技术摘要：
本发明公开了一种具有三层结构的电磁屏蔽材料及其制备方法，所述电磁屏蔽材料由碳纳米管和聚丙烯组成，采用物理共混的方法得到不同含量碳纳米管的聚丙烯/碳纳米管复合材料，并将其在平板硫化机上热压成型得到皮层碳纳米管含量高，芯层碳纳米管含量低的三层结构的样条，  全部
背景技术：
： 随着现代科学技术的发展，各种电子电气设备给人们的日常生活以及社会发展提 供了很大的帮助。然而，电子电气设备在工作过程中产生的电磁辐射也带来了潜在的危害， 不仅影响通讯，而且还威胁到人类的健康。利用电磁屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外 界的电磁能量传播，能有效减小电磁辐射危害。与金属电磁屏蔽材料相比，聚合物基复合材 料在实际应用中具有质量轻、耐腐蚀、易加工和生产效率高等诸多优势，越来越受到市场的 青睐。碳纳米管具有优良的耐腐蚀性能、导热性能和独特的导电性能，是一种理想和常用的 碳系聚合物基复合材料填料。但是，传统的聚合物基复合材料存在填料分散性差、加工过程 复杂、生产效率低以及成本较高等问题。而且，目前制备聚合物基复合材料的方法多为化学 方法，生产过程中易产生有毒有害物质，会危害操作人员的身体健康，且易造成环境污染， 难以大批量生产，不能满足市场的需要。因此，有必要提供一种碳纳米管分散性高、质量轻、 屏蔽效能高、加工过程绿色环保、成本低和导热性能优异的电磁屏蔽聚合物基复合材料。
技术实现要素：
： 本发明针对现有生产技术的不足，为了解决传统电磁屏蔽材料质量重，加工过程 复杂且不环保，生产效率低以及成本较高等问题，提供了一种三层结构电磁屏蔽材料及其 制备方法，该方法为： 一种三层结构电磁屏蔽材料，其特征在于：所述电磁屏蔽材料具有三层结构，所述 电磁屏蔽材料由聚丙烯和碳纳米管组成。 进一步作为本发明技术方案的改进，所述三层结构由上至下依次为皮层，芯层和 皮层，所述皮层的厚度为0.4-0.6mm，所述芯层的厚度为1-2mm，所述芯层为多孔结构，所述 皮层聚丙烯/碳纳米管复合材料中碳纳米管质量占比为8％-12％，所述芯层聚丙烯/碳纳米 管复合材料中碳纳米管质量占比为2％-5％。 进一步作为本发明技术方案的改进，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米 管，所述碳纳米管的直径为8-15nm，长度为45-55μm。 进一步作为本发明技术方案的改进，该方法包括以下步骤： 步骤一：按质量百分比配制3份聚丙烯颗粒：碳纳米管粉末＝98-88:2-12； 步骤二：将步骤一所得到的聚丙烯/碳纳米管分别进行机械共混，将共混所得的混 合物加入密炼机加热熔融共混得到二元复合物，将二元复合物造粒后放入模具中用平板硫 化机模压成型； 步骤三：将步骤二得到碳纳米管的质量占比为2％-5％的聚丙烯/碳纳米管片状样 品和碳纳米管的质量占比为8％-12％的聚丙烯/碳纳米管片状样品依次放置在模具中，放 3 CN 111590987 A 说　明　书 2/3 页 置顺序由上到下分别为：碳纳米管的质量占比为8％-12％的片状样品，碳纳米管的质量占 比为2％-5％的片状样品，碳纳米管的质量占比为8％-12％的片状样品，并将模具放置在平 板硫化机上热压成型，得到三层结构材料样品；此加工过程绿色环保，无废弃物以及有毒有 害气体产生； 步骤四：将步骤三得到的三层结构材料样品放入高压反应釜中，以超临界流体为 发泡剂，采用三段温控式发泡方法，经快速卸压后将高压反应釜放置于冰水浴中冷却后得 到电磁屏蔽复合发泡材料，由于皮层和芯层熔体强度的不同，形成了特殊的三层结构，其芯 层具有微泡孔结构，皮层为未发泡结构。 进一步作为本发明技术方案的改进，所述聚丙烯颗粒在与碳纳米管共混前需机械 破碎，所述破碎后聚丙烯颗粒平均直径小于0.09cm，使用直径较小的聚丙烯颗粒可显著减 少碳纳米管在聚丙烯中的团聚现象，使碳纳米管更加均匀地分布于聚丙烯中，从而提高其 导电性和电磁屏蔽效能。 进一步作为本发明技术方案的改进，所述超临界流体为高压CO2或N2。 进一步作为本发明技术方案的改进，所述三段温控式发泡方法，第一段升温阶段 温度为190-220℃；第二段降温阶段温度为100-130℃；第三段再升温阶段温度为140-165 ℃，所述三段温控式发泡方法压力范围为8-16MPa，第一段升温让聚丙烯/碳纳米管复合物 完全熔融，然后第二段降温使聚丙烯结晶，从而引入部分有序熔体，提高复合物熔体强度， 第三段再升温使超临界流体充分溶解于复合物中。 进一步作为本发明技术方案的改进，所述第一段升温阶段保温时间为20-40min， 所述第二段降温阶段保温时间为20-40min，所述第三段再升温阶段浸渍时间为30-60min， 发泡时间为高压反应釜内稳定的时间为起点。 本发明具有以下积极有益效果： 本发明通过特殊结构设计和三段温控发泡方法制备了上下皮层基本不发泡，中部 芯层发泡的聚丙烯/碳纳米管三层多孔结构材料，使得碳纳米管选择性的分布在材料皮层 和芯层，对于18-26GHz的平均电磁波屏蔽总效能可达38dB。所制备的聚丙烯/碳纳米管三层 泡孔结构材料屏蔽效果较好，可达到商业应用标准(20dB)，质量轻，皮层导热性能优异，吸 收损耗占比高，成本较低。 本发明采用的加工过程绿色环保，无废弃物产生，操作简单，是一款环境友好型的 高效电磁屏蔽材料，具有广泛的应用前景。 附图说明： 图1为本发明三层结构电磁屏蔽材料制备流程； 图2为本发明三层结构电磁屏蔽材料所用碳纳米管的微观形貌； 图3为本发明实施例1中电磁屏蔽材料的断面形貌； 图4为本发明实施例1中电磁屏蔽材料皮层中碳纳米管分布情况； 图5为本发明实施例2中电磁屏蔽材料的断面形貌； 图6为本发明实施例3中电磁屏蔽材料的断面形貌； 图7为本发明三层结构材料电磁屏蔽效能机理。 具体实施方法： 4 CN 111590987 A 说　明　书 3/3 页 实施例1 按质量百分比配制两组聚丙烯：碳纳米管＝90:10，一组聚丙烯：碳纳米管＝97:3， 其中聚丙烯的直径为0.8mm，将所得到的3组聚丙烯/碳纳米管分别进行机械共混，并将所得 的混合物加入密炼机加热熔融共混得到二元复合材料。将二元复合材料分别造粒后放入模 具中经平板硫化机模压成型。将得到碳纳米管的质量占比为3％的聚丙烯/碳纳米管样条裁 剪成1mm厚的小方块，将得到两组碳纳米管的质量占比为10％的聚丙烯/碳纳米管样条剪成 0.45mm厚的小方块，并将模具放置在平板硫化机上热压成型。放置顺序由上到下分别为：碳 纳米管的质量占比为10％的样条，碳纳米管的质量占比为3％的样条，碳纳米管的质量占比 为10％的样条。然后将得到的样条放入高压反应釜中，使用超临界CO2作发泡剂，采用三段 温控式发泡方法，经快速卸压后将反应釜放置于冰水浴中冷却后取出，得到聚丙烯/碳纳米 管三层泡孔结构材料。所述工艺条件为：三段法第一段温度为210℃；第二段温度为108℃； 第三段温度为150℃；三段法第二降温阶段保温时间为30min；三段法第三升温阶段保温时 间为50min；高压反应釜发泡的压力为8MPa；所得电磁屏蔽材料电磁屏蔽效能为38.0dB。 实施例2 与实施例1的区别仅在于高压反应釜发泡的压力为11MPa；所得电磁屏蔽材料电磁 屏蔽效能为30.0dB。 实施例3 与实施例1的区别仅在于高压反应釜发泡的压力为14MPa；所得电磁屏蔽材料电磁 屏蔽效能为25.9dB。 对照例1 按以下质量百分比配制聚丙烯：碳纳米管＝93 .7:6 .3，其中聚丙烯的直径为 0.8mm，将所得到的聚丙烯/碳纳米管进行机械共混，并将共混所得的混合物加入密炼机加 热熔融共混得到二元复合材料。将二元复合材料造粒后放入模具中经平板硫化机模压成 型。将得到碳纳米管的质量占比为6.3％的聚丙烯/碳纳米管样条裁剪成1.9mm厚的小方块， 该样条与实施例1中碳纳米管的平均含量相同，且厚度一致。所得电磁屏蔽材料电磁屏蔽效 能为16.7dB。 表一为实施例中对应的电磁屏蔽效能 当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本 发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利 要求所限定的范围内。 5 CN 111590987 A 说　明　书　附　图 1/4 页 图1 图2 6 CN 111590987 A 说　明　书　附　图 2/4 页 图3 图4 7 CN 111590987 A 说　明　书　附　图 3/4 页 图5 图6 8 CN 111590987 A 说　明　书　附　图 4/4 页 图7 9