一种基于可膨胀聚合物微球制备电磁屏蔽材料的方法与流程

本发明涉及电磁屏蔽材料制备领域，具体涉及一种轻质、柔性电磁屏蔽材料的制备方法。

背景技术：

电子设备是航空航天设备的重要组成部分，然而，电子设备散发的电磁辐射不仅相互干扰降低设备性能，也会引起信息泄漏危害国防安全。消除电磁辐射是保障航空航天用电子设备安全性的主要途径。与以反射电磁波为主的金属材料相比，聚合物基柔性电磁屏蔽材料因其高吸收、低反射、低密度、易加工的优点成为研究热点，受到学术界和工业界的广泛关注。材料的导电率和结构是影响电磁屏蔽效能的重要因素。聚合物材料的导电率可以通过增加导电填料的填充量和构建导电网络两种方式实现。另外，构筑泡孔结构不仅降低聚合物基电磁屏蔽材料的密度，而且能增加电磁波在材料内部发生多重反射的次数。增加多重反射可以增加电磁波与材料接触的几率，从而增强材料对电磁波的吸收损耗。因此该方法利于实现构筑轻质、高效电磁屏蔽材料的设想。例如，zhan和他的合作者（nanoscale,2019,11,1011）通过超临界发泡技术成功开发了具有隔离网络的碳纳米管/橡胶复合材料。然而，当碳纳米管含量较高时，材料的膨胀比较低，密度较高。因此，开发一种具有导电隔离网络的超低密的聚合物电磁屏蔽材料仍是一个巨大的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于可膨胀聚合物微球制备轻质、柔性电磁屏蔽材料的方法，其特点是先利用超声或搅拌将导电填料分散在水溶液中，再将可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，随后经过滤，洗涤，干燥，热压过程获得可应用于导电、电磁屏蔽领域的具有隔离网络的聚合物泡沫材料。

本发明目的是由以下技术措施实现的：

一种基于可膨胀聚合物微球制备电磁屏蔽材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在表面活性剂作用下，利用超声或搅拌将导电填料分散在水中，导电填料与表面活性剂的质量比为100~0.01；

（2）通过搅拌将可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，获得导电填料与可膨胀聚合物微球的复合悬浮液；

（3）导电填料与可膨胀聚合物微球的复合悬浮液经过滤，洗涤，干燥等过程，获得复合材料粉末，随后在10~200℃下热压30s~100min，室温冷压30s~100min后，获得轻质、柔性聚合物泡沫材料。

表面活性剂为硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠，月桂基磺化琥珀酸单脂二钠，单十二烷基磷酸酯钾，十六烷基三甲基溴化铵，失水山梨醇脂肪酸酯，烷基酚聚氧乙烯醚-10中的至少一种；导电填料为炭黑，碳纳米管，石墨，石墨烯，银纳米线，铜纳米线，镍纳米线，mxene中的至少一种；超声或搅拌时间为5分钟~10小时。

可膨胀聚合物微球为丙烯酸共聚物可膨胀微球，丙烯酸酯共聚物可膨胀微球，聚氨酯可膨胀微球中的至少一种；微球直径为0.01~1000微米；搅拌时间为5分钟~10小时。

干燥温度为10~100℃；干燥时间为1小时~50小时；

轻质、柔性聚合物泡沫材料具有三维的导电填料隔离网络结构，导电填料的重量分数为0.01~50wt%。

一种基于可膨胀聚合物微球制备电磁屏蔽材料的方法制备密度为0.001~0.9g/cm³、电磁屏蔽效能为10~70db的轻质、柔性聚合物泡沫材料。

轻质、柔性聚合物泡沫材料可用于导电材料和电磁屏蔽材料领域。

本发明的优势为：

（1）本发明通过自组装的方法在聚合物泡沫基体中构建三维的导电网络隔离网络，在导电填料含量较低时，复合材料具有较高的导电率和电磁屏蔽效能，因此可以降低产品的成本；

（2）本发明制备轻质、柔性聚合物电磁屏蔽材料过程中温度较低，因此可以节约能源；

（3）本发明制备效率较高，有利于实现批量生产。

附图说明

图1为轻质、柔性聚合物电磁屏蔽材料的图片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1在硬脂酸作用下，利用超声将石墨烯分散在水中，石墨烯与硬脂酸的质量比为1.5，超声10分钟后，通过搅拌将直径为10微米的丙烯酸共聚物可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，获得石墨烯与丙烯酸共聚物可膨胀微球的复合悬浮液，搅拌30min后，再经过滤，洗涤，干燥（温度为50℃，时间为10小时）等过程，获得复合材料粉末，随后在100℃下热压20min，室温冷压20min，获得轻质、柔性聚合物泡沫材料，该材料的密度为0.3g/cm³，电磁屏蔽效能为20db，石墨烯的填充量为5wt%。

实施例2在十六烷基三甲基溴化铵作用下，利用超声将银纳米线分散在水中，银纳米线与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2，超声20分钟后，通过搅拌将直径为30微米的丙烯酸酯共聚物可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，获得银纳米线与丙烯酸酯共聚物可膨胀微球的复合悬浮液，搅拌30min后，再经过滤，洗涤，干燥（温度为40℃，时间为20小时）等过程，获得复合材料粉末，随后在120℃下热压10min，室温冷压10min，获得轻质、柔性聚合物泡沫材料，该材料的密度为0.04g/cm³，电磁屏蔽效能为34db，银纳米线的填充量为2wt%。

实施例3在月桂基磺化琥珀酸单脂二钠作用下，利用超声将碳纳米管分散在水中，碳纳米管与月桂基磺化琥珀酸单脂二钠的质量比为4，超声30分钟后，通过搅拌将直径为10微米的聚氨酯可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，获得碳纳米管与聚氨酯可膨胀微球的复合悬浮液，搅拌50min后，再经过滤，洗涤，干燥（温度为30℃，时间为60小时）等过程，获得复合材料粉末，随后在180℃下热压10min，室温冷压10min，获得轻质、柔性聚合物泡沫材料，该材料的密度为0.05g/cm³，电磁屏蔽效能为50db，碳纳米管的填充量为10wt%。

实施例4在十六烷基三甲基溴化铵作用下，利用搅拌将碳纳米管分散在水中，碳纳米管与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为2，搅拌30分钟后，通过搅拌将直径为10微米的丙烯酸酯共聚物可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，获得碳纳米管与丙烯酸酯可膨胀微球的复合悬浮液，搅拌30min后，再经过滤，洗涤，干燥（温度为30℃，时间为24小时）等过程，获得复合材料粉末，随后在100℃下热压20min，室温冷压20min，获得轻质、柔性聚合物泡沫材料，该材料的密度为0.05g/cm³，电磁屏蔽效能为55db，碳纳米管的填充量为10wt%。

实施例5在月桂基磺化琥珀酸单脂二钠作用下，利用超声将mxene分散在水中，mxene与月桂基磺化琥珀酸单脂二钠的质量比为50，超声10分钟后，通过搅拌将直径为5微米的丙烯酸酯共聚物可膨胀聚合物微球分散在上述溶液中，获得mxene与丙烯酸酯可膨胀微球的复合悬浮液，搅拌50min后，再经过滤，洗涤，干燥（温度为30℃，时间为80小时）等过程，获得复合材料粉末，随后在130℃下热压5min，室温冷压10min，获得轻质、柔性聚合物泡沫材料，该材料的密度为0.08g/cm³，电磁屏蔽效能为48db，mxene的填充量为5wt%。

图1为轻质、柔性聚合物电磁屏蔽材料的图片；由图1可以看出植物的叶子可以支撑通过本发明制备的轻质、柔性聚合物电磁屏蔽材料（该样品的直径13mm，厚度2mm），说明该材料密度非常小。