本发明涉及电磁屏蔽涂料领域，具体涉及一种轻质纳米电磁屏蔽涂料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着现代科学技术的发展，尤其是电子信息工业的迅猛发展，各种电子产品和通讯设备的日益普及为我们日常生活提供了很大的便利。但是这些设备在工作的同时，也产生越来越多的辐射污染。电磁辐射污染产生的电磁干扰不仅给电子设备，特别是精密电子仪器的正常使用带来严重影响，而且无处不在的电磁污染环境还给人们尤其是青少年的身心健康带来了危害。因此电磁屏蔽材料的研究就显得愈发重要。电磁屏蔽材料就是利用材料的反射、吸收或抵消等机理阻止辐射场源所产生的电磁能进入被屏蔽区域，从而有效地消除或减少电磁环境对相关设备的影响和对人体健康的危害。
目前应用较多的电磁屏蔽材料为复合型电磁屏蔽涂料，其组成主要是成膜树脂、导电填料、稀释剂等，其中导电填料是重要的组成部分，常用的有银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、炭黑、碳纳米管等。而以碳纳米管为代表的纳米材料具有优异的尺度效应和常规材料无法比拟的电磁学性能，在导电和电磁屏蔽方面表现出了优异的性能，因此以碳纳米管为基础填料的电磁屏蔽涂料的研究和开发越来越受到重视。现有的电磁屏蔽涂料主要存在的缺点有：密度大、屏蔽效果差、兼容性差、频带窄、环境适应性差，不能满足工程应用的要求。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有电磁屏蔽涂料存在的缺点，提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料及其制备方法，该涂料能够最大限度地使材料达到“质量轻、屏蔽效果好、兼容性强、工作频带宽、环境适应性强”的效果。
本发明提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，该涂料包括100份的环氧树脂、60～80份的环氧树脂稀释剂、7.5～8.5份的环氧树脂固化剂、3～5份的碳纳米管、10～20份的碳纳米管分散剂、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；所述环氧树脂与所述环氧树脂稀释剂混合形成稀释后的环氧树脂，所述乙炔碳黑的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.05～0.10g/mL，所述四针状氧化锌晶须的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.01～0.04g/mL。
在上述技术方案的基础上，所述乙炔碳黑的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.07～0.09g/mL。
在上述技术方案的基础上，所述乙炔碳黑的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.0836g/mL。
在上述技术方案的基础上，所述四针状氧化锌晶须的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.02～0.03g/mL。
在上述技术方案的基础上，所述四针状氧化锌晶须的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.0254g/mL。
本发明提供上述轻质纳米电磁屏蔽涂料的制备方法，包括以下步骤：
以质量份数计，向100份的环氧树脂中加入60～80份的环氧树脂稀释剂，搅拌10～20分钟，得到稀释后的环氧树脂；取3～5份的碳纳米管，与乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须进行混合，研磨1～2小时，得到碳黑纳米碳管混合体；所述乙炔碳黑的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.05～0.10g/mL，所述四针状氧化锌晶须的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.01～0.04g/mL；
向稀释后的环氧树脂中依次加入碳黑纳米碳管混合体和10～20份的碳纳米管分散剂，添加砂磨珠，以1500～2500转每分钟的速率搅拌研磨1～2小时，去除砂磨珠，得到涂料粗产品；将涂料粗产品超声分散10～20分钟，再加入7.5～8.5份的环氧树脂固化剂，搅拌10～20分钟，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
在上述技术方案的基础上，所述乙炔碳黑的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.07～0.09g/mL。
在上述技术方案的基础上，所述四针状氧化锌晶须的质量与所述稀释后的环氧树脂的体积比为0.02～0.03g/mL。
在上述技术方案的基础上，所述环氧树脂为室温固化环氧树脂。
在上述技术方案的基础上，所述环氧树脂固化剂为改性聚醚胺或者改性脂环胺。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明的涂料在环氧树脂中添加有碳纳米管、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须，这些材料质量轻、密度小，而且，环氧树脂、碳纳米管、四针状氧化锌晶须能够形成网状导电结构，乙炔碳黑进一步增强网状导电结构的导电性能和对电磁波的屏蔽效能。在国内现有测试条件下，10MHz～1GHz波段下的屏蔽效能均在40dB以上，其中30Mz～900MHz的屏蔽效能均在50dB以上，且涂层性能稳定，重复性好，比目前国内已知的电磁屏蔽涂料在同等面密度下吸收电磁波性能更好。本发明不仅能够满足“质量轻、电磁波屏蔽效果强、兼容性优良、频带宽和环境适应性好”的要求，而且在单层结构条件下就能最大限度地屏蔽电磁波，同时能通过调节材料表面所涂覆涂料用量来调节材料表面屏蔽效果，使其应用范围更广。
(2)本发明的材料来源广泛，价格低廉。每平方米原料价格约为40～50元，相当于同类在用材料的1/3～1/4。
(3)本发明的涂料配制简单，原材料不需加工处理，所述涂料按配方制得后可直接涂装。适合一定规模的工业化生产。
(4)本发明的涂料可采用刷涂、喷涂的方法，对涂层的厚度、精度要求较低，适合各种复杂形体涂装。
(5)本发明的涂料施工面密度低，是国内同类纳米电磁屏蔽涂料面密度的1/3～1/2，能更好地减轻材料整体重量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，该涂料包括100份的环氧树脂、60～80份的环氧树脂稀释剂、7.5～8.5份的环氧树脂固化剂、3～5份的碳纳米管、10～20份的碳纳米管分散剂、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；环氧树脂与环氧树脂稀释剂混合形成稀释后的环氧树脂，乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.05～0.10g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.01～0.04g/mL。
优选的，乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.07～0.09g/mL，最佳0.0836g/mL。
优选的，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.02～0.03g/mL，最佳0.0254g/mL。
优选的，环氧树脂固化剂为8份。
环氧树脂可以为室温固化环氧树脂；为满足常温下表面固化时间短的要求，本发明实施例中的环氧树脂固化剂优选为改性聚醚胺或改性脂环胺；本发明实施例中采用的碳纳米管分散剂为碳纳米管专用分散剂，环氧树脂稀释剂为环氧树脂专用稀释剂。
本发明实施例提供上述轻质纳米电磁屏蔽涂料的制备方法，包括以下步骤：
以质量份数计，向搅拌釜中加入100份的环氧树脂和60～80份的环氧树脂稀释剂，搅拌10～20分钟至搅拌均匀，得到稀释后的环氧树脂；
向行星球磨机中加入3～5份的碳纳米管、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须，混合，在行星球磨机中球磨1～2小时，得到碳黑纳米碳管混合体；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.05～0.10g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.01～0.04g/mL；
向稀释后的环氧树脂中依次加入碳黑纳米碳管混合体、10～20份的碳纳米管专用分散剂，将搅拌釜的搅拌桨更换成砂磨专用搅拌头，向搅拌釜中添加一定量直径为0.6mm的砂磨珠，以1500～2500转每分钟的速率搅拌研磨1～2小时，去除砂磨珠，得到涂料粗产品；用超声分散仪将涂料粗产品超声分散10～20分钟至分散均匀，再加入7.5～8.5份的环氧树脂固化剂，在搅拌釜中搅拌10～20分钟至搅拌均匀，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
下面通过5个具体实施例对本发明进行进一步阐述。
实施例1：
本实施例提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，包括以下成分：
环氧树脂1份、环氧树脂稀释剂0.6份、碳纳米管0.03份、碳纳米管专用分散剂0.1份、改性聚醚胺0.08份，以及乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.07g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.02g/mL。
本实施例的电磁屏蔽涂料的制备过程为：
在搅拌釜中加入环氧树脂1份和环氧树脂稀释剂0.6份后搅拌10分钟，得到稀释后的环氧树脂，环氧树脂稀释剂选择市售的环氧树脂专用稀释剂；将碳纳米管0.03份、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须在行星球磨机中球磨1小时，得到碳黑纳米碳管混合体；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.07g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.02g/mL；
将碳黑纳米碳管混合体和碳纳米管专用分散剂0.1份加入到稀释后的环氧树脂中，再更换砂磨搅拌头，并在搅拌釜中加入适量直径为0.6mm的砂磨球，设置转速为2000转每分钟，研磨1小时，最后去除砂磨珠，得到涂料粗产品；
用超声分散仪分散涂料粗产品10分钟，然后再加入改性聚醚胺0.08份并搅拌20分钟，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
本实施例的电磁屏蔽涂料的施工过程为：用刷涂的方式在1块尺寸为180mm×180mm×4mm的铝板表面均匀涂覆39g的电磁屏蔽涂料。然后在室温下固化12小时即可。
实施例2：
本实施例提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，包括以下成分：
环氧树脂1份、环氧树脂稀释剂0.7份、碳纳米管0.05份、碳纳米管分散剂0.15份、改性脂环胺0.08份，以及乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.09g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.03g/mL。
本实施例的电磁屏蔽涂料的制备过程为：
在搅拌釜中加入环氧树脂1份和环氧树脂稀释剂0.7份后搅拌10分钟，得到稀释后的环氧树脂，环氧树脂稀释剂选择市售的环氧树脂专用稀释剂；
将碳纳米管0.05份、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须在行星球磨机中球磨1.5小时，得到碳黑纳米碳管混合体；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.09g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.03g/mL；
将碳黑纳米碳管混合体和碳纳米管专用分散剂0.15份加入到稀释后的环氧树脂中，再更换砂磨搅拌头，并在搅拌釜中加入适量直径为0.6mm的砂磨球，设置转速为2000转每分钟，研磨1小时，最后去除砂磨珠，得到涂料粗产品；
用超声分散仪分散涂料粗产品10分钟，然后再加入改性脂环胺0.08份并搅拌20分钟，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
本实施例的电磁屏蔽涂料的施工过程为：用喷涂的方式在1块尺寸为180mm×180mm×1mm的玻璃钢材料表面涂覆约5g的导电漆，用烘箱将上述玻璃钢在60℃±5℃条件下加热4小时后再在其表面喷涂51g电磁屏蔽涂料，然后在室温下固化24小时后即可。
实施例3：
本实施例提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，包括以下成分：
环氧树脂1份、环氧树脂稀释剂0.8份、碳纳米管0.04份、碳纳米管专用分散剂0.15份、改性脂环胺0.085份，以及乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.05g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.01g/mL。
本实施例的电磁屏蔽涂料的制备过程为：
在搅拌釜中加入环氧树脂1份和环氧树脂稀释剂0.8份后搅拌15分钟，得到稀释后的环氧树脂，环氧树脂稀释剂选择市售的环氧树脂专用稀释剂；
将碳纳米管0.04份、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须在行星球磨机中球磨1.5小时，得到碳黑纳米碳管混合体；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.05g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.01g/mL；
将碳黑纳米碳管混合体和碳纳米管专用分散剂0.15份加入到稀释后的环氧树脂中，再更换砂磨搅拌头，并在搅拌釜中加入适量直径为0.6mm的砂磨球，设置转速为2500转每分钟，研磨1小时，最后去除砂磨珠，得到涂料粗产品；
用超声分散仪分散涂料粗产品20分钟，然后再加入改性脂环胺0.085份并搅拌10分钟，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
实施例4：
本实施例提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，包括以下成分：
环氧树脂1份、环氧树脂稀释剂0.65份、碳纳米管0.035份、碳纳米管专用分散剂0.2份、改性脂环胺0.075份，以及乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.10g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.04g/mL。
本实施例的电磁屏蔽涂料的制备过程为：
在搅拌釜中加入环氧树脂1份和环氧树脂稀释剂0.65份后搅拌20分钟，得到稀释后的环氧树脂，环氧树脂稀释剂选择市售的环氧树脂专用稀释剂；
将碳纳米管0.035份、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须在行星球磨机中球磨2小时，得到碳黑纳米碳管混合体；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.10g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.04g/mL；
将碳黑纳米碳管混合体和碳纳米管专用分散剂0.2份加入到稀释后的环氧树脂中，再更换砂磨搅拌头，并在搅拌釜中加入适量直径为0.6mm的砂磨球，设置转速为1500转每分钟，研磨2小时，最后去除砂磨珠，得到涂料粗产品；
用超声分散仪分散涂料粗产品20分钟，然后再加入改性脂环胺0.075份并搅拌20分钟，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
实施例5：
本实施例提供一种轻质纳米电磁屏蔽涂料，以质量份数计，包括以下成分：
环氧树脂1份、环氧树脂稀释剂0.7份、碳纳米管0.045份、碳纳米管专用分散剂0.2份、改性聚醚胺0.08份，以及乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.0836g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.0254g/mL。
本实施例的电磁屏蔽涂料的制备过程为：
在搅拌釜中加入环氧树脂1份和环氧树脂稀释剂0.7份后搅拌10分钟，得到稀释后的环氧树脂，环氧树脂稀释剂选择市售的环氧树脂专用稀释剂；
将碳纳米管0.045份、乙炔碳黑、四针状氧化锌晶须在行星球磨机中球磨1.5小时，得到碳黑纳米碳管混合体；乙炔碳黑的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.0836g/mL，四针状氧化锌晶须的质量与稀释后的环氧树脂的体积比为0.0254g/mL；
将碳黑纳米碳管混合体和碳纳米管专用分散剂0.2份加入到稀释后的环氧树脂中，再更换砂磨搅拌头，并在搅拌釜中加入适量直径为0.6mm的砂磨球，设置转速为2000转每分钟，研磨1小时，最后去除砂磨珠，得到涂料粗产品；
用超声分散仪分散涂料粗产品10分钟，然后再加入改性聚醚胺0.08份并搅拌20分钟，得到轻质纳米电磁屏蔽涂料。
本发明的电磁屏蔽机理属于电损耗型电磁屏蔽机理，所涉及的原材料均为国内现有产品，无需再加工处理。本发明制得的电磁屏蔽涂料，不仅能最大限度地满足面密度低、高吸收，兼容性优良和频带宽的要求，在单层结构条件下就能使电磁波大量进入涂层内部，并能最大限度的使之损耗或衰减；而且还能通过调节被涂覆材料表面的涂层面密度的大小来调整电磁屏蔽频段，从而使电磁屏蔽涂料的应用范围更广。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。