轻质导电屏蔽复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质导电屏蔽复合材料及其制备方法。材料由重量比为20～60：0.5～20：0.5～40的氟塑料、碳纳米管和空心玻璃微珠组成，其中，氟塑料为泡沫状，碳纳米管于泡沫状氟塑料中为网络结构状；方法为先将氟塑料、刻蚀相、碳纳米管和空心玻璃微珠混合均匀，得到混合物，再将混合物置于转矩流变仪中混炼，得到混炼料，之后，先将混炼料置于平板硫化机上热压，得到复合板材，再将复合板材置于溶剂中浸泡去除刻蚀相后干燥，制得目的产物。它具有轻质、电磁屏蔽性能可靠和力学性能好，以及工艺简单、无污染、成本低，适于大规模工业化生产的优点，极易于广泛地应用于航天、航空、汽车等领域的电子设备和密集系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种导电屏蔽复合材料及制备方法，尤其是一种轻质导电屏蔽复合材料及其制备方法。
技术介绍
电磁屏蔽材料在一些电子设备和密集系统中有着广泛的应用。传统的电磁屏蔽材料一般由金属制得，其屏蔽效果虽好，却也存在着质重、易腐蚀、加工性能差的缺陷；难以将其应用于航天、航空、汽车等领域。近期，人们为了获得轻质电磁屏蔽材料，作了一些有益的尝试和努力，如中国专利技术专利申请公开说明书CN1656574A于2005年8月17日公开的一种导电的聚合物泡沫和弹性体及其制造方法。该公开说明书中记载的导电的聚合物泡沫由聚合物泡沫体和碳纳米管组成组合物，具有大于或等于50dB的电磁屏蔽容量；制造方法为先将选定的具体的聚合物与表面活性剂、催化剂或起泡剂、固化剂或起泡剂、催化剂，以及碳纳米管的液态组合物进行泡沫化或混合物进行挤压，再将其固化或吹泡成型，获得产物。但是，无论是产物，还是其制造方法，都存在着不足之处，首先，聚合物泡沫中的碳纳米管因其易团聚，故于泡沫中极难分布均匀，从而影响了产物的导电性，尤为影响了产物的电磁屏蔽性能；其次，因发泡而形成的产物，不仅极易使其中的碳纳米管于发泡时进一步地团聚，也使产物的力学性能变差，影响了其应用的范围；再次，制造方法既不能获得电磁屏蔽性能可靠、力学性能好的产物，又需表面活性剂、催化剂、起泡剂、固化剂等原料，易对环境造成污染。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理，电磁屏蔽性能可靠、力学性能好的轻质导电屏蔽复合材料。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种上述轻质导电屏蔽复合材料的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：轻质导电屏蔽复合材料包括氟塑料和碳纳米管，特别是，所述复合材料还包含空心玻璃微珠，所述氟塑料、碳纳米管和空心玻璃微珠的重量比为20～60：0.5～20：0.5～40；所述氟塑料为泡沫状，其为全氟共聚物，或聚全氟烷氧基树脂，或聚三氟氯乙烯，或乙烯-三氟氯乙烯共聚物，或乙烯-四氟乙烯共聚物，或聚偏氟乙烯，或聚氟乙烯；所述碳纳米管于泡沫状氟塑料中为网络结构状。作为轻质导电屏蔽复合材料的进一步改进：优选地，碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，其管直径均为20～30nm、管长均为10～30μm。优选地，空心玻璃微珠的外直径为10～100μm、密度为0.2～0.7g/cm3、抗压强度为5～55MPa。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述轻质导电屏蔽复合材料的制备方法包括熔融共混法，特别是完成步骤如下：步骤1，先将氟塑料、刻蚀相、碳纳米管和空心玻璃微珠混合均匀，得到混合物，其中，刻蚀相为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种或两种以上的混合体，其与氟塑料的重量比为20～60：20～60，再将混合物置于转矩流变仪中，于150～240℃下混炼5～20min，得到混炼料；步骤2，先将混炼料置于平板硫化机上，于200～280℃、1～10MPa下热压10～60min，得到复合板材，再将复合板材置于溶剂中浸泡2～20h后，置于60～80℃下干燥5～15h，制得轻质导电屏蔽复合材料。作为轻质导电屏蔽复合材料的制备方法的进一步改进：优选地，碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，其管直径均为20～30nm、管长均为10～30μm。优选地，空心玻璃微珠的外直径为10～100μm、密度为0.2～0.7g/cm3、抗压强度为5～55MPa。优选地，混合氟塑料、刻蚀相、碳纳米管和空心玻璃微珠时的温度为15～30℃。优选地，混炼时转矩流变仪的转速为50～100r/min。优选地，溶剂为甲苯，或二甲苯，或对二甲苯。优选地，在干燥经溶剂浸泡的复合板材前，先使用乙醇冲洗其表面的沉积物。相对于现有技术的有益效果是：其一，对制得的目的产物使用扫描电镜进行表征，由其结果可知，目的产物为泡孔及其大小均匀分布的泡沫状，构成泡体的氟塑料中均匀地分布着网状结构的碳纳米管及空心玻璃微珠；其中，碳纳米管的管直径均为20～30nm、管长均为10～30μm，空心玻璃微珠的外直径为10～100μm。这种由泡沫状氟塑料、碳纳米管和空心玻璃微珠组装成的目的产物，既由于泡沫状氟塑料的基体性能而使其质轻和易于加工，又因网状结构的碳纳米管均匀地分布于泡沫状氟塑料中而极大地提高了导电性，增强了电磁屏蔽性能的可靠性；还由于均布于泡沫状氟塑料中的空心玻璃微珠而不仅极大地增加了目的产物的力学性能，也大大地促进了碳纳米管的分散性和多孔结构的均匀性，更因三者的有机结合而使目的产物具备了轻质、电磁屏蔽性能可靠和力学性能好的特点。其二，对目的产物使用矢量网络分析仪进行表征，其结果表明，目的产物的电磁屏蔽的频谱范围得到了拓展、效率得到了提高。其三，制备方法简单、科学、高效。不仅制得了结构合理，电磁屏蔽性能可靠、力学性能好的目的产物——轻质导电屏蔽复合材料；还利用刻蚀去除掉其中一相高分子基体达到了轻质的效果，且获得了有利于吸收和反射电磁波的多孔结构，同时加入化学性质稳定、流动性好的空心玻璃微球促进了基体的相容性，使泡孔的大小更加均一；更有着工艺简单、无污染、成本低，适于大规模工业化生产的优点；进而使目的产物极易于广泛地应用于航天、航空、汽车等领域的电子设备和密集系统中。附图说明图1是对制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出目的产物为泡沫状，其泡孔分布均匀，大小均一。图2是对图1所示的目的产物使用高倍率扫描电镜进行表征的结果之一。由图2a可看出，泡沫状氟塑料中的碳纳米管已形成了联通的导电网络结构；图2b展示出空心玻璃微珠于泡沫状氟塑料中泡体的连接和支撑作用。图3是对目的产物使用矢量网络分析仪进行表征的结果之一。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。首先从市场购得或自行制得：作为氟塑料的全氟共聚物、聚全氟烷氧基树脂、聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚氟乙烯；作为刻蚀相的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯；作为碳纳米管的管直径均为20～30nm、管长均为10～30μm的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；外直径为10～100μm、密度为0.2～0.7g/cm3、抗压强度为5～55MPa的空心玻璃微珠；作为溶剂的甲苯、二甲苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质导电屏蔽复合材料，包括氟塑料和碳纳米管，其特征在于：所述复合材料还包含空心玻璃微珠，所述氟塑料、碳纳米管和空心玻璃微珠的重量比为20～60：0.5～20：0.5～40；所述氟塑料为泡沫状，其为全氟共聚物，或聚全氟烷氧基树脂，或聚三氟氯乙烯，或乙烯‑三氟氯乙烯共聚物，或乙烯‑四氟乙烯共聚物，或聚偏氟乙烯，或聚氟乙烯；所述碳纳米管于泡沫状氟塑料中为网络结构状。

【技术特征摘要】
1.一种轻质导电屏蔽复合材料，包括氟塑料和碳纳米管，其特征在于：
所述复合材料还包含空心玻璃微珠，所述氟塑料、碳纳米管和空心玻璃
微珠的重量比为20～60：0.5～20：0.5～40；
所述氟塑料为泡沫状，其为全氟共聚物，或聚全氟烷氧基树脂，或聚三
氟氯乙烯，或乙烯-三氟氯乙烯共聚物，或乙烯-四氟乙烯共聚物，或聚偏氟
乙烯，或聚氟乙烯；
所述碳纳米管于泡沫状氟塑料中为网络结构状。
2.根据权利要求1所述的轻质导电屏蔽复合材料，其特征是碳纳米管为
单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，其管直径均为20～30nm、管长均为10～30
μm。
3.根据权利要求1所述的轻质导电屏蔽复合材料，其特征是空心玻璃微
珠的外直径为10～100μm、密度为0.2～0.7g/cm3、抗压强度为5～55MPa。
4.一种权利要求1所述轻质导电屏蔽复合材料的制备方法，包括熔融共
混法，其特征在于完成步骤如下：
步骤1，先将氟塑料、刻蚀相、碳纳米管和空心玻璃微珠混合均匀，得
到混合物，其中，刻蚀相为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种
或两种以上的混合体，其与氟塑料的重量比为20～60：20～60，再将混合物
置于转矩流变仪中，于150～240℃下混炼5～20min，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧，郑康，张献，包超，丁欣，郭乐，田兴友，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34