本发明涉及一种近场通信系统抗电磁干扰材料的制备方法，属于抗电磁干扰材料制备技术领域。
背景技术：
随着信息技术的发展和电磁波的广泛应用，电磁辐射无处不在，继大气污染，水污染，噪音污染后被公认为第四大污染。电磁辐射不仅会造成电磁干扰，破坏电子电气设备的正常运行，而且会对人体健康造成威胁。具有良好屏蔽效果的电磁屏蔽材料已经成为当今研究的热点，各国在新型屏蔽材料的研究方面做了大量工作。填充型复合电磁屏蔽材料由于性能优越而备受关注，而国内在这方面的研究远落后于国外，因此研究新型电磁屏蔽复合材料有着重要的现实意义。碳纤维填充聚合物能使复合材料具有导电性以及良好的力学性能，但屏蔽效果不好，为了在宽广的频率范围内获得较好的电磁屏蔽性能，电磁屏蔽材料应该是高磁导率和高电导率材料的组合。
表层导电型屏蔽材料导电层随时间容易脱落而影响屏蔽效果，而且加工工艺复杂，填充复合型屏蔽材料就不会有这方面的问题，因此继表面导电型屏蔽材料之后推入市场大有后来者居上之势。目前美国、英国和日本等国己经开发了大量的这类屏蔽材料。填充型电磁屏蔽复合材料具有比重小,成型与屏蔽一体化、加工方便、便于大量生产、成本低等优点,但导电性较差,屏蔽效果较低,加入填料后机械性能下降。
填充复合型屏蔽材料是由电绝缘性能较好的合成树脂和具有优良导电性能的导电填料及其他添加剂所组成，经注射成型或挤出成型等方法加工成各种电磁屏蔽材料制品。常用的合成树脂有聚苯醚、聚碳酸酯、聚丙烯、尼龙、热塑性聚酯和橡胶等等。目前最常用的导电填料有金属纤维、金属片、镀金属纤维 、镀金属片，此外，还有超细粉末、碳纤维、导电炭黑、金属合金等。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对目前填充型聚合物抗电磁干扰材料虽然具有成本低、性质稳定、耐腐蚀的优点，但是存在导电性差、填充料与聚合物基体间粘接性差、分散不均匀导致材料力学性能差的弊端，提供了一种以天然树脂阿拉伯胶对碳纤维进行表面改性，再用植物油在沼泽液的作用下对纳米镍粉进行发酵改性，再以改性后的碳纤维和纳米镍粉为填料和聚丙烯混炼制得抗电磁干扰材料的方法。本发明通过天然树脂对碳纤维表面改性，在其表面沾附大量天然树脂颗粒，增加碳纤维表面活性和粗糙度，增强碳纤维和聚合物的粘接性，再用植物油对纳米镍粉表面改性，增加镍粉表面酯基官能团，提高其疏水性，从而改善镍粉在聚合物中的分散性，复配后充分利用了碳纤维的导电性和镍粉的电磁性，有效解决了目前填充型聚合物抗电磁干扰材料虽然具有成本低、性质稳定、耐腐蚀的优点，但是存在导电性差、填充料与聚合物基体间粘接性差、分散不均匀导致材料力学性能差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）称取200～300g碳纤维放入刚玉研钵中研磨20～30min，过200目标准筛，得到碳纤维粉末，按质量比为1:2将碳纤维粉末和阿拉伯树胶粉末混合后，加入到两者总体积8～10倍去离子水中，再在60～70℃水浴条件下搅拌直至阿拉伯树胶粉末完全溶解，得到混合悬浮液；
（2）向上述悬浮液中再加入其总质量3～5%硫磺粉末，放入超声振荡仪，以200～300W功率在60～70℃下振荡反应3～5h，将反应液用卧式离心机以3000～4000r/min转速离心分离，得到下层沉淀，放入烘箱干燥，即得天然树脂改性碳纤维粉末，备用；
（3）称取100～200g纳米镍粉，加入到装有400～500mL大豆油的陶瓷罐中，用搅拌棒搅拌均匀后，再向发酵罐中加入100～200mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液，用保鲜膜密封罐口后，将其放入35～45℃的恒温箱中，保温发酵改性2～3周；
（4）待发酵结束后，用高速离心机以6000～7000r/min转速离心处理15～20min，分离得到下层沉淀，再将下层沉淀移入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗10～15min，将滤渣取出，自然晾干后，得到表面改性纳米镍粉；
（5）按重量份数计，称取5～10份备用的天然树脂改性碳纤维粉末、8～12份上述表面改性纳米镍粉和90～100份聚丙烯，混合后装入开炼机，调整辊筒转速至10～15r/min，在180～190℃下混炼50～70min，得混合物料；
（6）将上述混合物料放在平板硫化机上，以180～190℃温度、14～16MPa压力硫化处理，并热压成厚度为2～3mm的薄片，待其自然冷却，即得近场通信系统抗电磁干扰材料。
本发明制得的近场通信系统抗电磁干扰材料拉伸强度为34.26～36.82MPa，弯曲强度为50.80～56.62MPa，断裂伸长率为25.64～27.12%，在频率13～15GHz下屏蔽效能为48.62～54.86dB。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备步骤简单，通过天然树脂对碳纤维表面改性，再用植物油对纳米镍粉表面改性，复配制得抗电磁干扰材料，针对性强；
（2）所得产品导电性好，填充料与聚合物基体间粘接性好、分散均匀。
具体实施方式
首先称取200～300g碳纤维放入刚玉研钵中研磨20～30min，过200目标准筛，得到碳纤维粉末，按质量比为1:2将碳纤维粉末和阿拉伯树胶粉末混合后，加入到两者总体积8～10倍去离子水中，再在60～70℃水浴条件下搅拌直至阿拉伯树胶粉末完全溶解，得到混合悬浮液；然后向上述悬浮液中再加入其总质量3～5%硫磺粉末，放入超声振荡仪，以200～300W功率在60～70℃下振荡反应3～5h，将反应液用卧式离心机以3000～4000r/min转速离心分离，得到下层沉淀，放入烘箱干燥，即得天然树脂改性碳纤维粉末，备用；再称取100～200g纳米镍粉，加入到装有400～500mL大豆油的陶瓷罐中，用搅拌棒搅拌均匀后，再向发酵罐中加入100～200mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液，用保鲜膜密封罐口后，将其放入35～45℃的恒温箱中，保温发酵改性2～3周；待发酵结束后，用高速离心机以6000～7000r/min转速离心处理15～20min，分离得到下层沉淀，再将下层沉淀移入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗10～15min，将滤渣取出，自然晾干后，得到表面改性纳米镍粉；按重量份数计，称取5～10份备用的天然树脂改性碳纤维粉末、8～12份上述表面改性纳米镍粉和90～100份聚丙烯，混合后装入开炼机，调整辊筒转速至10～15r/min，在180～190℃下混炼50～70min，得混合物料；最后将上述混合物料放在平板硫化机上，以180～190℃温度、14～16MPa压力硫化处理，并热压成厚度为2～3mm的薄片，待其自然冷却，即得近场通信系统抗电磁干扰材料。
实例1
首先称取200g碳纤维放入刚玉研钵中研磨20min，过200目标准筛，得到碳纤维粉末，按质量比为1:2将碳纤维粉末和阿拉伯树胶粉末混合后，加入到两者总体积8倍去离子水中，再在60℃水浴条件下搅拌直至阿拉伯树胶粉末完全溶解，得到混合悬浮液；然后向上述悬浮液中再加入其总质量3%硫磺粉末，放入超声振荡仪，以200W功率在60℃下振荡反应3h，将反应液用卧式离心机以3000r/min转速离心分离，得到下层沉淀，放入烘箱干燥，即得天然树脂改性碳纤维粉末，备用；再称取100g纳米镍粉，加入到装有400mL大豆油的陶瓷罐中，用搅拌棒搅拌均匀后，再向发酵罐中加入100mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液，用保鲜膜密封罐口后，将其放入35℃的恒温箱中，保温发酵改性2周；待发酵结束后，用高速离心机以6000r/min转速离心处理15min，分离得到下层沉淀，再将下层沉淀移入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗10min，将滤渣取出，自然晾干后，得到表面改性纳米镍粉；按重量份数计，称取5份备用的天然树脂改性碳纤维粉末、8份上述表面改性纳米镍粉和90份聚丙烯，混合后装入开炼机，调整辊筒转速至10r/min，在180℃下混炼50min，得混合物料；最后将上述混合物料放在平板硫化机上，以180℃温度、14MPa压力硫化处理，并热压成厚度为2mm的薄片，待其自然冷却，即得近场通信系统抗电磁干扰材料。
本发明制备步骤简单，通过天然树脂对碳纤维表面改性，再用植物油对纳米镍粉表面改性，复配制得抗电磁干扰材料，针对性强；所得产品导电性好，填充料与聚合物基体间粘接性好、分散均匀；制得的近场通信系统抗电磁干扰材料拉伸强度为34.26MPa，弯曲强度为50.80MPa，断裂伸长率为25.64%，在频率13GHz下屏蔽效能为48.62dB。
实例2
首先称取250g碳纤维放入刚玉研钵中研磨25min，过200目标准筛，得到碳纤维粉末，按质量比为1:2将碳纤维粉末和阿拉伯树胶粉末混合后，加入到两者总体积9倍去离子水中，再在65℃水浴条件下搅拌直至阿拉伯树胶粉末完全溶解，得到混合悬浮液；然后向上述悬浮液中再加入其总质量4%硫磺粉末，放入超声振荡仪，以250W功率在65℃下振荡反应4h，将反应液用卧式离心机以3500r/min转速离心分离，得到下层沉淀，放入烘箱干燥，即得天然树脂改性碳纤维粉末，备用；再称取150g纳米镍粉，加入到装有450mL大豆油的陶瓷罐中，用搅拌棒搅拌均匀后，再向发酵罐中加入150mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液，用保鲜膜密封罐口后，将其放入40℃的恒温箱中，保温发酵改性3周；待发酵结束后，用高速离心机以6500r/min转速离心处理18min，分离得到下层沉淀，再将下层沉淀移入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗13min，将滤渣取出，自然晾干后，得到表面改性纳米镍粉；按重量份数计，称取8份备用的天然树脂改性碳纤维粉末、10份上述表面改性纳米镍粉和95份聚丙烯，混合后装入开炼机，调整辊筒转速至13r/min，在185℃下混炼60min，得混合物料；最后将上述混合物料放在平板硫化机上，以185℃温度、15MPa压力硫化处理，并热压成厚度为3mm的薄片，待其自然冷却，即得近场通信系统抗电磁干扰材料。
本发明制备步骤简单，通过天然树脂对碳纤维表面改性，再用植物油对纳米镍粉表面改性，复配制得抗电磁干扰材料，针对性强；所得产品导电性好，填充料与聚合物基体间粘接性好、分散均匀；制得的近场通信系统抗电磁干扰材料拉伸强度为35.54MPa，弯曲强度为53.71MPa，断裂伸长率为26.38%，在频率14GHz下屏蔽效能为51.74dB。
实例3
首先称取300g碳纤维放入刚玉研钵中研磨30min，过200目标准筛，得到碳纤维粉末，按质量比为1:2将碳纤维粉末和阿拉伯树胶粉末混合后，加入到两者总体积10倍去离子水中，再在70℃水浴条件下搅拌直至阿拉伯树胶粉末完全溶解，得到混合悬浮液；然后向上述悬浮液中再加入其总质量5%硫磺粉末，放入超声振荡仪，以300W功率在70℃下振荡反应5h，将反应液用卧式离心机以4000r/min转速离心分离，得到下层沉淀，放入烘箱干燥，即得天然树脂改性碳纤维粉末，备用；再称取200g纳米镍粉，加入到装有500mL大豆油的陶瓷罐中，用搅拌棒搅拌均匀后，再向发酵罐中加入200mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液，用保鲜膜密封罐口后，将其放入45℃的恒温箱中，保温发酵改性3周；待发酵结束后，用高速离心机以7000r/min转速离心处理20min，分离得到下层沉淀，再将下层沉淀移入布氏漏斗，依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗15min，将滤渣取出，自然晾干后，得到表面改性纳米镍粉；按重量份数计，称取10份备用的天然树脂改性碳纤维粉末、12份上述表面改性纳米镍粉和100份聚丙烯，混合后装入开炼机，调整辊筒转速至15r/min，在190℃下混炼70min，得混合物料；最后将上述混合物料放在平板硫化机上，以190℃温度、16MPa压力硫化处理，并热压成厚度为3mm的薄片，待其自然冷却，即得近场通信系统抗电磁干扰材料。
本发明制备步骤简单，通过天然树脂对碳纤维表面改性，再用植物油对纳米镍粉表面改性，复配制得抗电磁干扰材料，针对性强；所得产品导电性好，填充料与聚合物基体间粘接性好、分散均匀；制得的近场通信系统抗电磁干扰材料拉伸强度为36.82MPa，弯曲强度为56.62MPa，断裂伸长率为27.12%，在频率15GHz下屏蔽效能为54.86dB。