一种轻质电磁屏蔽密封材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种轻质电磁屏蔽密封材料，它是由下述原料制备而成的：聚合物膨胀微球、碳材料；其中，聚合物膨胀微球与碳材料的质量比为(64～2)：1。进一步地，所述原料还包括偶联剂，偶联剂的质量为聚合物膨胀微球与碳材料总质量的1％～2％，优选为2％。本发明专利技术的轻质电磁屏蔽密封材料，具有密度小、导电和电磁屏蔽性能优良等多种优点，非常适合作为导电材料及电磁屏蔽材料。而且，本发明专利技术的轻质电磁屏蔽密封材料的制备方法简便，能耗低，生产效率高，具有十分良好的产业化前景。

【技术实现步骤摘要】
一种轻质电磁屏蔽密封材料及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种轻质电磁屏蔽密封材料及其制备方法和应用。
技术介绍
电磁波的出现极大的促进了社会的进步，现代电子信息技术的发展与电磁波已密不可分。然而，电子设备的广泛使用，也造成了大量的电磁泄露和污染，不仅干扰电子元器件的正常运行，诱发设备故障，而且会环境污染，危害人们身体健康，更为严重的是还会导致信息泄露。导致电子设备产生电磁泄露的原因在于，构成设备的各元件接缝、外壳上开关间隙等处未得到良好的屏蔽密封。因而，需要探索和开发具有一定形式的屏蔽材料来满足不同情况下的密封需求。作为能满足屏蔽密封的材料，应该具有可压缩性、导电或导磁性、电磁屏蔽或吸收等特性。含有导电或磁性填料的橡胶复合材料常被用于各种密封领域，这种复合材料常选用聚氨酯、天然橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶等弹性材料为基体，再加入碳纳米管、石墨烯、碳纤维、镀金属纤维等填料，通过特定的加工方法制得的。为了获得所需的电磁屏蔽性能，这类电磁密封材料中的填料的含量较高，因而制备成本也较高。为了在降低成本情况下获得优异的电磁屏蔽效果，有研究尝试在制备电磁屏蔽橡胶复合材料后，再进行发泡操作(ACSAppliedMaterials&Interfaces，2011，3：918-924；Nanoletters，2005，11：2131-2134)，来进一步提高导电电磁屏蔽性能，但是提升效果并不是太理想。也有研究尝试在软质开孔泡沫的骨架上镀一层金属纳米薄膜(中国专利技术专利ZL201410414514.1，US6309742B1)，这样既可在较低的金属含量下获得极佳的屏蔽效果，还具有可压缩性。但是此法用到的化学镀或电镀技术，制备过程会产生大量的重金属污染，而且泡沫骨架上的金属还存在不耐腐蚀等缺点。研究发现，在复合材料内部形成连续的导电网络有助于提高材料的电磁屏蔽性能。研究人员开发了隔离结构复合材料，即在复合材料内部形成连续的填料富集相和树脂基体相。例如，DXYan等人(AdvancedFunctionalMaterials，2015，25：559-566)将石墨烯负载在聚苯乙烯树脂微球表面，然后施以高压，在较低的石墨烯用量下制备出了具有隔离结构的电磁屏蔽复合材料。但是此法需要极高的压力，才能使树脂粘合在一起，而且获得的材料的力学强度较低，不适合工业化生产应用。
技术实现思路
为了获得一种简单的方法制备电磁性能极佳的密封材料，本申请的专利技术人通过大量的研究实践，意外的得到了一种轻质电磁屏蔽密封材料，取得了本领域技术人员预料不到的技术效果。本专利技术的目的在于提供一种轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：它是由下述原料制备而成的：聚合物膨胀微球、碳材料；其中，聚合物膨胀微球与碳材料的质量比为(64～2)：1。进一步地，所述原料还包括偶联剂，偶联剂的质量为聚合物膨胀微球与碳材料总质量的1％～2％，优选为2％。进一步地，所述聚合物膨胀微球与碳材料的质量比为(16～2)：1，优选为2：1。进一步地，所述聚合物膨胀微球是一种以热塑性聚合物为壳，挥发性有机物为核的中空球体；优选地，所述聚合物膨胀微球选自AkzoNobelEXPANCELTM031DU40，AkzoNobelEXPANCELTM051DU40，AdvancellEHM303，AdvancellEM501中的一种或多种。进一步地，所述碳材料选自石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、碳纳米纤维中的一种或多种，优选地，所述石墨烯为机械剥离石墨烯，碳纳米管为多壁碳纳米管。进一步地，所述偶联剂选自：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或多种。进一步地，所述轻质电磁屏蔽密封材料是由中空聚合物球壳和夹在球壳中间的碳材料构成。本专利技术还提供了一种制备上述轻质电磁屏蔽密封材料的方法，包括以下步骤：i.取原料，均匀分散，得到中间粉末；ii.取步骤i得到的中间粉末，加入模具型腔中，在升温、加压条件下，得到轻质电磁屏蔽密封材料。进一步地，步骤i中，所述均匀分散的方式为：取原料，加入溶剂，机械搅拌或超声分散，然后过滤，取固体；或，取原料，机械搅拌；所述溶剂选自醇类溶剂或醇类水溶液；和/或，步骤ii中，所述升温、加压条件为：温度为140℃～300℃，压强为使模具型腔保持闭合状态的最低压力～15MPa，保持时间为3～60min；优选地，温度为160℃～250℃，压强为2～10MPa，保持时间为5～30min。本专利技术还提供了上述轻质电磁屏蔽密封材料作为导电材料和/或电磁屏蔽材料的应用。本专利技术中，轻质电磁屏蔽密封材料的形成过程为：在高温下，聚合物膨胀微球球壳软化，内部低沸点有机物挥发，使微球膨胀，将碳材料挤压在聚合物球壳中间。此外，由于碳材料是随机分散的，球与球之间没有碳材料的地方，聚合物壳体相互挤压而粘接在一起，使得所得材料具有一定的界面粘接强度。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术聚合物膨胀为基体，在膨胀力的驱动下，将碳材料夹在胀大的聚合物球壳之间，制备方法极其简单，易于实现，非常适合规模化应用；(2)本专利技术所制得的轻质电磁屏蔽密封材料在较少的碳材料用量下，就可以取得优异的屏蔽效果，且所得材料综合成本低廉；(3)本专利技术所制得电磁屏蔽密封材料质轻，密度最低可达0.3g/cm3；(4)本专利技术所制得电磁屏蔽密封材料导电性能极好，电阻率最低可达0.01Ω·cm；(5)本专利技术所制得电磁屏蔽密封材料电磁屏蔽性能极佳，在0.05～20GHz范围内的电磁屏蔽性能最高可达120dB。本专利技术的轻质电磁屏蔽密封材料，具有密度小、导电性和电磁屏蔽性能优异，且性能可调等多种优点，非常适合作为导电材料和/或电磁屏蔽材料的应用，而且制备方法简便、环保、能耗低，生产效率高，具有十分良好的产业化前景。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。附图说明图1为本专利技术实施例1中编号为1-5至1-9所得轻质电磁屏蔽密封材料的电磁屏蔽性能曲线。具体实施方式本专利技术实施例中所用原料、设备均可通过购买市售产品获得。一、主要原料1、聚合物膨胀微球：AkzoNobelEXPANCELTM031DU40，051DU40；AdvancellEHM303，EM501。2、碳材料：机械剥离石墨烯(HE01，成都烯碳科技)；多壁碳纳米管(TNFN-8，中科院成都有机化学研究所)；导电炭黑(安阳德龙化工)；碳纳米纤维(北京德科岛金科技)。3、偶联剂：硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂YB-201、铝酸酯偶联剂AD-50、硼酸酯偶联剂LD-100P。二、性能测试1、采用万用表测试所得圆片试样的电阻，并根据以下公式计算电阻率ρ：R为电阻；r为半径，L为厚度。2、根据同轴法原理，采用KEYSIGHTPNA-XN5247A矢量网络分析仪测量圆片试样的电磁屏蔽效能，扫描频段为0.05～20GHz，试样直径为11mm，厚度为2mm。3、称重法测试试样的表观本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：它是由下述原料制备而成的：聚合物膨胀微球、碳材料；其中，聚合物膨胀微球与碳材料的质量比为(64～2)：1。

【技术特征摘要】
1.一种轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：它是由下述原料制备而成的：聚合物膨胀微球、碳材料；其中，聚合物膨胀微球与碳材料的质量比为(64～2)：1。2.根据权利要求1所述的轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：所述原料还包括偶联剂，偶联剂的质量为聚合物膨胀微球与碳材料总质量的1％～2％，优选为2％。3.根据权利要求1或2所述的轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：所述聚合物膨胀微球与碳材料的质量比为(16～2)：1，优选为2：1。4.根据权利要求1或2所述的轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：所述聚合物膨胀微球是一种以热塑性聚合物为壳，挥发性有机物为核的中空球体；优选地，所述聚合物膨胀微球选自AkzoNobelEXPANCELTM031DU40，AkzoNobelEXPANCELTM051DU40，AdvancellEHM303，AdvancellEM501中的一种或多种。5.根据权利要求1或2所述的轻质电磁屏蔽密封材料，其特征在于：所述碳材料选自石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、碳纳米纤维中的一种或多种，优选地，所述石墨烯为机械剥离石墨烯，碳纳米管为多壁碳纳米管。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：包建军，张爱民，徐雨，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51