一种电磁屏蔽集装箱用尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电磁屏蔽复合材料领域，具体是一种电磁屏蔽集装箱用尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料及其制备方法，此复合材料具有超高效电磁屏蔽性能且易于大规模制备。将尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子加入到模具中，在220 ℃、10 MPa下热压10 min成型，得到具有隔离结构以及超高效电磁屏蔽性能的尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料。本发明专利技术通过制备具有隔离结构的复合材料，构建了镍‑膨胀石墨复合导电网络，通过金属‑碳的协同作用，在金属镍和膨胀石墨含量极低的情况下，能够显著提高复合材料的电导率和电磁屏蔽性能，实现了复合材料高导电、高电磁屏蔽性能的目标。

A nylon 6 / expanded graphite / nickel composite material for electromagnetic shielding container and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种电磁屏蔽集装箱用尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电磁屏蔽复合材料领域，具体是一种电磁屏蔽集装箱用尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料及其制备方法，此复合材料具有超高效电磁屏蔽性能且易于大规模制备。
技术介绍
通讯技术的快速发展给人们的生活带来了极大的便利，但是，相关电子、电器设备的大量应用带来了严重的电磁波污染。这些高频的电磁辐射和电磁干扰不仅危害着人们的身体健康，而且也会对军事和民用设备的正常运行造成严重的干扰。因此开发一种具有高效屏蔽性能且易于大规模生产的电磁屏蔽材料迫在眉睫。目前，集装箱(包括军事用途方舱)的电磁屏蔽性能通常通过钢、铝等金属类屏蔽体来实现，这种基于电磁波反射原理而广泛使用的纯金属电磁屏蔽材料由于自身密度大、成本高、环境适应性差等缺点并不能够胜任现代电子设备的电磁防护。更为重要的是金属材料易氧化，更易被酸碱腐蚀，所以在某些特殊环境下并不能够提供稳定、有效的电磁防护效果。因此，开发轻质、宽频、耐腐蚀、性能稳定的新型电磁屏蔽材料是目前集装箱电磁防护的迫切需求。目前与传统金属屏蔽材料相比，导电高分子复合材料(CPCs)由于具有成本低、电导率可控、耐腐蚀、密度小等优点，已经成为最具有应用前景的电磁屏蔽材料。综合国内外研究现状来看，添加碳系填料，尤其是石墨烯和碳纳米管，成为制备CPCs电磁屏蔽复合材料的研究热点，但是其昂贵的生产成本和复杂的制备方式极大的限制了该种电磁屏蔽材料的实际应用。另一方面，炭黑、膨胀石墨等碳系填料虽然经济、廉价，但自身电导率较低，在实现高屏蔽效能时需要很高的添加量，因此会显著降低复合材料的机械性能。镍作为一种典型的磁性金属，除了自身优异的电导率外，还具有一定的磁性能，所以在交变电磁场中，镍不仅能够提供理想的电磁波反射、电阻损耗，同时也可以提供可观的磁损耗。将镍和膨胀石墨复合制备CPCs复合材料能够同时发挥出金属和碳系材料的优势，有望在较低填料含量下赋予复合材料较高的电磁屏蔽性能。同时，镍和膨胀石墨都具有易获得、成本低的特点，适合用于电磁屏蔽复合材料的大规模制备。面对日益严重的电磁污染问题，一种适用于集装箱的具有高效电磁屏蔽性能且易于大规模制备的电磁屏蔽复合材料具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种具有超高效电磁屏蔽性能且易于大规模制备的电磁屏蔽集装箱用尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子，所述复合粒子是以金属镍为壳层结构、膨胀石墨包覆尼龙6粒子为核的尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子，其中膨胀石墨包覆尼龙6粒子的含量为99.25～99.81vol％，金属镍的含量为0.19vol％～0.75vol％，膨胀石墨与尼龙6的体积比为0.15：99.66。为了详细阐述本专利技术所述复合材料的复合粒子，本专利技术提供了一种尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子的制备方法，包括以下步骤：将膨胀石墨和尼龙6颗粒放置于高速共混机中共混，得到膨胀石墨包覆尼龙6粒子；将膨胀石墨包覆尼龙6粒子置于烘箱中，60-80℃下，将化学镀液和还原剂溶液交替喷涂1～3min后保留10min反应时间，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终制备得到尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子；所述化学镀液的具体组成为：80g/L的氯化镍、60g/L的柠檬酸钠、100ml/L的氨水以及蒸馏水；还原剂溶液的具体组成为：200g/L的次亚磷酸钠水溶液。作为本专利技术复合粒子的制备方法的技术方案的进一步改进，所述膨胀石墨和尼龙6颗粒在高速共混机中共混时间为1～4min，转速为24000r/min。作为本专利技术复合粒子的制备方法的技术方案的进一步改进，所述膨胀石墨包覆尼龙6粒子在置于气流喷雾设备进行化学镀之前进行了表面预处理，该预处理的方法为敏化处理和活化处理。具体实施时，膨胀石墨包覆尼龙6粒子在进行化学镀镍工艺前应对粒子进行表面预处理，该预处理包括敏化处理和活化处理2道工序。而按照常规，本领域的技术人员对需要进行化学镀的材料一般需要进行的预处理包括粗化处理、敏化处理和活化处理3道工序。但是，本专利技术所述膨胀石墨包覆尼龙6中的膨胀石墨层极大的改善了尼龙6颗粒的表面活性，不需要进行粗化处理，极大简化了化学镀工艺。另外，在最后一步化学镀中，按照常规本领域的技术人员需要将化学镀对象置于镀液中进行镀镍，时间一般为60-90min。但是本专利技术中最后一步使用喷涂的方式将化学镀液和还原剂交替喷涂在膨胀石墨包覆尼龙6粒子上，时间仅需1min-3min，极大的减少了化学镀所需的时间。具体的，敏化处理所使用的敏化液具体组成为：20ml盐酸(36wt％)，20g氯化亚锡，加蒸馏水配成1000ml溶液。活化处理所实用的活化液具体组成为：1ml盐酸(36wt％)，0.1g氯化钯，加蒸馏配成1000ml溶液。本专利技术进一步提供了一种尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料的制备方法，将尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子加入到模具中，在220℃、10MPa下热压10min成型，得到具有隔离结构以及超高效电磁屏蔽性能的尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料。按照常规，本领域的技术人员在制备隔离结构电磁屏蔽复合材料时会选用高熔融粘度的聚合物基体来防止热压成型过程中填料往基体中的扩散。如果聚合物熔体粘度较低，通常需要较高的导电填料含量才能构建结构完整的隔离结构导电网络。而本专利技术中尼龙6熔融粘度虽然较低，但是片层状的膨胀石墨有效限制了壳层金属镍的扩散，起到了良好的堆挤和隔离效果，在极低导电填料含量下实现了低粘度聚合物基体中隔离导电网络结构的构建。同时膨胀石墨层弥补了脆性镍层易断裂的不足，最终获得具有隔离结构、超高效电磁屏蔽性能的尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料。本专利技术通过制备具有隔离结构的复合材料，构建了镍-膨胀石墨复合导电网络，通过金属-碳的协同作用，在金属镍和膨胀石墨含量极低的情况下，能够显著提高复合材料的电导率和电磁屏蔽性能，实现了复合材料高导电、高电磁屏蔽性能的目标。同时，通过改变镍含量，可以调节复合材料的电导率以及电磁屏蔽性能，得到电导率和电磁屏蔽性能稳定、重现性好的尼龙6/膨胀石墨/镍电磁屏蔽复合材料。另外，采用喷涂的方式极大的缩短了化学镀所需的时间且该方式易于实现材料的大规模制备。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为尼龙6/膨胀石墨/镍复合材料的电导率与镍含量关系曲线图。从图中可以看出，随着材料中镍含量的增加，复合材料的电导率随之增加，并表现出典型的导电逾渗行为。复合材料的电导率最高可以达到778S/m，相应的镍含量仅为0.75vol％。图2分别为片状膨胀石墨(图2a)、尼龙6颗粒(图2b)、膨胀石墨包覆尼龙6粒子(图2c)和尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子(图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子，其特征在于，所述复合粒子是以金属镍为壳层结构、膨胀石墨包覆尼龙6粒子为核的尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子，其中膨胀石墨包覆尼龙6粒子的含量为99.25 ~ 99.81vol%，金属镍的含量为0.19 vol%~ 0.75 vol%，膨胀石墨与尼龙6的体积比为0.15 ：99.66。/n

【技术特征摘要】
1.一种尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子，其特征在于，所述复合粒子是以金属镍为壳层结构、膨胀石墨包覆尼龙6粒子为核的尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子，其中膨胀石墨包覆尼龙6粒子的含量为99.25~99.81vol%，金属镍的含量为0.19vol%~0.75vol%，膨胀石墨与尼龙6的体积比为0.15：99.66。


2.权利要求1所述的一种尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将膨胀石墨和尼龙6颗粒放置于高速共混机中共混，得到膨胀石墨包覆尼龙6粒子；将膨胀石墨包覆尼龙6粒子置于烘箱中，60-80℃下，将化学镀液和还原剂溶液交替喷涂1~3min后保留10min反应时间，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终制备得到尼龙6/膨胀石墨/镍复合粒子；
所述化学镀液的具体组成为：80g/L的氯化镍、60g/L的柠檬酸钠、100ml/L的氨水以及蒸馏水；还原剂溶液的具体组成为：200g/L的次亚磷酸钠水溶液。


3.根据权利要求2所述的一种尼龙6/膨胀石墨/...

【专利技术属性】
技术研发人员：段宏基，任威，孙铭，刘亚青，赵贵哲，盛安，
申请(专利权)人：中北大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14