一种具有电磁屏蔽功能的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有电磁屏蔽功能的复合材料及其制备方法。本发明专利技术具有电磁屏蔽功能的复合材料包括如下重量份的组分：改性赤泥20‑60份、塑料40‑80份和碳系材料1‑5份；其中，所述改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的。本发明专利技术具有电磁屏蔽功能的复合材料能够屏蔽高频电磁波，电磁屏蔽效果好，材料的力学、阻燃、导热等性能优异，使用寿命长，制作成本低，应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种具有电磁屏蔽功能的复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电磁屏蔽材料
，具体而言，涉及一种具有电磁屏蔽功能的复合材料及其制备方法。
技术介绍
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～1.4吨赤泥。中国是氧化铝的生产大国，每年排放的赤泥高达数百万吨。世界各国专家对赤泥的综合利用进行了大量的科学研究，其中包括利用赤泥生产建筑材料，如水泥、混凝土、新型墙体材料、烧结砖、免烧砖、环保型墙砖等；利用赤泥生产微晶玻璃、防渗材料、铺路材料等；从赤泥中回收有价金属，如Fe、Al、Ti等金属；将赤泥应用于环境工程，如利用赤泥制造硅肥、改良土壤；利用赤泥治理含Cd、As、Cr、Cu、Pb、Zn、F、P、COD、氨氮等废水。目前，电磁污染已成为继噪音污染、水污染、空气污染之后威胁人类健康的第四大公害，为防止电磁污染，采用电磁屏蔽材料进行屏蔽是主要的防范方法之一，而高屏蔽效率、低密度和经济节约型的电磁屏蔽材料则是研究发展的重点。现有的电磁屏蔽材料大多采用金属、涂覆的导电涂料或者导电金属敷层，金属与导电涂料的屏蔽效果好、适用范围广，但其成本较高，难以规模化利用；而导电金属敷层存在镀层工艺繁琐、容易造成环境污染、金属镀层容易脱落、电磁屏蔽效果较差等缺陷。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，该复合材料能够屏蔽高频电磁波，电磁屏蔽效果好，力学、阻燃、导热等性能优异，复合材料的密度低，使用寿命长，制作成本低，应用范围广泛。本专利技术的第二目的在于提供一种具有电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法，通过该方法能够制备得到上述具有电磁屏蔽功能的复合材料。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，包括如下重量份的组分：改性赤泥20-60份、塑料40-80份和碳系材料1-5份；其中，所述改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的。优选地，具有电磁屏蔽功能的复合材料包括如下重量份的组分：改性赤泥20-40份、塑料60-80份和碳系材料1-3份；更优选地，具有电磁屏蔽功能的复合材料包括如下重量份的组分：改性赤泥20-40份、塑料60-80份和碳系材料2份。本专利技术通过在塑料中添加改性赤泥和碳系材料，获得了能够屏蔽高频电磁波且电磁屏蔽效果好的复合材料；同时，该复合材料的力学、阻燃、导热等综合性能优异，使用寿命长，应用范围广泛；特别是，利用赤泥作为原料，既降低了复合材料的生产成本，同时解决了环境污染等问题，为赤泥的资源化利用提供了一种新的途径。本专利技术对所采用的赤泥不作严格限制；优选地，所述赤泥为拜耳法赤泥。具体地，本专利技术赤泥的主要组成含量为：Al2O315％-25％，SiO230％-45％，Fe2O320％-29％，Na2O≤5％，TiO21-2％；进一步地，所述赤泥的粒径为200目以上；比表面积范围10-20m2/g；比重为2.5-3.0g/cm3；含水质量分数≤10％。由于赤泥表面官能团多为活性较高的羟基，表现为亲水性，吸油量大，在塑料中的分散性、相容性、润湿性均不佳，因此需要对其进行改性。采用具有上述组成及质量参数的赤泥进行改性时，由于该赤泥具有胶结的孔架结构，比表面积大，粒度小，含水量大，塑性好，从而有利于后续改性处理。在本专利技术中，改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的；通过偶联剂对赤泥进行改性，改善了赤泥与塑料之间的界面性能，提高了赤泥的分散度以及赤泥与塑料之间的相容性及结合强度，由此获得的改性赤泥在塑料中的分散性、相容性、润湿性大大提高，以该改性赤泥作为原料制备的复合材料综合性能明显改善。进一步地，改性赤泥的粒径为400目以上。研究表明，以改性赤泥作为原料的复合材料中，改性赤泥并非作为简单的填料，其与塑料聚合物之间能够形成化学键，赤泥表面被塑料严密包裹，该特殊结构能够赋予复合材料良好的各项性能。特别是，以该改性赤泥作为原料制备复合材料时无需添加其它助剂(例如相容剂、分散剂等)，改性赤泥在塑料中的分散性和相容性好，有利于复合材料的制备及综合性能的提高。本专利技术对赤泥改性方法不作严格限制；在一实施方式中，改性赤泥的制备方法可以包括：将赤泥、偶联剂和水进行反应，对反应后的产物进行干燥；其中，控制赤泥与偶联剂的质量配比为(95-99)：(5-1)，优选为(19-49)：1；赤泥与水的质量配比为1：(3-5)。偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。在本专利技术中，所述偶联剂可以选自硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的一种或多种；优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550，KH560，KH570中的一种或多种。上述特定的偶联剂能够与赤泥表面的羟基发生化学反应，同时偶联剂的碳链能与塑料分子链发生缠绕和化学交联，显著提高了赤泥与塑料之间的相容性、润湿性和粘结性，复合材料的综合性能优异。进一步地，所述改性赤泥的制备方法还包括：对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥；其中，改性赤泥的粒径为400目以上，使得改性赤泥颗粒粒度能较好的分散到塑料内部，利于结合。进一步地，可以控制反应温度为60-80℃，优选为65-80℃；反应时间为3-5h，优选为4h；此外，可以控制干燥温度为70-90℃。上述制备方法对赤泥的改性效果较佳，改性赤泥的分散性和相容性优异，改性赤泥与塑料之间的结合强度高，有利于获得综合性能优异的复合材料。本专利技术对塑料的种类不作严格限制，例如可以选自聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯中的一种或多种。上述塑料材料便于加工，且易于成型，有利于复合材料的实际应用。本专利技术对碳系材料的种类不作严格限制，例如可以选自烟尘碳粉、石墨矿粉和石墨烯中的一种或多种，优选为石墨烯；优选地，所述碳系材料的粒径≥200目。本专利技术在改性赤泥和塑料的混合体系中添加少量碳系材料，在不明显增加材料成本的基础上显著提高了复合材料的各项性能。其中，烟尘碳粉是燃煤和工业生产过程中排放出来的固体颗粒物；烟尘碳粉的主要成份包括二氧化硅﹑氧化铝﹑氧化铁﹑氧化钙和未经燃烧的炭微粒；优选地，烟尘碳粉的碳元素含量为40％-50％。石墨矿粉是由石墨矿粉碎得到，石墨矿粉主要成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化磷、氧化铜、硫、氧化铁；优选地，石墨矿粉的碳元素含量为30-40％。石墨烯一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料；优选地，石墨烯的堆积密度为0.08-0.18g/cm3，其中，80％的石墨烯的层数≤5层。本专利技术还提供如上所述的具有电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法，包括如下步骤：采用偶联剂对赤泥进行改性，得到改性赤泥；按照重量份，对包括改性赤泥、塑料和碳系材料的原料进行混炼，成型，制得具有电磁屏蔽功能的复合材料。本专利技术的制备方法，先对赤泥进行改性处理，再将改性赤泥与塑料和碳系材料进行混炼，改性赤泥能够提高各原料之间的分散性、相容性、结合强度，有利于复合材料综合性能的提高。本专利技术对原料的加工工艺不作严格限制，可以根据选择的塑料的具体特性控制相关的工艺参数。具体地，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：改性赤泥20‑60份、塑料40‑80份和碳系材料1‑5份；其中，所述改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的；优选地，具有电磁屏蔽功能的复合材料包括如下重量份的组分：改性赤泥20‑40份、塑料60‑80份和碳系材料1‑3份。

【技术特征摘要】
1.一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：改性赤泥20-60份、塑料40-80份和碳系材料1-5份；其中，所述改性赤泥是通过偶联剂对赤泥进行改性得到的；优选地，具有电磁屏蔽功能的复合材料包括如下重量份的组分：改性赤泥20-40份、塑料60-80份和碳系材料1-3份。2.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥；优选地，所述赤泥的主要组成含量为：Al2O315％-25％，SiO230％-45％，Fe2O320％-29％，Na2O≤5％，TiO21-2％；优选地，所述赤泥的粒径为200目以上；比表面积范围10-20m2/g；比重为2.5-3.0g/cm3；含水质量分数≤10％。3.根据权利要求1或2所述的一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述改性赤泥的粒径为400目以上。4.根据权利要求1至3任一所述的一种具有电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述改性赤泥的制备方法包括：将赤泥、偶联剂和水进行反应，对反应后的产物进行干燥；其中，控制赤泥与偶联剂的质量配比为(95-99)：(5-1)，赤泥与水的质量配比为1：(3-5)；优选地，所述改性赤泥的制备方法还包括：对干燥后的产物进行粉碎、过筛，得到改性赤泥；优选地，控制反应温度为60-80℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张以河，王新珂，张娜，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11