專利名稱：碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對電磁波具有屏蔽效應的單壁碳納米管無紡布電磁屏 蔽復合材料的制備方法。
技術背景電磁波干擾是指有害的電磁波使電子器件的正常功能受到干擾或引起障礙的現象，簡稱EMI (electromagnetic interference),泛指無線電波、 磁波、光波、太陽黑子和其它一些來自空間的自然干擾。隨著現代電子工 業(yè)的高速發(fā)展和各種商用和家用電子、電器產品如計算機、手機的大量普 及使用，由此而產生的電磁波輻射和電磁干擾日益嚴重，已經成為一種新 的社會公害。 一方面，電磁輻射會對周圍的電子儀器設備造成嚴重干擾， 使它們的工作程序發(fā)生紊亂，產生錯誤動作；并且，電磁波輻射會造成信 息泄漏，使計算機等儀器的信息安全受到嚴重的影響?，F在發(fā)現電磁輻射 不僅對電子器件有干擾，對人體也會產生危害。癌癥、白血病等疾病發(fā)病 率的提高與電磁輻射的增加有一定的關系。目前，國際組織及各國政府、 科研界等對如何預防電磁波干擾給予了高度重視.并制定了嚴格的法規(guī)來 限制電磁波輻射容量。如美國1983年實施的FCC標準，國際無線電抗干擾特 別委員會(CISPR)也制定出抗電磁波干擾的國際標準和試驗方法供各國參 照執(zhí)行。為防止電磁波輻射造成的干擾與泄漏，采用電磁屏蔽材料進行屏 蔽是主要的方法。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料多為將Cu、 Ag、 Fe、 Ni等金屬材料 或鐵氧體粉末，分散在聚合物如硅橡膠、聚碳酸酯或環(huán)氧樹脂等基體材料 中得到的。金屬材料具有較高的電導率和優(yōu)良的力學性能，但其密度大， 易腐蝕、不易加工，局限性較大。因此近年來，通過填加碳納米管作為導 電填料來實現材料的電磁屏蔽特性也有報道，但這些方法都存在一些共同 的問題。首先，為了能夠在基體材料中相互搭接形成導電網絡使復合材料 的電導率提高從而達到所希望的屏蔽效率，所需要的導電填料的填加量都 很高，要填加10。/。wt左右甚至更高。所填加的功能材料在基體中的分散是影
響所得到的復合材料性質的主要原因，并且填料會影響到基體本身的性質， 帶來基體力學性能的下降，工藝條件的復雜化。而且由于填加量一般較高， 而所填加的填料又多為非透明的，因此，復合材料的透明性會受到很大的 影響而不能滿足某些特殊要求。所加的填料會使復合材料的重量增加很多， 分散需要進行表面處理或填加表面活性劑，這增加了工藝難度，并且使后 處理過程變得更加復雜。因此，需要一種導電填料填加量少，屏蔽效率高 且能保持較高透明性的電磁屏蔽材料。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種重量輕、屏蔽效率高且能保持較高透明性的 單壁碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制備方法。本發(fā)明的技術解決方 案是，以單壁碳納米管無紡布作為導電填料，以聚合物樹脂作為基體材料， 取預先制備的單壁碳納米管無紡布浸泡在乙醇中，待其完全浸潤后取出， 迅速將其放入去離子水中，待碳納米管無紡布完全鋪展在水面上后，按如 下方法之一復合聚合物樹脂(1) 將浸潤后的碳納米管無紡布轉移到涂有脫膜劑的模具中，真空千 燥，備用；將熱固性樹脂在10(TC下真空脫氣1小時，倒入鋪有碳納米管無 紡布的模具中固化，脫模；(2) 將碳納米管無紡布轉移到在烘箱中100 'C預處理12h的熱塑性樹脂膜片上，再將另外一片同樣尺寸的熱塑性樹脂膜片覆蓋在碳納米管無紡 布上，然后插入涂有脫膜劑的夾具中放到熱壓臺上進行熱壓處理，熱壓臺溫度為350。C左右，壓力維持在IO kN，持續(xù)保壓IO min，待熱壓臺自然冷 卻到室溫后，將壓制處理后的復合材料從模具中取出；(3) 將碳納米管無紡布轉移到預先涂有脫膜劑的玻璃片上，真空干燥 后，在納米管無紡布表面滴加熱固性樹脂，待聚合物樹脂在納米管無紡布 表面完全擴散后，將另外一片涂有脫膜劑的玻璃片覆蓋在其表面，在烘箱 中升溫固化后將玻璃片取下。所述的熱塑性樹脂是指硅橡膠或聚丙烯或聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯 醇或聚醚醚酮。所述的熱固性樹脂是指環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂或熱固性聚酰亞
胺樹脂或酚醛樹脂或氰酸酯樹脂或不飽和聚酯樹脂。作為導電填料的單壁碳納米管無紡布的厚度依據電磁屏蔽效率的要求從100 nm至l um。本發(fā)明具有的優(yōu)點效果作為導電填料的單壁碳納米管無紡布用量很 低，并且是以一個獨立的整體存在，無需特殊處理可以直接與基體材料復 合，避免了選用其他粉體導電填料時存在的填料在基體中的分散問題。并 且碳納米管無紡布本身是由單壁碳納米管在生長過程中相互交聯在一起而 形成的一種獨立的整體薄膜材料，其電導率要遠高于粉體導電填料所形成 的導電網絡。復合材料的電磁屏蔽特性只來源于碳納米管無紡布，與基體 樹脂無關，因此只需單層碳納米管無紡布便可實現復合材料的電磁屏蔽效 應。而且碳納米管無紡布的柔韌性很好，與熱塑性高分子和硅橡膠復合后， 可以隨意折疊成任何形狀，適合特殊形狀的微小型部件的制備。并且復合 材料在低頻波段(10 MHz 1.5 GHz)的電磁屏蔽效率〉20 dB。
具體實施方式
以碳納米管無紡布作為導電填料，以聚合物樹脂作為基體材料，取預 先制備的碳納米管無紡布浸泡在乙醇中，采用專利名稱為《一種單層碳納 米管無紡布及其制備方法》中所報道的制備方法制備碳納米管無紡布。由 于碳納米管無紡布吸附的乙醇分子在水中的擴散以及無紡布本身的疏水 性，無紡布將會完全鋪展在水面上，待其完全浸潤后取出，迅速將其放入 去離子水中，待碳納米管無紡布完全鋪展在水面上后，按如下方法之一復 合聚合物樹脂(1) 將浸潤后的碳納米管無紡布轉移到涂有脫膜劑的模具中，真空干 燥，備用；將熱固性樹脂在10(TC下真空脫氣1小時，倒入鋪有碳納米管無 紡布的模具中固化，脫模；(2) 將碳納米管無紡布轉移到在烘箱中IOO 。C預處理12小時的熱塑 性樹脂膜片上，再將另外一片同樣尺寸的熱塑性樹脂膜片覆蓋在碳納米管 無紡布上，然后插入涂有脫膜劑的夾具中放到熱壓臺上進行熱壓處理，熱 壓臺溫度為350。C左右，壓力維持在IO kN，持續(xù)保壓IO min，待熱壓臺自 然冷卻到室溫后，將壓制處理后的復合材料從模具中取出；(3)將碳納米管無紡布轉移到預先涂有脫膜劑的玻璃片上，真空干燥 后，在納米管無紡布表面滴加熱固性樹脂，待聚合物樹脂在納米管無紡布 表面完全擴散后，將另外一片涂有脫膜劑的玻璃片覆蓋在其表面，在烘箱 中升溫固化后將玻璃片取下。所述的熱塑性樹脂是指硅橡膠或聚丙烯或聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯 醇或聚醚醚酮。所述的熱固性樹脂是指環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂或熱固性聚酰亞 胺樹脂或酚醛樹脂或氰酸酯樹脂或不飽和聚酯樹脂。作為導電填料的單壁碳納米管無紡布的厚度依據電磁屏蔽效率的要求 從100 nm至l um。實施例一以厚度為200 nm的碳納米管無紡布作為導電填料制備電磁屏蔽材料。 取預先制備的無紡布浸泡在乙醇中，待其完全浸潤后取出，迅速將其放入 去離子水中，由于碳納米管無紡布吸附的乙醇分子在水中的擴散以及無紡 布本身的疏水性，無紡布將會完全鋪展在水面上，然后將其轉移到凹槽深 度為0.5mm的預先涂有脫膜劑的模具中，真空干燥，備用。在10(TC下真空 脫氣l小時的環(huán)氧樹脂，倒入鋪有碳納米管無紡布的模具中固化，脫模。對所制備的復合材料進行光譜透過實驗，發(fā)現復合材料在可見光及近 紅外光區(qū)域具有較高的透過性。對復合材料進行電磁屏蔽效率的測試發(fā)現， 復合材料的電磁屏蔽效率隨電磁波頻率的增加而降低，但其在低頻電磁波 段仍具有較高的電磁屏蔽效率。對頻率為10MHz的電磁波屏蔽效率為30 dB， 對頻率為1.5 GHz的電磁波的仍然能夠保持26 dB的屏蔽效率。實施例二以厚度為IOO nm的碳納米管無紡布作為導電填料制備電磁屏蔽材料。 如實施例l所述的方法將碳納米管無紡布完全鋪展在水面上，將其轉移到厚 度50陶并預先在烘箱中10(TC預處理12小時的聚醚醚酮(PEEK)膜片上，將另外一片同樣尺寸的聚醚醚酮膜片覆蓋在無紡布上。然后將這種"三明 治"結構的復合層插入涂有脫膜劑的夾具中放到熱壓臺上進行熱壓處理。 在壓制實驗過程中，熱壓臺溫度為350"C左右，壓力維持在IO kN，持續(xù)保
壓10 min。待熱壓臺自然冷卻到室溫后，將壓制處理后的復合材料從模具 中取出。對其進行電磁屏蔽效率測試發(fā)現與實施例1中所制備的環(huán)氧樹脂/ 碳納米管無紡布復合材料具有相似的結果。實施例三以厚度為l Pm的碳納米管無紡布作為導電填料制備電磁屏蔽材料。如 實施例l所述的方法將碳納米管無紡布完全鋪展在水面上，然后將其轉移到 凹槽深度為0.5mm的預先涂有脫膜劑的模具中，真空干燥后，將硅橡膠(單 體為端羥基聚二甲基硅氧烷，固化劑為原硅酸乙酯)倒入模具中，室溫下 固化3h后，將復合薄膜揭下，由于碳納米管無紡布本身良好的柔韌性及可 操作性，不會影響到硅橡膠基體本身柔軟的特性，可以隨意彎曲成任何形 狀，可用于制備一些需要具有電磁屏蔽特性的特殊形狀的微小型件。對所 制備的硅橡膠/碳納米管無紡布復合材料進行電磁屏蔽效率測試，可得到與 實施例1中所述復合材料相似的結果。實施例四以厚度為500 nm的碳納米管無紡布作為導電填料制備電磁屏蔽材料。 如實施例l所述的方法將碳納米管無紡布完全鋪展在水面上，然后將其轉移 到預先涂有脫膜劑的玻璃片上，真空干燥后，在無紡布表面滴加環(huán)氧樹脂， 待環(huán)氧樹脂在無紡布表面完全擴散后，將另外一片同樣大小的涂有脫膜劑 的玻璃片覆蓋在其表面，在烘箱中升溫固化后將復合薄膜揭下，可以將該 電磁屏蔽薄膜修剪為各種需要的形狀，通過環(huán)氧膠粘劑粘貼在器件表面， 并且可以通過屏蔽薄膜的層數來實現不同的屏蔽效率從而滿足不同器件、 不同部位電磁屏蔽效率的要求。
權利要求
1.一種單壁碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制備方法，其特征是，以單壁碳納米管無紡布作為導電填料，以聚合物樹脂作為基體材料，取預先制備的單壁碳納米管無紡布浸泡在乙醇中，待其完全浸潤后取出，迅速將其放入去離子水中，待單壁碳納米管無紡布完全鋪展在水面上后，按如下方法之一復合聚合物樹脂(1)將浸潤后的碳納米管無紡布轉移到涂有脫膜劑的模具中，真空干燥，備用；將熱固性樹脂在100℃下真空脫氣1小時，倒入鋪有碳納米管無紡布的模具中固化，脫模；(2)將碳納米管無紡布轉移到在烘箱中100℃預處理12h的熱塑性樹脂膜片上，再將另外一片同樣尺寸的熱塑性樹脂膜片覆蓋在碳納米管無紡布上，然后插入涂有脫膜劑的夾具中放到熱壓臺上進行熱壓處理，熱壓臺溫度為350℃左右，壓力維持在10kN，持續(xù)保壓10min，待熱壓臺自然冷卻到室溫后，將壓制處理后的復合材料從模具中取出；(3)將碳納米管無紡布轉移到預先涂有脫膜劑的玻璃片上，真空干燥后，在碳納米管無紡布表面滴加熱固性樹脂，待聚合物樹脂在碳納米管無紡布表面完全擴散后，將另外一片涂有脫膜劑的玻璃片覆蓋在其表面，在烘箱中升溫固化后將玻璃片取下。
2. 根據權利要求l所述的單壁碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制 備方法，其特征是，所述的熱塑性樹脂是指硅橡膠或聚丙烯或聚甲基丙烯 酸甲酯或聚乙烯醇或聚醚醚酮。
3. 根據權利要求l所述的單壁碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制 備方法，其特征是，所述的熱固性樹脂是指環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂 或熱固性聚酰亞胺樹脂或酚醛樹脂或氰酸酯樹脂或不飽和聚酯樹脂。
4. 根據權利要求l所述的單壁碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制 備方法，其特征是，作為導電填料的碳納米管無紡布的厚度依據電磁屏蔽 效率從IOO nm至lum。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對電磁波具有屏蔽效應的單壁碳納米管無紡布電磁屏蔽復合材料的制備方法。本發(fā)明以單壁碳納米管無紡布作為導電填料，以聚合物樹脂作為基體材料，取預先制備的單壁碳納米管無紡布浸泡在乙醇中，待其完全浸潤后取出，迅速將其放入去離子水中，待單壁碳納米管無紡布完全鋪展在水面上后，將浸潤后的碳納米管無紡布轉移到涂有脫膜劑的模具中，真空干燥，備用；將熱固性樹脂在100℃下真空脫氣1小時，倒入鋪有碳納米管無紡布的模具中固化，脫模。
文檔編號H05K9/00GK101163390SQ20071019510
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權日2007年11月29日
發(fā)明者剛 劉, 安學峰, 益小蘇, 解思深, 馬文君 申請人:中國航空工業(yè)第一集團公司北京航空材料研究院;中國科學院物理研究所