磁污染主要来自主变压器、高压断路器、隔离开关、电压(电流)互感器、高压电抗器、高压电容器以及母线、高压避雷器等部件在运行过程中产生的电磁影响综合而成。因此采取合理的屏蔽措施降低变电站的电磁污染非常有必要。
5.在现有技术中，公开的专利文献cn101812214a提供了一种电磁屏蔽材料及其制备方法。一种电磁屏蔽材料，其由包括以下重量份数的原料制备而成：abs塑料30
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35，导电碳黑20
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25，abs增塑剂20
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23，磁粉16
‑
20，碳纤维3
‑
5。所述的磁粉为铁镍粉、镍锌粉中的一种或其二者混合物。所述电磁屏蔽材料由abs塑料和abs增塑剂经混合加温预处理后，再加入导电碳黑，磁粉和碳纤维经高混机混合均匀，再进入到双螺杆挤压机内挤出，经造粒，制成本发明电磁屏蔽材料；其具有良好的防电磁波辐射效果，可以应用到电力、无线通讯、家用电器和军事领域中。公开的专利文献cn103031058a提供了一种室温硫化硅橡胶电磁屏蔽涂料及其制备方法，该涂料包括基胶、补强填料、导电填料、交联剂、催化剂和稀释剂，所述的基体树脂为端羟基聚硅氧烷，所述的导电填料为表面镀镍或银的二氧化硅。该涂料的制备方法为将端羟基聚硅氧烷、表面镀镍的二氧化硅、补强填料、交联剂、催化剂进行混炼后稀释得到。该发明涂料特别适用于电力行业室外电磁屏蔽。上述电磁屏蔽材料均可实现一定程度的电磁屏蔽效果，同时原料组成及其电磁屏蔽效果等随着新材料的产生仍有提升的空间。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种电磁屏蔽复合材料，以同时改善复合材料的抗形变性能和电磁屏蔽性能。
7.一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂35
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52份、羟基丙烯酸树脂10
‑
20份、氧化石墨烯15
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23份、碳纤维8
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14份、偶氮二甲酰胺3
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9份、填料0
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5份和粘合剂2
‑
7份。
8.优选地，所述高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂的粘度为2000～4800mpa
·
s，羟甲基含量均≤9%，游离甲醛含量均≤1%。
9.优选地，所述填料是纳米活性碳酸钙、纳米氧化镁粉末和纳米硅藻土的一种或两种以上。
10.优选地，所述粘合剂为聚乙二醇和β
‑
环糊精的组合。
11.优选地，所述电磁屏蔽复合材料的制备方法，按以下步骤进行：首先，称取上述重量份的原料，将高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂、羟基丙烯酸树脂和偶氮二甲酰胺充分混合至均匀，得到第一混合物；然后，向所述第一混合物中加入氧化石墨烯、碳纤维和填料，再次充分混合，得到第二混合物；再次，向所述第二混合物中加入粘合剂，搅拌均匀，将得到的混合物放入模具中，并将模具置于硫化仪上预热，然后在一定的温度和压力下发泡，发泡结束后，将模具冷却至室温后脱模，即得。
12.优选地，所述预热的温度为75
‑
90℃，时间为10
‑
15分钟。
13.优选地，所述一定的温度和压力为：温度190
‑
210℃，时间1
‑
2小时。
14.随着城镇化进程的加快，各种配电设施以及变电站离我们的生活越来越近，位于周边的居民也会因此受到一些困扰，为了打消这些疑虑，有必要对居民区较多的配电设施以及变电站周围采取有效的电磁屏蔽措施，以解除民忧，同时也需要广泛普及相关的科学知识，以免民众因为过度忧虑而对身心健康产生危害。作为本领域公知，电磁屏蔽复合材料除了具有电磁屏蔽效应的金属或非金属物质外，基体的选择也尤为关键。基体种类繁多，性能差异巨大，通常研究者可根据材料的应用环境及需求来筛选合适的基体。基体材料的不同，可以赋予复合材料不同的热稳定性、机械性能、耐腐蚀性和加工性能。因此，选择合适的树脂作为基体对于开发复合材料至关重要。而且，现有诸多研究表明，单一基体往往存在一些性能短板，使其制备的材料功能受限，因此对基体进行科学复配也是复合材料获得更好性能的关键。
15.首先，高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂既保留了一定量的未反应的活性氢原子，又残余了一定的羟甲基；与羟基丙烯酸树脂反应时，由于亚氨基含量较高，使它有较快的固化性。除此之外，高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂与羟基丙烯酸树脂复配，所得复合材料也具有较好的抗弹性变形能力，耐老化性能，能够适应变化多端的户外环境。
16.其次，本发明通过向复配树脂中引入氧化石墨烯和碳纤维以制备电磁屏蔽复合材料，可以实现对电磁波的有效衰减，达到电磁屏蔽的目的，复合材料的电磁屏蔽效能最大可达到约35db。
17.再次，本发明依据原料特性，选择合适的发泡材料偶氮二甲酰胺，使用适量的发泡材料，所得复合材料的泡孔大小及分布都比较均匀，未出现明显的泡孔结构塌陷和泡孔合并现象，为电磁屏蔽效能的提高提供了一定的结构基础。本研究表明，当发泡材料偶氮二甲酰胺含量较高时，可以观察到明显的泡孔结构塌陷和泡孔合并现象，会严重影响到复合材料的力学性能。本发明中的填料采用纳米活性碳酸钙、纳米氧化镁粉末和纳米硅藻土的一种或两种以上，以提升材料的硬度，辅助提高复合材料的电磁屏蔽性能。本发明粘合剂采用聚乙二醇和β
‑
环糊精的组合，二者的重量比为1：（1
‑
2），以使得不同材料的内部结合性能更好，柔韧性能更显著。
具体实施方式
18.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发
明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
19.在本发明的下述实施例中，羟基丙烯酸树脂、氧化石墨烯、碳纤维、偶氮二甲酰胺、纳米活性碳酸钙、纳米氧化镁粉末、纳米硅藻土、聚乙二醇、β
‑
环糊精均可市售获取。高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂参照公开文献cn106432658a自制，高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂的粘度为2000～4800mpa
·
s，羟甲基含量均≤9%，游离甲醛含量均≤1%。
20.实施例1一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂35份、羟基丙烯酸树脂10份、氧化石墨烯15份、碳纤维8份、偶氮二甲酰胺3份和粘合剂2份。
21.在本实施例中，所述粘合剂为聚乙二醇和β
‑
环糊精的组合，二者的重量比为1：1。
22.所述电磁屏蔽复合材料的制备方法，按以下步骤进行：首先，称取上述重量份的原料，将高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂、羟基丙烯酸树脂和偶氮二甲酰胺充分混合至均匀，得到第一混合物；然后，向所述第一混合物中加入氧化石墨烯、碳纤维和填料，再次充分混合，得到第二混合物；再次，向所述第二混合物中加入粘合剂，搅拌均匀，将得到的混合物放入模具中，并将模具置于硫化仪上预热，然后在一定的温度和压力下发泡，发泡结束后，将模具冷却至室温后脱模，即得。
23.其中，所述预热的温度为75℃，时间为15分钟。
24.所述一定的温度和压力为：温度190℃，时间1.5小时。
25.实施例2一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂38份、羟基丙烯酸树脂12份、氧化石墨烯16份、碳纤维9份、偶氮二甲酰胺5份、填料1份和粘合剂2份。
26.在本实施例中，所述填料是纳米活性碳酸钙。所述粘合剂为聚乙二醇和β
‑
环糊精的组合，二者的重量比为1：2。
27.所述电磁屏蔽复合材料的制备方法，按以下步骤进行：首先，称取上述重量份的原料，将高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂、羟基丙烯酸树脂和偶氮二甲酰胺充分混合至均匀，得到第一混合物；然后，向所述第一混合物中加入氧化石墨烯、碳纤维和填料，再次充分混合，得到第二混合物；再次，向所述第二混合物中加入粘合剂，搅拌均匀，将得到的混合物放入模具中，并将模具置于硫化仪上预热，然后在一定的温度和压力下发泡，发泡结束后，将模具冷却至室温后脱模，即得。
28.所述预热的温度为80℃，时间为12分钟。
29.所述一定的温度和压力为：温度195℃，时间1.8小时。
30.实施例3
一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂40份、羟基丙烯酸树脂15份、氧化石墨烯20份、碳纤维12份、偶氮二甲酰胺6份、填料3份和粘合剂3份。
31.在本实施例中，所述填料是纳米氧化镁粉末。所述粘合剂为聚乙二醇和β
‑
环糊精的组合，二者的重量比为1：1.2。
32.所述电磁屏蔽复合材料的制备方法，按以下步骤进行：首先，称取上述重量份的原料，将高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂、羟基丙烯酸树脂和偶氮二甲酰胺充分混合至均匀，得到第一混合物；然后，向所述第一混合物中加入氧化石墨烯、碳纤维和填料，再次充分混合，得到第二混合物；再次，向所述第二混合物中加入粘合剂，搅拌均匀，将得到的混合物放入模具中，并将模具置于硫化仪上预热，然后在一定的温度和压力下发泡，发泡结束后，将模具冷却至室温后脱模，即得。
33.所述预热的温度为85℃，时间为10分钟。
34.所述一定的温度和压力为：温度200℃，时间1.2小时。
35.实施例4一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂45份、羟基丙烯酸树脂18份、氧化石墨烯20份、碳纤维10份、偶氮二甲酰胺8份、填料4份和粘合剂5份。
36.在本实施例中，所述填料是纳米硅藻土。所述粘合剂为聚乙二醇和β
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环糊精的组合，二者的重量比为1：1.5。
37.所述电磁屏蔽复合材料的制备方法，按以下步骤进行：首先，称取上述重量份的原料，将高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂、羟基丙烯酸树脂和偶氮二甲酰胺充分混合至均匀，得到第一混合物；然后，向所述第一混合物中加入氧化石墨烯、碳纤维和填料，再次充分混合，得到第二混合物；再次，向所述第二混合物中加入粘合剂，搅拌均匀，将得到的混合物放入模具中，并将模具置于硫化仪上预热，然后在一定的温度和压力下发泡，发泡结束后，将模具冷却至室温后脱模，即得。
38.所述预热的温度为90℃，时间为10分钟。
39.所述一定的温度和压力为：温度210℃，时间1小时。
40.实施例5一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂52份、羟基丙烯酸树脂20份、氧化石墨烯23份、碳纤维14份、偶氮二甲酰胺9份、填料5份和粘合剂7份。
41.在本实施例中，所述填料是纳米活性碳酸钙和纳米硅藻土的两种组合，二者的重量比为1：1。所述粘合剂为聚乙二醇和β
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环糊精的组合，二者的重量比为1：1.8。
42.所述电磁屏蔽复合材料的制备方法，按以下步骤进行：首先，称取上述重量份的原料，将高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂、羟基丙烯酸树
脂和偶氮二甲酰胺充分混合至均匀，得到第一混合物；然后，向所述第一混合物中加入氧化石墨烯、碳纤维和填料，再次充分混合，得到第二混合物；再次，向所述第二混合物中加入粘合剂，搅拌均匀，将得到的混合物放入模具中，并将模具置于硫化仪上预热，然后在一定的温度和压力下发泡，发泡结束后，将模具冷却至室温后脱模，即得。
43.所述预热的温度为85℃，时间为12分钟。
44.所述一定的温度和压力为：温度205℃，时间1.2小时。
45.对比例1：本对比例1与实施例1的不同之处在于：省略羟基丙烯酸树脂。制备方法参阅实施例1。
46.对比例2：一种电磁屏蔽复合材料，由如下重量份的原料制成：高亚氨基高甲醚化三聚氰胺树脂15份、羟基丙烯酸树脂35份、氧化石墨烯16份、碳纤维9份、偶氮二甲酰胺5份、填料1份和粘合剂2份。制备方法参阅实施例2。
47.对比例3：本对比例与实施例2的不同之处在于：以二亚硝基五亚甲基四胺替代偶氮二甲酰胺，其余原料及其含量不变。制备方法参阅实施例2。
48.对比例4：本对比例与实施例2的不同之处在于：粘合剂为等重量的聚乙烯缩丁醛和α
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环糊精，其余原料及其含量不变。制备方法参阅实施例2。
49.性能表征：（1）力学性能：在室温条件下，按照国家标准gb/t9341
‑
2008，利用万能力学试验机测试复合材料弯曲强度，设定试验机测定速度为10mm/min，试样长度为100mm，试样跨度为64mm。每组测试试样3个，取平均值，结果如表1所示。
50.（2）电磁屏蔽效能：在室温条件（温度25℃，相对湿度60%）下，将试样制成直径为12.00cm、厚度为1.00mm的圆片，使用电磁屏蔽测试仪和矢量网络分析仪测量复合材料在30~1200mhz频率下的电磁屏蔽效能se，记录关键频点数据，结果如表2
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1、表2
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2所示。
51.（3）测试结果：表1 力学性能测试结果由上表数据可知，本发明复合材料的弯曲强度为87.7
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95.4 mpa，弯曲模量为8.6
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9.4 gpa，抗弹性变形能力较好。对比例1和对比例2改变基体树脂的复配及其配比比例，对复合材料的弹性变形能力具有不同程度的影响，说明本发明基体的复配组合获得了较佳的协同效果。此外，发泡材料及粘合剂的选择应根据基体树脂的特性进行综合考量，仅以单一原料的作用出发进行选择，未必能够取得预期效果，获得性能良好的复合材料。
52.表2
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1实施例1
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4的关键频点测试结果表2
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2对比例1
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4的关键频点测试结果表2
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1和表2
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2结果显示，本发明复合材料的电磁屏蔽效能可以达到35 db左右，具有显著的电磁屏蔽效果。同时，对比例1
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4显示，本发明基体、发泡材料以及粘合剂的选择及其搭配合理，有助于提高复合材料的电磁屏蔽性能，这也说明即使电磁屏蔽增强材料的种类相同，在组成体系的某些原料发生变化时，依然会影响复合材料的电磁屏蔽效果，这表明
复合材料的最终呈现结构会影响复合材料电磁屏蔽效果的发挥，合理的发泡结构是有助于改善电磁屏蔽效果的。
53.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。