一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，属于电磁屏蔽材料领域。本发明专利技术以聚醚多元醇和异氰酸酯为原料，采用一步法制备导电填料掺杂型聚氨酯轻量化材料，其制备方法简单，对设备及实验环境要求较低，适合工业连续化生产。本发明专利技术采用去离子水为主要发泡剂，通过机械搅拌发泡制得聚氨酯轻量化电磁屏蔽材料，制备过程不产生有害气体，得到的终端产品将有望在电子仪器、设备的电磁防护材料以及武器装备的隐身材料方面得到广泛应用。本发明专利技术制备的材料，聚氨酯泡沫的多孔结构能够有效提升电磁波的吸收衰减和多重反射衰减，增强了材料的电磁屏蔽效果。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法
本专利技术涉及一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，属于电磁屏蔽材料领域。
技术介绍
伴随着现代电子通讯技术的发展，高频电磁波的应用范围不断扩大，各类电子电器设备在为社会提供便利的同时，其产生的电磁干扰和电磁辐射所带来的问题日益严重。长时间的电磁辐射与电磁干扰不但容易造成电子仪器的瘫痪，而且成为威胁人类健康的污染源。如今，电磁屏蔽型材料的开发成为了减少电磁波损害的重要手段。电磁屏蔽型材料主要包括金属屏蔽材料、表面导电型屏蔽材料以及填充复合型屏蔽材料。其中，填充复合型屏蔽材料是当前研究的主要趋势，其主要由性能、良好的合成树脂和导电性好、导磁性高的填料组成，填充材料包括金属纤维、连续碳纤维、炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、导电高分子纤维等。泡沫型屏蔽材料质轻且富含泡孔结构，电磁波能够在材料中进行吸收和反射。此外，电磁屏蔽材料的表面通常还需具有较好的导电性。为了提高泡沫型材料的电磁屏蔽效果，需要制备导电性能优异的复合型泡沫材料。J.Ma等人(ACSAppl.Mater.Inter.,2015,7(1):563-576)报道了将超轻质银纳米线引入聚酰亚胺泡沫中制备具有电磁屏蔽效果的复合泡沫材料。但其电磁屏蔽效能低、成本高，并且聚酰亚胺泡沫的机械性能较差，不适合大规模生产和应用。中国专利CN103739825A公开了一种电磁屏蔽型硬质聚氨酯泡沫，主要通过在合成聚氨酯的过程中加入电气石，得到电磁屏蔽性能优异的泡沫材料。但是聚氨酯的阻燃性能极差，电气石的加入并不能有效改善其阻燃性能，并且硬质聚氨酯泡沫的密度较大，限制了其应用。将导电填料引入聚氨酯泡沫体系中，制备导电填料掺杂型自结皮聚氨酯轻量化材料用于电磁屏蔽尚未见有公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，该方法制备的材料具有电磁屏蔽效能较高、力学性能良好、阻燃性能优异的特点。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将导电填料、去离子水、胺类催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂和多元醇混合均匀，得到分散液；所述导电填料的添加质量为多元醇质量的0.5～20％、所述去离子水的添加质量为多元醇质量的5～10％、所述胺类催化剂的添加质量为多元醇质量的0.5～1％、所述泡沫稳定剂的添加质量为多元醇质量的3～5％、所述发泡剂的添加质量为多元醇质量的10～20％；步骤二、搅拌，同时向步骤一所得的分散液中滴加有机锡类催化剂，使得多元醇分解成自由基，得到混合溶液；步骤三、向步骤二所得的混合溶液中迅速加入异氰酸酯，搅拌直至多元醇反应完全后，倒入模具中使其自由发泡，制得泡沫中间体；所述异氰酸酯中—NCO与聚醚多元醇中—OH的官能团摩尔比为1.2～1.5；步骤四、将泡沫中间体置于烘箱，在80～100℃条件下完成泡沫的固化过程，最终得到自结皮聚氨酯轻量化材料。优选的，所述导电填料为炭黑、石墨、改性石墨、可膨胀石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一种或任意组合。优选的，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、1,5-二异氰酸萘或二甲基联苯二异氰酸酯中的一种或多种。优选的，所述胺类催化剂为三乙烯二胺、四甲基乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、三亚乙基二胺、N,N-二甲基吡啶中的一种或任意组合。优选的，所述泡沫稳定剂为有机硅稳定剂、硅酮稳定剂、硅酮聚醚共聚物稳定剂中的一种或任意组合。优选的，所述发泡剂为环烷烃、混合烷烃、液态CO2、氢氟烃中的一种或任意组合。优选的，所述多元醇为羟值300～500mgKOH/g的聚醚多元醇、聚酯多元醇、植物多元醇中的一种或任意组合。优选的，所述有机锡类催化剂为辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡、二乙酸二丁基锡中的一种或任意组合。优选的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或任意组合。有益效果：1、所得材料具有较高的电磁屏蔽效能。一方面，聚氨酯泡沫的多孔结构能够有效提升电磁波的吸收衰减和多重反射衰减，增强了材料的电磁屏蔽效果。另一方面，导电填料的添加赋予了材料良好的导电性能，其电磁屏蔽效能得到了进一步提高。此外，导电填料作为增强相使得材料的机械性能大幅度提高；材料的热稳定性和阻燃性能大幅度提高，其热分解温度升高了15℃，极限氧指数的增长率达30％；异氰酸酯中—NCO官能团具有较高的反应活性，能够与导电填料表面的活性基团发生反应，使得导电填料与聚氨酯基体之间形成良好的界面黏接性。2、所述材料的制备方法简单、设备要求宽松。本专利技术以聚醚多元醇和异氰酸酯为原料，采用一步法制备聚氨酯轻量化材料，其制备方法简单，对设备及实验环境要求较低，适合工业连续化生产。本专利技术采用去离子水为主要发泡剂，通过机械搅拌发泡制得聚氨酯轻量化电磁屏蔽材料，制备过程不产生有害气体，得到的终端产品将有望在电子仪器、设备的电磁防护材料以及武器装备的隐身材料方面得到广泛应用。附图说明图1为实施例3所得材料在近红外和中红外波段的透过率；其中a为实施例3所得材料在近红外波段中的透过率；b为实施例3所得材料在中红外波段中的透过率；图2为实施例3所得材料的扫描电子显微镜图片。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。实施例1一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，将0.25g石墨烯、5g去离子水、0.5g三乙烯二胺、3g泡沫稳定剂、10g一氟二氯乙烷和100g聚醚多元醇在1500r/min的转速下搅拌3分钟使其均匀混合，向其中滴加0.5g辛酸亚锡，以1500r/min的转速搅拌30秒使其均匀混合，然后向其中迅速加入75g异氰酸酯，以2000r/min的转速高速搅拌7秒后倒入模具中使其自由发泡，制得泡沫中间体，最后将泡沫中间体置于烘箱，在100℃条件下处理15分钟完成泡沫的固化过程，得到自结皮聚氨酯轻量化材料。实施例2一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，将0.5g石墨烯、5g去离子水、0.5g三乙烯二胺、3g泡沫稳定剂、10g一氟二氯乙烷和100g聚醚多元醇在1500r/min的转速下搅拌3分钟使其均匀混合，向其中滴加0.5g辛酸亚锡，以1500r/min的转速搅拌30秒使其均匀混合，然后向其中迅速加入75g异氰酸酯，以2000r/min的转速高速搅拌7秒后倒入模具中使其自由发泡，制得泡沫中间体，最后将泡沫中间体置于烘箱，在100℃条件下处理15分钟完成泡沫的固化过程，得到自结皮聚氨酯轻量化材料。实施例3一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，将0.75g石墨烯、5g去离子水、0.5g三乙烯二胺、3g泡沫稳定剂、10g一氟二氯乙烷和100g聚醚多元醇在1500r/min的转速下搅拌3分钟使其均匀混合，向其中滴加0.5g辛酸亚锡，以1500r/min的转速搅拌30秒使其均匀混合，然后向其中迅速加入75g异氰酸酯，以2000r/min的转速高速搅拌7秒后倒入模具中使其自由发泡，制得泡沫中间体，最后将泡沫中间体置于烘箱，在100℃条件下处理15分钟完成泡沫的固化过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、将导电填料、去离子水、胺类催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂和多元醇混合均匀，得到分散液；所述导电填料的添加质量为多元醇质量的0.5～20％、所述去离子水的添加质量为多元醇质量的5～10％、所述胺类催化剂的添加质量为多元醇质量的0.5～1％、所述泡沫稳定剂的添加质量为多元醇质量的3～5％、所述发泡剂的添加质量为多元醇质量的10～20％；步骤二、搅拌，同时向步骤一所得的分散液中滴加有机锡类催化剂，使得多元醇分解成自由基，得到混合溶液；步骤三、向步骤二所得的混合溶液中迅速加入异氰酸酯，搅拌直至多元醇反应完全后，倒入模具中自由发泡，制得泡沫中间体；所述异氰酸酯中—NCO与聚醚多元醇中—OH的官能团摩尔比为1.2～1.5；步骤四、将泡沫中间体置于烘箱，在80～100℃条件下完成泡沫的固化过程，最终得到自结皮聚氨酯轻量化材料。

【技术特征摘要】
1.一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、将导电填料、去离子水、胺类催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂和多元醇混合均匀，得到分散液；所述导电填料的添加质量为多元醇质量的0.5～20％、所述去离子水的添加质量为多元醇质量的5～10％、所述胺类催化剂的添加质量为多元醇质量的0.5～1％、所述泡沫稳定剂的添加质量为多元醇质量的3～5％、所述发泡剂的添加质量为多元醇质量的10～20％；步骤二、搅拌，同时向步骤一所得的分散液中滴加有机锡类催化剂，使得多元醇分解成自由基，得到混合溶液；步骤三、向步骤二所得的混合溶液中迅速加入异氰酸酯，搅拌直至多元醇反应完全后，倒入模具中自由发泡，制得泡沫中间体；所述异氰酸酯中—NCO与聚醚多元醇中—OH的官能团摩尔比为1.2～1.5；步骤四、将泡沫中间体置于烘箱，在80～100℃条件下完成泡沫的固化过程，最终得到自结皮聚氨酯轻量化材料。2.如权利要求1所述的一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，其特征在于：所述导电填料为炭黑、石墨、改性石墨、可膨胀石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的一种或任意组合。3.如权利要求1所述的一种电磁屏蔽型聚氨酯轻量化材料的制备方法，其特征在于：所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：束庆海，姚嫒嫒，孙健，吕席卷，杜君宜，陈锟，金韶华，曹杰，陈树森，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11