一種用于電磁屏蔽的復(fù)合納米纖維膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁屏蔽材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及石墨/水溶性高聚物復(fù)合納米電磁屏蔽纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著電子技術(shù)發(fā)展迅速，計(jì)算機(jī)、無(wú)線電通訊得以廣泛應(yīng)用和密集配制，使空間充斥了不同波長(zhǎng)和頻率的電磁波。人為產(chǎn)生的電磁波包括手機(jī)、衛(wèi)星通訊、飛機(jī)、航天器、鐵路事故檢測(cè)、X射線等醫(yī)療器械、馬達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、永久磁鐵、電磁爐等，這些電磁波會(huì)對(duì)利用磁場(chǎng)工作的設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響電子產(chǎn)品的正常使用，成為繼三大污染后的一種新的污染源一電磁污染。經(jīng)醫(yī)學(xué)研究證明，電子產(chǎn)品或電器等產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人體各器官、組織、系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的危害:頭疼、失眠、記憶衰退、血壓升高或下降、心臟界限性異常等，嚴(yán)重的更可能引起成人惡性腦瘤、肌萎縮側(cè)索硬化癥、流產(chǎn)、白內(nèi)障、神經(jīng)衰弱、抑郁癥和成人白血病、癌癥等的發(fā)生，因此在對(duì)人體健康愈加重視的今天，對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行良好的電磁屏蔽已經(jīng)越來(lái)越被重視。另一方面，在電子對(duì)抗技術(shù)中，電磁波泄漏也會(huì)造成信息的泄密，危及國(guó)家經(jīng)濟(jì)、信息和軍事核心機(jī)密的安全。
[0003]目前，國(guó)際組織及各國(guó)政府、科研界等對(duì)如何預(yù)防電磁波干擾給予了高度重視，并制定了嚴(yán)格的法規(guī)來(lái)限制電磁波輻射容量。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如美國(guó)1983年實(shí)施的FCC標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)制定出的抗電磁波干擾國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法。同時(shí)，我國(guó)也頒布了一些行業(yè)性的電磁輻射防護(hù)規(guī)定:我國(guó)加入WTO后，凡是不符合EMC/EMI管制及認(rèn)證制度的產(chǎn)品，難以在發(fā)達(dá)國(guó)家上市流通。這些規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子電器產(chǎn)品的電磁屏蔽性能提出了嚴(yán)格的要求，因此具有高屏蔽效能的電磁屏蔽材料成為了一種必不可少的新型材料。
[0004]填充型電磁屏蔽材料相對(duì)于金屬和本征型導(dǎo)電高分子材料有著無(wú)法比擬的優(yōu)越性，成為電磁屏蔽材料的一重大分支。填料中石墨因其耐高溫、高化學(xué)穩(wěn)定性、低熱膨脹系數(shù)、天然的導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電材料和電磁屏蔽材料領(lǐng)域。中國(guó)專利02124139.2利用膨脹石墨和可產(chǎn)生磁性微粒的添加劑制備了附著有磁性微粒的膨脹石墨蠕蟲(chóng)，產(chǎn)品的導(dǎo)電性比一般的導(dǎo)電高分子材料好，但是其制備工藝復(fù)雜，屏蔽范圍更集中在900MHz以上，對(duì)低頻范圍屏蔽效果不明顯。中國(guó)專利200710140133.9將木粉、石墨粉、磁性微粒等通過(guò)混合造粒、擠出成型，制備了一種電磁屏蔽木塑板材，所制備的材料來(lái)源廣泛、密度低，但是其屏蔽范圍為300ΜΗζ-1000ΜΗζ，屏蔽效能僅為30_40dB，屏蔽范圍側(cè)重高頻，且屏蔽效果不明顯。
[0005]納米纖維是指直徑為納米尺度而長(zhǎng)度較大的線狀材料，具有奇異的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)，因此具有特殊的微波吸收性能，同時(shí)還具有吸收頻帶寬、多功能、質(zhì)量輕、厚度薄等特點(diǎn)。有鑒于上述現(xiàn)有的電磁屏蔽材料存在的缺陷，結(jié)合納米纖維的優(yōu)異性能，本發(fā)明提供一種用于電磁屏蔽的復(fù)合納米纖維膜及其制備方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是公開(kāi)一種屏蔽效能好、屏蔽范圍寬，特別強(qiáng)調(diào)低頻，并且成本低廉、環(huán)境污染少的用于電磁屏蔽的復(fù)合納米纖維及其構(gòu)成的薄膜。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是公開(kāi)一種石墨/水溶性高聚物納米纖維及其薄膜的制備方法。
[0008]本發(fā)明制備的一種石墨/水溶性高聚物納米纖維，其中石墨占復(fù)合材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5-12，水溶性高聚物占復(fù)合材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為88-99.5，其電導(dǎo)率為I X 10 8-l.5 X 100S/cm,屏蔽效能達(dá)30_90dB，且數(shù)值可控。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種石墨/水溶性高聚物納米纖維及其制備方法。采用物理或化學(xué)方法對(duì)石墨進(jìn)行處理，采用溶液靜電紡絲法制備石墨/水溶性高聚物復(fù)合纖維。
[0010]本發(fā)明制備的復(fù)合纖維中石墨是納米或微米級(jí)的天然鱗片石墨。
[0011]本發(fā)明制備的復(fù)合纖維中的水溶性高聚物是聚乙烯醇(簡(jiǎn)稱PVA)或聚氧化乙烯(簡(jiǎn)稱PEO)或其不同比例的混合物。
[0012]本發(fā)明制備的復(fù)合纖維中的水溶性高聚物中，水溶性高聚物為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的純聚乙烯醇，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的純聚氧化乙烯，或質(zhì)量比為9: 1-3: 7的聚乙烯醇和聚氧化乙烯混合物。
[0013]本發(fā)明制備的復(fù)合纖維中的石墨處理方法，為機(jī)械研磨或偶聯(lián)劑處理或兩種方法的聯(lián)合。
[0014]本發(fā)明的石墨/水溶性高聚物納米復(fù)合纖維的制備方法，具體包括以下步驟:
[0015](I)石墨的物理研磨:將I質(zhì)量份的石墨通過(guò)超聲波、機(jī)械攪拌、電磁攪拌手段中的一種或多種手段分散在0.7質(zhì)量份合適的溶劑中，形成穩(wěn)定的懸濁液；將懸濁液和一定質(zhì)量份的鋯球混合，置于高能納米沖擊磨中，球磨4-5h，取出，干燥，得到研磨后的石墨。
[0016](2)石墨的偶聯(lián)劑處理:將I質(zhì)量份步驟⑴得到的研磨石墨和0.03質(zhì)量份硅烷偶聯(lián)劑通過(guò)超聲波、機(jī)械攪拌、電磁攪拌手段中一種或多種手段，分散在15份合適的溶劑中，偶聯(lián)劑處理后，烘干，得到偶聯(lián)劑處理石墨；
[0017](3)水溶性高聚物溶液的配制:將8質(zhì)量份聚乙烯醇加入到100份蒸餾水中，于90°C下500-600r/min攪拌3_4h ;或?qū)?質(zhì)量份聚氧化乙烯加入到100份蒸懼水中，于室溫下500-600r/min攪拌3-4h ;或?qū)⑸鲜龅玫降娜芤喊促|(zhì)量比為9: 1-3: 7混合，于室溫下500-600r/min 攪拌 3_4h。
[0018](4)將0.5-12質(zhì)量份步驟(2)得到的偶聯(lián)劑處理石墨和88_99.5質(zhì)量份步驟(3)得到的水溶性高聚物溶液混合，通過(guò)超聲波、機(jī)械攪拌、電磁攪拌手段中一種或多種手段分散形成穩(wěn)定的石墨/水溶性高聚物溶液或分散液。
[0019](5)將步驟(4)得到的石墨/水溶性高聚物溶液或分散液通過(guò)靜電紡絲，得到石墨/水溶性高聚物復(fù)合納米纖維，在鋁箔紙上收集成膜。
[0020]本發(fā)明的石墨/水溶性高聚物納米復(fù)合纖維制備方法中所述的靜電紡絲，從靜電紡絲設(shè)備的噴絲口到收集板或軸的電壓可以為10-20kV，從噴絲口到收集板或軸的距離可以為15-35cm，溶液進(jìn)給速率0.3-2.0mL/h，溫度為15-30。°C，濕度為35-60% RH。
[0021]本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)在于:
[0022]1.材料導(dǎo)電性好，特別在低頻范圍(< 1MHz)內(nèi)導(dǎo)電性比一般材料電導(dǎo)率高；
[0023]2.制備的材料中，石墨含量比普通的石墨屏蔽材料含量低，成本低廉；
[0024]3.制備工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，操作簡(jiǎn)便；
[0025]4.本發(fā)明采用的聚合物具有高水溶性，對(duì)環(huán)境污染小，是一種環(huán)保的工藝；
[0026]5.本發(fā)