一种用于激光烧结的TPU基电磁屏蔽复合材料及其制备方法

本发明涉及电磁屏蔽材料领域，特别涉及一种用于激光烧结的tpu基电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着计算机、通信等技术的发展，电磁辐射以成为第四大环境污染源。电磁辐射具有严重的危害，会损害人身健康，会影响电子元件或设备的稳定性，电磁辐射会泄露信息。电磁屏蔽是控制电磁辐射污染，降低电磁辐射危害的有效措施之一。

2、传统电磁屏蔽材料主要以金属为主，例如合金薄板、金属网等，其缺点是成本高、密度大，且易被腐蚀，锈蚀后的金属材料屏蔽效能会降低。铁氧体、石墨烯、碳纳米管等材料，也具有明显的电磁屏蔽性能。其中铁氧体磁导率较高，可通过磁极化效应和谐振损耗等方式，将电磁波转化为热能进行耗散。但铁氧体不具有介电损耗与电阻损耗，仅仅靠磁损耗很难充分地吸收和消耗电磁波。

3、中国专利cn111491501a公开了一种导电聚合物包覆镍铁岩体的电磁屏蔽材料及其制备方法，该专利在镍铁氧体表面包覆导电聚合物，通过导电性的聚吡咯和聚苯胺来增强材料的介电损耗性能和电阻损耗性能，从而改善铁氧体的电磁屏蔽性能。然而，该专利技术并未给出电磁屏蔽效果的实验数据，难以知晓其电磁屏蔽的水平，同时，该专利技术的制备工艺过于复杂，其制备得到的电磁屏蔽部件强度如何也难以知晓。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于激光烧结的tpu基电磁屏蔽复合材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。

2、本发明采用的技术方案如下：一种用于激光烧结的tpu基电磁屏蔽复合材料，以重量份计，所述复合材料包括如下原料：tpu粉末70-90份，导电填料10-30份、抗氧化剂0.1-1份与流动助剂0.1-0.5份，其中，所述导电填料为包裹导电聚合物涂层的铁氧体颗粒，所述导电聚合物为聚苯胺或聚吡咯。

3、在本发明中，tpu粉末与导电填料的重量比会显著影响电磁屏蔽部件的强度性能，通过实验验证得到，导电填料过多则会影响打印成型质量与部件力学性能，因此，导电填料的用量需在上述范围内。

4、进一步，所述导电聚合物涂层的厚度为0.1-1μm，例如可以为0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm等。导电聚合物涂层不宜过厚，过厚则导致涂层结合性会降低，从而使复合材料的力学性能降低。

5、进一步，所述导电填料的制备方法为：将铁氧体颗粒加入到导电聚合物单体溶液中，超声分散铁氧体，随后加入氧化剂，发生聚合反应，最后抽滤、洗涤、干燥即得。

6、进一步，所述导电聚合物单体为吡咯或苯胺，导电聚合物单体溶液的浓度为0.1-0.5mol/l，例如可以为0.1mol/l、0.2mol/l、0.25mol/l、0.5mol/l等，导电聚合单体溶液中单体浓度不宜过高，过高则会导致涂层过厚或不均匀，进而影响复合材料的力学性能与电磁屏蔽性能；所述氧化剂为三氯化铁溶液或过硫酸铵溶液，三氯化铁溶液或过硫酸铵溶液中溶质的浓度为0.1-0.4mol/l，例如可以为0.1mol/l、0.15mol/l、0.2mol/l、0.4mol/l等。

7、进一步，所述铁氧体颗粒的粒径为5-30μm，例如可以为5μm、10μm、20μm、30μm等，铁氧体颗粒的粒径尺寸会影响铁氧体的电性能和磁性能，从而影响电磁屏蔽性能，铁氧体粒径越小吸波能力越强，但粒径过小则导电聚合物涂层效果不好，通过试验总结得到，铁氧体颗粒的粒径在上述范围内较为合适。

8、进一步，所述聚合反应的时间为6-8h。

9、进一步，所述tpu粉末的粒径为80-120μm，例如可以为80μm、85μm、90μm、100μm、120μm等。

10、进一步，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂264中的一种或两种，亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168、ethanox 398、抗氧剂618中的一种或多种。

11、进一步，所述流动助剂为气相二氧化硅、气相三氧化二铝、纳米二氧化钛中的一种或多种。流动助剂可填补颗粒表面的凹陷，降低颗粒表面的粗糙度，从而降低颗粒间的摩擦，改善流动性，由此改善复合材料的力学性能。

12、进一步，本发明还包括一种上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

13、a、将导电填料、tpu粉末、抗氧化剂以及流动助剂于三维混料机中搅拌均匀，得到混合物，对混合物进行真空干燥，得到复合粉末；

14、b、采用现有激光烧结工艺，以复合粉末为原料进行激光烧结，即得。

15、进一步，激光烧结时，激光功率为20-30w(例如可以为20w、25w、30w等)，扫描间距为0.1-0.2mm(例如可以为0.1mm、0.15mm、0.2mm等)，扫描速度2-4m/s(例如可以为2m/s、3m/s、3.5m/s、4m/s等)，分层厚度为0.1-0.15mm(例如可以为0.1mm、0.12mm、0.15mm等)，粉床温度为80-110℃，例如可以为80℃、90℃、100℃、110℃等。

16、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

17、1、本发明以含导电涂层的铁氧体与tpu粉末为原料，通过在铁氧体外层包覆高分子导电层，提升铁氧体介电损耗与电阻损耗，通过电损耗与磁损耗共同吸收和消耗电磁波，共同提升材料的电磁屏蔽性能，同时，通过探究含导电涂层的铁氧体与tpu粉末的重量比关系以及导电聚合物涂层厚度，在保证成品部件强度性能的情况下，尽可能增加了含导电涂层的铁氧体的添加量，最大程度提升了成品部件的电磁屏蔽性能；

18、2、本发明的tpu基电磁屏蔽复合材料适用于增材制造工艺制备，其制备方法简单，制造周期短，具有一体化成型的特点，在制备复杂外形结构部件方面具有极大优势，为不规则形状的电磁屏蔽部件制备提供了新思路。

技术特征：

1.一种用于激光烧结的tpu基电磁屏蔽复合材料，其特征在于，以重量份计，所述复合材料包括如下原料：tpu粉末70-90份，导电填料10-30份、抗氧化剂0.1-1份与流动助剂0.1-0.5份，其中，所述导电填料为包裹导电聚合物涂层的铁氧体颗粒，所述导电聚合物为聚苯胺或聚吡咯。

2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导电聚合物涂层的厚度为0.1-1μm。

3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述导电填料的制备方法为：将铁氧体颗粒加入到导电聚合物单体溶液中，超声分散铁氧体，随后加入氧化剂，发生聚合反应，最后抽滤、洗涤、干燥即得。

4.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述导电聚合物单体为吡咯或苯胺，导电聚合物单体溶液的浓度为0.1-0.5mol/l；所述氧化剂为三氯化铁溶液或过硫酸铵溶液，三氯化铁溶液或过硫酸铵溶液中溶质的浓度为0.1-0.4mol/l。

5.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述铁氧体颗粒的粒径为5-30μm；所述聚合反应的时间为6-8h。

6.如权利要求1-5任一所述的复合材料，其特征在于，所述tpu粉末的粒径为80-120μm。

7.如权利要求6所述的复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂264中的一种或两种，亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168、ethanox 398、抗氧剂618中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的复合材料，其特征在于，所述流动助剂为气相二氧化硅、气相三氧化二铝、纳米二氧化钛中的一种或多种。

9.一种如权利要求1-8任一所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，激光烧结时，激光功率为20-30w，扫描间距为0.1-0.2mm，扫描速度2-4m/s，分层厚度为0.1-0.15mm，粉床温度为80-110℃。

技术总结
本发明公开了一种用于激光烧结的TPU基电磁屏蔽复合材料及其制备方法，以重量份计，所述复合材料包括如下原料：TPU粉末70‑90份，导电填料10‑30份、抗氧化剂0.1‑1份与流动助剂0.1‑0.5份，其中，所述导电填料为包裹导电聚合物涂层的铁氧体颗粒，所述导电聚合物为聚苯胺或聚吡咯。本发明以含导电涂层的铁氧体与TPU粉末为原料，通过在铁氧体外层包覆高分子导电层，提升铁氧体介电损耗与电阻损耗，同时，通过探究含导电涂层的铁氧体与TPU粉末的重量比关系以及导电聚合物涂层厚度，在保证成品部件强度性能的情况下，最大程度提升了成品部件的电磁屏蔽性能。

技术研发人员：成莹,邓方行,李玉福
受保护的技术使用者：重庆交通大学绿色航空技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24