一种具有电磁屏蔽功能的人造板及其制备方法与流程

1.本发明属于板材制造技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽功能的人造板及其制备方法。


背景技术：

2.在科技迅猛发展的今天，电子设备成为人类生活中不可或缺的一部分，这些电子设备在为人类服务的同时会产生大量电磁能量，电磁波是电磁能量传播的主要方式，电磁波向外辐射时，会对邻近的其他设备产生干扰而影响其运作，危及通信设施的信息安全，并且电磁波还会损害人类的身体健康。
3.电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径，从而消除干扰。电磁屏蔽人造板是一种常见的电磁屏蔽材料，木质复合材料具有易加工、轻质、绿色环保等优点，是作为电磁屏蔽人造板基材的优质选择，既可以拓宽木质材料的应用范围，又可以减少能耗污染，实现材料的可持续供给，具有广阔的前景。
4.现有的木基电磁屏蔽人造板主要有两种：一种是在木质基板上胶接金属箔或金属网实现电磁屏蔽性能，如cn00236177.9公开的具有抗静电和电磁屏蔽效能的人造板以及cn200810111684.7公开的工程用电磁兼容木基复合材料，这种类型的电磁屏蔽人造板存在以下缺陷：金属层会明显增加板材整体重量；金属层与木质基材的结合水平差，容易分层；金属层与木质基材结合后再加工难度高，后期加工可能对电磁屏蔽性能产生影响。另一种是在基材内部添加导电材料用于电磁屏蔽，如cn201510471670.6公开的具有电磁屏蔽功能的复合人造板，主要由镀镍膨胀石墨和木纤维复合而成，这种方式克服了第一类电磁屏蔽人造板的缺陷，但是导电材料加工工艺复杂，而且容易对木质基材的力学性能造成不良影响，尤其是静曲强度，进而导致板材易开裂变形。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供了一种具有电磁屏蔽功能的人造板，不使用金属箔或金属网作为屏蔽材料，而采用作为良导体的导电塑料膜压贴在木质基材表面，可在几乎不增加基材重量的同时提供电磁屏蔽功能，且不易分层，再加工难度低，不会破坏板木质基材的力学性能。
6.为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：一种具有电磁屏蔽功能的人造板，包括基材以及粘贴于所述基材表面的导电塑料膜，所述导电塑料膜至少由以下原料制成：聚丙烯树脂、纳米级导电竹炭、乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物、氧化锌粉、增塑剂、偶联剂；其中，聚丙烯树脂和乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物共同构成导电塑料膜的主体结构；纳米级导电竹炭和氧化锌粉均匀分布在所述的主体结构内。聚丙烯树脂和乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物构成的主体结构为导电塑料膜提供良好的力学基础（强度、硬度等），纳米级导电竹炭和氧化锌粉作为导电成分，协同作用，赋予导电塑料膜良好的电磁屏蔽性能。
7.优选的，所述导电塑料膜各原料重量份组成如下：聚丙烯树脂
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30
‑
45份纳米级导电竹炭
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22
‑
38份乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物
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17
‑
46份氧化锌粉
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7.5份增塑剂
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0.8
‑
2份偶联剂
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1.5
‑
2.2份。
8.优选的，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、已二酸二辛酯或磷酸三芳基酯中的一种或多种。
9.优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
10.优选的，所述纳米级导电竹炭的平均粒径在20
‑
40nm，粒径分布范围在10
‑
60nm。
11.优选的，所述基材为将胶料涂布在若干木质单板表面后再经组坯、压制而成的木质板材，或者为将胶料与刨花/纤维混合后再经压制而成的木质板材；所述胶料包括树脂基体、碳纳米管、石墨烯，所述树脂基体为三聚氰胺改性脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂。胶料中的碳纳米管与石墨烯相互搭接形成连续导电网络，能够赋予基材良好的导电能力，在导电塑料膜的基础上进一步提升人造板的电磁屏蔽性能。更加重要的是，本发明基材中虽然添加了导电材料，但完全不会影响基材层本身的力学性能，而且制作工艺简单，克服了现有技术的缺陷；具体的，本发明通过以下方法确保板材能够维持良好的静曲强度：首先，碳纳米管和石墨烯两种导电材料兼具硬度和韧性，从材料选择上初步减少其对基材影响；其次，将碳纳米管和石墨烯与树脂混合作为胶料添加，而不是直接与基材原料（纤维/刨花）混合，利用树脂包裹导电材料可以提高导电材料与基材原料的结合水平，减少两者之间产生的空隙，并且高韧性的树脂可以在基材形成一柔性框架，里面的导电材料起到加筋效果，有效提高基材的静曲强度；最后，利用导电塑料膜的保护作用确保基材不会开裂变形。
12.优选的，所述胶料中，树脂基体、碳纳米管和石墨烯的质量比为（20
‑
50）：（2
‑
7）：（1
‑
5）。
13.优选的，所述胶料在木质单板上的涂胶量为160
‑
240g/
㎡
；所述胶料与刨花/纤维的质量比为（10
‑
31）：（69
‑
88）。
14.本发明还提供了上述具有电磁屏蔽功能的人造板的制备方法，包括以下步骤：s1.导电塑料膜的制备：将聚丙烯树脂、乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物投入反应釜中进行干混，在此过程中投入纳米级竹炭，然后三者继续干混至混匀；反应釜加温到120
‑
150℃，加入氧化锌粉、增塑剂、偶联剂后再搅拌混匀；反应釜降温至40
‑
60℃，开釜出料，投入加热炉中加热至熔融状态，再通过压辊压延成膜；s2.基材的制备：将碳纳米管、石墨烯加入到三聚氰胺改性脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂中，制成胶料；将胶料涂布在木质单板表面，制成胶合板基材；或者将胶料与刨花/纤维混合，制成刨花板/纤维板基材；s3.复合：将导电塑料膜用胶黏剂粘接在基材表面，制成电磁屏蔽人造板。
15.优选的，步骤s3中，所述的胶黏剂为聚氨酯胶黏剂。
16.本发明通过导电塑料膜与基材相复合，制成一种具有导电性的人造板，该板材在
电磁波通过时发生介电损耗，在交变电场中，电磁波通过该板材时会产生导电电流，从而在电场中发生极化现象，如果极化速度低于电场变化速度时就会产生介电弛豫损耗，从而达到电磁屏蔽的效果。本发明具有以下有益效果：1、采用的导电塑料膜质量轻、厚度薄（1mm以下），与基材复合后成板质量增加很少，总体属于轻质复合材料；本发明的导电塑料膜相对于现有技术常用的金属箔或金属网而言，除了质轻外，与木质基材的结合牢固，不易分层，而且更利于机械加工，后期的加工不会影响其电磁屏蔽性能。
17.2、导电塑料膜中纳米级导电竹炭和氧化锌粉协同作用为人造板提供良好的电磁屏蔽性能，基材的胶料中碳纳米管和石墨烯相互搭接形成导电网络，进一步提升人造板的电磁屏蔽性能，本发明人造板在各个方向都具有电磁屏蔽作用，与现有的电磁屏蔽材料相比，屏蔽效果更佳。
18.3、本发明基材的胶料中也添加了导电材料，利用导电材料自身刚柔并济的特性、调整导电材料添加方式并结合导电塑料膜的设置，克服了现有在基材内部添加导电材料的电磁屏蔽人造板静曲强度差而易开裂变形的缺陷，而且与该现有技术相比，本发明制作工艺更加简单，容易推广应用。
19.4、本发明的基材可以是胶合板、刨花板或纤维板，种类多样，适用范围广，具有良好的应用前景。
具体实施方式
20.以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
21.实施例1本实施例提供一种具有电磁屏蔽功能的人造板，具体为厚20mm的导电塑料膜饰面胶合板，制备方法如下：s1.导电塑料膜的制备（1）将聚丙烯树脂35质量份、乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物30质量份投入反应釜中进行干混，在此过程中徐徐投入30质量份的粒径分布范围在20
‑
35nm、平均粒径在30nm的纳米级竹炭，在10min内完成投料，然后三者继续干混25min；（2）反应釜加温到150℃，加入氧化锌粉6质量份、邻苯二甲酸二异辛酯2质量份、铬络合物偶联剂2质量份后再混合搅拌10min；（3）反应釜降温至60℃，开釜出料，投入加热炉中加热至熔融状态，再通过压辊压延成导电塑料膜，压延厚度0.7mm，宽度1260mm。
22.s2.基材的制备（1）调胶：按照质量比三聚氰胺改性脲醛树脂：碳纳米管：石墨烯：面粉=100：15：5：10称料，将碳纳米管、石墨烯、面粉加入到三聚氰胺改性脲醛树脂进行混料，以700r/min搅拌20min，至胶料搅拌均匀，无结团现象，后续在150r/min的速度下搅拌放胶；（2）涂胶、组坯：将6层1.7mm杂木短芯进行涂胶，涂胶量为200g/m2，单板按投料标准进行整理，主要是按其外观等级进行分选，符合标准的投料，需严格控制含水率；将6层涂胶短芯与5层未涂胶的长芯进行组坯，纵横交错，所用单板含水率均位于7
‑
12%内；
（3）冷压：将组坯完毕的板坯进入预压机冷压，时间控制在90min，压力0.8mpa；（4）修芯：对冷压成型的板坯进行表面修整，割除芯板重叠，填补缺芯；（5）热压：将修芯完毕的板坯热压，温度110℃，时间19min，压力0.6mpa；（6）砂光：将热压完毕的板坯进行定厚砂光，砂带为120目；（7）裁边：将砂光完毕的板坯进行裁边，规格为1240*2460mm；（8）布面：饰面为厚0.30mm的重组装饰单板，涂胶量为160g/m2，热压时间6min，温度100℃，压力0.4mpa；（9）砂光：将布面完毕的板坯进行砂光，砂带为240目。
23.s3.复合（1）压贴：使用平贴机将导电塑料膜压贴于基材表面，胶黏剂采用固态pur胶，熔融温度160℃，涂胶量60g/
㎡
；（2）养生：将压贴后的成板常温常压下放置48h；（3）裁边：将养生后的成板进行裁边，规格为1220*2440mm。
24.实施例2本实施例提供一种具有电磁屏蔽功能的人造板，具体为厚15mm的导电塑料膜饰面刨花板，制备方法如下：s1.导电塑料膜的制备（1）将聚丙烯树脂42质量份、乙烯
‑
聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物32质量份投入反应釜中进行干混，在此过程中徐徐投入28质量份的粒径分布范围在20
‑
30nm、平均粒径在23nm的纳米级竹炭，在10min内完成投料，然后三者继续干混20min；（2）反应釜加温到140℃，加入氧化锌粉5质量份、已二酸二辛酯1.5质量份、铬络合物偶联剂1.5质量份后再混合搅拌10min；（3）反应釜降温至54℃，开釜出料，投入加热炉中加热至熔融状态，再通过压辊压延成导电塑料膜，压延厚度0.5mm，宽度1260mm。
25.s2.基材的制备（1）拌胶：按照质量比表层刨花：三聚氰胺改性脲醛树脂：碳纳米管：石墨烯： 石蜡乳液=100:10:1:0.5:0.1称料，将碳纳米管、石墨烯、石蜡乳液加入到三聚氰胺改性脲醛树脂制成第一胶料，第一胶料与表层刨花混合后搅拌20min，需搅拌均匀，无结团现象；按照质量比芯层刨花：三聚氰胺改性脲醛树脂：碳纳米管：石墨烯：石蜡乳液=100:12:1:0.5:0.1称料，将碳纳米管、石墨烯、石蜡乳液加入到三聚氰胺改性脲醛树脂制成第二胶料，第二胶料与芯层刨花混合后搅拌15min，需搅拌均匀，无结团现象；所述刨花为松木或杨木，本实施例中为松木；（2）铺装：采用表
‑
芯
‑
表的方式进行铺装，刨花比例为表：芯：表=3:4:3；（3）热压：热压温度125℃，热压时间15min，热压压力2.0mpa；（4）裁切：将所生产刨花板裁切成1240*2460mm的规格；（5）砂光：对刨花板表面进行砂光，砂带为240目。
26.s3.复合（1）压贴：使用平贴机将导电塑料膜压贴于基材表面，胶黏剂采用固态pur胶，熔融温度180℃，涂胶量40g/
㎡
；
（2）养生：将压贴后的成板常温常压下放置48h；（3）裁边：将养生后的成板进行裁边，规格为1220*2440mm。
27.实施例3本实施例提供一种具有电磁屏蔽功能的人造板，具体为厚12mm的导电塑料膜饰面中密度纤维板，制备方法如下：s1.导电塑料膜的制备（1）将聚丙烯树脂45质量份、乙烯
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聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物23质量份投入反应釜中进行干混，在此过程中徐徐投入25质量份的粒径分布范围在10
‑
25nm、平均粒径在20nm的纳米级竹炭，在10min内完成投料，然后三者继续干混25min；（2）反应釜加温到145℃，加入氧化锌粉5质量份、邻苯二甲酸二辛酯0.5质量份、硅烷偶联剂1.5质量份后再混合搅拌10min；（3）反应釜降温至54℃，开釜出料，投入加热炉中加热至熔融状态，再通过压辊压延成导电塑料膜，压延厚度0.3mm，宽度1260mm。
28.s2.基材的制备（1）施胶：按照质量比木纤维：三聚氰胺改性脲醛树脂：碳纳米管：石墨烯=100:15:1:0.5:0.1称料，将碳纳米管、石墨烯加入到三聚氰胺改性脲醛树脂制成胶料，再将胶料与木纤维混合，混合后需搅拌均匀，无结团现象；（2）干燥：采用一级管道干燥法进行干燥，干燥后纤维含水率位于8
‑
12%；（3）铺装：采用渐变结构进行铺装，保证成品板坯密度均匀性好；（4）热压：热压温度170℃，热压时间8min，热压压力4.0mpa；（4）裁切：将所生产纤维板裁切成1240*2460mm的规格；（5）砂光：对纤维板表面进行砂光，砂带为240目。
29.s3.复合（1）压贴：使用平贴机将导电塑料膜压贴于基材表面，胶黏剂采用固态pur胶，熔融温度180℃，涂胶量40g/
㎡
；（2）养生：将压贴后的成板常温常压下放置24h；（3）裁边：将养生后的成板进行裁边，规格为1220*2440mm。
30.对实施例1
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3所述的具有电磁屏蔽功能的人造板进行性能测试，按照gjb 6190
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2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测试方法》测定实施例人造板的屏蔽效能，gb/t 9846
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2015《普通胶合板》、gb/t 4897
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2015 《刨花板》、gb/t 11718
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2009《中密度纤维板》对应测试实施例1
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3人造板的静曲强度，性能测试结果如下表所示：注：各实施例人造板静曲强度数据与未添加导电材料的基材板静曲强度基本一致。
31.由上表可知，本发明所制备的电磁屏蔽板材屏蔽效能好，基材板中添加静电材料后静曲强度并未降低。
32.本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变，只要在本发明权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。