CN104059464B - 电磁屏蔽复合涂层用组合物及其涂层和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁屏蔽复合涂层用组合物及其涂层和制作方法。本发明的电磁屏蔽复合涂层含有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂和介孔碳CMK-3。其是利用含有聚甲基丙烯酸甲酯树脂、介孔碳CMK-3和挥发性有机溶剂的组合物均匀涂覆于基底上并干燥得到的。本发明的电磁屏蔽复合涂层对X波段（8.0～12.0GHz)的电磁波具有较好的屏蔽效果，其屏蔽效果主要来自吸收电磁波，而对电磁波的反射较低。因此其不仅能对被防护体提供高效保护，且可抑制因电磁波反射而对环境造成的二次辐射污染。本发明的电磁屏蔽复合涂层用组合物可以方便地刷涂于各种形状的塑料或织物制件表面，形成电磁屏蔽复合涂层，可满足对X波段内电磁波的屏蔽要求。
Description
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合涂层用组合物及其涂层和方法。
背景技术
随着科学技术和信息产业的快速发展，各种电子仪器设备已被广泛的应用于人类的日常生活以及工业和航空航天领域，这些电子设备在使用时所发射的电磁波遍布于人类的生活环境中，恶化了人类生存环境的质量。目前电磁辐射已成为继空气污染、水污染、噪音污染之后的第四大公害。电磁辐射一方面导致电磁干扰日益突出，对许多电子设备和***的正常运转产生负面影响；另一方面，长期暴露于电磁辐射环境中也会严重影响人类的健康。
既往的研究表明，利用某些材料对电磁波的反射和吸收作用可以对电磁辐射进行有效的屏蔽防护。比较常用的电磁辐射屏蔽材料通常是具有高导电性的金属、合金以及石墨、碳纤维等物质，通过将这些材料制成块材、网以及涂料等形式来实现对建筑物、电子仪器设备的屏蔽防护。例如美国电磁防护材料全球领导企业Chomerics研制的树脂基高效电磁屏蔽材料采用碳纤维/石墨/镍三元混合材料作为电磁波吸收剂。不容忽视的问题是，单纯采用高电导材料（如金属）作为屏蔽材料，其屏蔽作用主要是依靠导电介质表面对入射电磁波的强烈反射来实现的，其反射的电磁波并没有消失或显著衰减，因此往往会对屏蔽区域外的其它区域产生新的辐射危害，从而形成二次电磁污染。
介孔碳CMK-3，是近些年发现的一种具有特殊多孔结构的碳材料，其比表面积高（>900m2/g）、孔径分布范围窄（3-6nm）、热稳定性高（空气中450℃以内稳定）、化学稳定性好（耐酸、碱腐蚀）、孔道排列有序（空间群p6mm），完全不同于常用的电磁辐射屏蔽材料如高导电致密石墨和碳纤维，与一般介孔碳材料如CMK-1、CS41等也有很大差别。目前，对介孔碳CMK-3的电磁波吸收性能的研究并不充分，主要为利用其孔道的负载特性和高比表面积，经高温处理后将磁性颗粒负载在介孔碳的孔道中，形成复合材料，通过改变介孔碳的电磁参数以获得电磁波防护功能。但是由于需要经高温处理后负载磁性材料，制备工艺耗能且不利于操作。
发明内容
本发明针对现有技术中的屏蔽主要是依靠导电介质表面对入射电磁波的强烈反射来实现的，易导致二次电磁污染的技术问题，目的之一在于提供一种新的电磁屏蔽复合涂层。其对电磁波具有低反射作用，因此可称为吸收型电磁屏蔽复合涂层，该复合涂层总电磁屏蔽性能良好，可将入射的电磁波在复合涂层内尽可能吸收损耗，降低因电磁波反射而造成的二次辐射污染，满足屏蔽X波段（8.0～12.0GHz）内电磁波的应用要求。
本发明的电磁屏蔽复合涂层含有作为基质材料的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂和作为填充材料的介孔碳CMK-3。
其中，所述介孔碳CMK-3的填充量为14～40wt%，优选20～40wt%，更优选30～40wt%，其中所述质量百分比以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂和介孔碳CMK-3的总质量计。
所述电磁屏蔽复合涂层的厚度可以为任何厚度，优选为0.35～0.45mm，更优选0.4mm。
本发明针对现有技术中的介孔碳需要经高温处理后将磁性颗粒负载在介孔碳的孔道中的技术问题，目的之二在于提供一种用于制作本发明的电磁屏蔽复合涂层的组合物，所述组合物包括聚甲基丙烯酸甲酯树脂、介孔碳CMK-3和挥发性有机溶剂。
在本发明的组合物中，所述介孔碳CMK-3的含量为14～40wt%，优选20～40wt%，更优选30～40wt%；所述聚甲基丙烯酸甲酯树脂的含量为60～86wt%，优选60～80wt%，更优选60～70wt%，其中所述质量百分比以聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量计；所述挥发性有机溶剂的质量是聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量的3～8倍，优选4～6倍，更优选5倍。
所述挥发性有机溶剂可以为任意能够溶解PMMA的可挥发的有机溶剂，如乙酸乙酯、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺等，优选乙酸乙酯。
本发明针对现有技术中的介孔碳需要经高温处理后将磁性颗粒负载在介孔碳的孔道中的技术问题，目的之三在于提供一种制备本发明的组合物的方法，其为将聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3溶于挥发性有机溶剂中并超声分散得到所述组合物。本发明的电磁屏蔽复合涂层用组合物在常温下进行制备，不耗能且易操作。
其中，超声分散的时间为4～6小时。
本发明的目的之四在于提供一种制作本发明的电磁屏蔽复合涂层的方法，该方法在常温下进行，具体为将本发明的组合物均匀涂覆于基底上，并干燥得到所述电磁屏蔽复合涂层。所述干燥为在30～40℃干燥8～12小时；控制干燥后涂层的厚度为0.35～0.45mm，优选为0.4mm。
实验证明：本发明的以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂为基质材料和以介孔碳CMK-3为填充材料的电磁屏蔽复合涂层，随着介孔碳CMK-3含量的逐渐增加，复合涂层的总电磁屏蔽性能、吸收衰减快速提高，反射衰减提升缓慢。其中，当介孔碳CMK-3含量为14-40wt%时本发明复合涂层的电磁屏蔽效能高，而反射衰减明显低于吸收衰减，显示最终所制备的复合涂层是一种潜在的可用于屏蔽X波段（8.0～12.0GHz）电磁波的电磁屏蔽材料。
与现有技术相比，本发明的电磁屏蔽复合涂层对电磁波具有强烈的吸收衰减作用，而反射衰减的比例较低，是一种低反射高吸收的电磁屏蔽复合涂层。其不仅具有成分简单，合成温度低，而且制备方法简单，无需特殊设备。本发明的电磁屏蔽复合涂层用组合物可以方便地刷涂于各种形状的塑料或织物制件表面，形成电磁屏蔽层，具有实用性，可满足对X波段电磁波的屏蔽防护要求。
附图说明
图1为填充不同介孔碳CMK-3含量的电磁屏蔽复合涂层在X波段(8.0～12.0GHz)内的平均总电磁屏蔽效能、平均吸收损耗、平均反射损耗及对应的总体标准偏差图；
图2为实施例1～5所制得的填充不同介孔碳CMK-3含量的电磁屏蔽复合涂层的表观形貌。
具体实施方式
实施例1
按质量比为介孔碳:树脂=14:86（相当于介孔碳填充量为14wt%）称取介孔碳CMK-3和固体甲基丙烯酸甲酯树脂原料；将原料溶于乙酸乙酯溶剂中，其中原料的总质量:乙酸乙酯质量=1:5；在室温下搅拌后放入超声波分散器中超声分散6小时；涂覆于工程塑料基底上，于烘箱中40℃干燥12小时，控制干燥后涂层厚度0.4mm。
如图1中的1所示：检测得知实施例1所制得的电磁屏蔽复合涂层在X波段内的平均电磁屏蔽效能为7.29dB，平均吸收损耗4.53dB，平均反射损耗2.75dB，复合涂层的反射效果低而吸收损耗高。如图2中的1所示，制备出的电磁屏蔽复合涂层表观均匀平整，具有实用性。
实施例2
按质量比为介孔碳:树脂=20:80（相当于介孔碳填充量为20wt%）称取介孔碳CMK-3、固体甲基丙烯酸甲酯树脂原料；将原料溶于乙酸乙酯溶剂中，其中原料的总质量:乙酸乙酯质量=1:5；在室温下搅拌后放入超声波分散器中超声分散6小时；涂覆于工程塑料基底上，于烘箱中40℃干燥12小时，控制干燥后涂层厚度0.4mm。
如图1中的2所示：检测得知实施例2所制得的电磁屏蔽复合涂层在X波段内的的平均电磁屏蔽效能为10.69dB，平均吸收损耗7.68dB，平均反射损耗3.01dB，复合涂层的反射效果低而吸收损耗高。如图2中的2所示，制备出的电磁屏蔽复合涂层表观均匀平整，具有实用性。
实施例3
按质量比为介孔碳:树脂=30:70（相当于介孔碳填充量为30wt%）称取介孔碳CMK-3、固体甲基丙烯酸甲酯树脂原料；将原料溶于乙酸乙酯溶剂中，其中原料的总质量:乙酸乙酯质量=1:5；在室温下搅拌后放入超声波分散器中超声分散6小时；涂覆于工程塑料基底上，于烘箱中40℃干燥12小时，控制干燥后涂层厚度0.4mm。
如图1中的3所示：检测得知实施例3所制得的电磁屏蔽复合涂层在X波段内的的平均电磁屏蔽效能为15.78dB，平均吸收损耗11.74dB，平均反射损耗4.04dB，复合涂层的反射效果低而吸收损耗高。如图2中的3所示，制备出的电磁屏蔽复合涂层表观均匀平整，具有实用性。
实施例4
按质量比为介孔碳:树脂=40:60（相当于介孔碳填充量为40wt%）称取介孔碳CMK-3、固体甲基丙烯酸甲酯树脂原料；将原料溶于乙酸乙酯溶剂中，其中原料的总质量:乙酸乙酯质量=1:5；在室温下搅拌后放入超声波分散器中超声分散6小时；涂覆于工程塑料基底上，于烘箱中40℃干燥12小时，控制干燥后涂层厚度0.4mm。
如图1中的4所示：检测得知实施例4所制得的电磁屏蔽复合涂层在X波段内的的平均电磁屏蔽效能为18.50dB，平均吸收损耗13.87dB，平均反射损耗4.63dB，复合涂层的反射效果低而吸收损耗高。如图2中的4所示，制备出的电磁屏蔽复合涂层表观均匀平整，具有实用性。
实施例5
按质量比为介孔碳:树脂=50:50（相当于介孔碳填充量为50wt%）称取介孔碳CMK-3、固体甲基丙烯酸甲酯树脂原料；将原料溶于乙酸乙酯溶剂中，其中原料的总质量:乙酸乙酯质量=1:5；在室温下搅拌后放入超声波分散器中超声分散6小时；涂覆于工程塑料基底上，于烘箱中40℃干燥12小时，控制干燥后涂层厚度0.4mm。
如图2中的5所示，制备出的电磁屏蔽复合涂层出现裂纹，严重损害其电磁屏蔽性能。复合涂层中介孔碳填充量高于40wt%时，已不具有作为涂层的实用性。
实施例6
按质量比为介孔碳:树脂=10:90（相当于介孔碳填充量为10wt%）称取介孔碳CMK-3、固体甲基丙烯酸甲酯树脂原料；将原料溶于乙酸乙酯溶剂中，其中原料的总质量:乙酸乙酯质量=1:5；在室温下搅拌后放入超声波分散器中超声分散6小时；涂覆于工程塑料基底上，于烘箱中40℃干燥12小时，控制干燥后涂层厚度0.4mm。
如图1中的6所示：检测得知实施例6所制得的电磁屏蔽复合涂层在X波段内的的平均电磁屏蔽效能为3.84dB，平均吸收损耗2.13dB，平均反射损耗1.71dB。复合涂层中的介孔碳填充量低于14wt%时，电磁屏蔽效果较差，且反射效果接近于吸收损耗。
Claims (12)
1.一种电磁屏蔽复合涂层，其特征在于，所述电磁屏蔽复合涂层含有作为基质材料的聚甲基丙烯酸甲酯树脂和作为填充材料的介孔碳CMK-3，所述介孔碳CMK-3的填充量为14～40wt％，其中所述质量百分比以聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量计，所述电磁屏蔽复合涂层的厚度为0.35～0.45mm。
2.如权利要求1所述的电磁屏蔽复合涂层，其特征在于，所述介孔碳CMK-3的填充量为20～40wt％。
3.如权利要求2所述的电磁屏蔽复合涂层，其特征在于，所述介孔碳CMK-3的填充量为30～40wt％。
4.如权利要求1所述的电磁屏蔽复合涂层，其特征在于，所述电磁屏蔽复合涂层的厚度为0.4mm。
5.一种用于制作权利要求1所述的电磁屏蔽复合涂层的组合物，其特征在于，所述组合物包括聚甲基丙烯酸甲酯树脂、介孔碳CMK-3和挥发性有机溶剂，所述介孔碳CMK-3的含量为14～40wt％；所述聚甲基丙烯酸甲酯树脂的含量为60～86wt％，其中所述质量百分比以聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量计；所述挥发性有机溶剂的质量是聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量的3～8倍，所述挥发性有机溶剂为乙酸乙酯、甲苯和/或N，N-二甲基甲酰胺。
6.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述介孔碳CMK-3的含量为20～40wt％；所述聚甲基丙烯酸甲酯树脂的含量为60～80wt％，其中所述质量百分比以聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量计；所述挥发性有机溶剂的质量是聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量的4～6倍。
7.如权利要求6所述的组合物，其特征在于，所述介孔碳CMK-3的含量为30～40wt％；所述聚甲基丙烯酸甲酯树脂的含量为60～70wt％，其中所述质量百分比以聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量计；所述挥发性有机溶剂的质量是聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3的总质量的5倍。
8.一种制备权利要求5所述的组合物的方法，其特征在于：将聚甲基丙烯酸甲酯树脂和介孔碳CMK-3溶于挥发性有机溶剂中并超声分散得到所述组合物。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，超声分散的时间为4～6小时。
10.一种制作权利要求1所述的电磁屏蔽复合涂层的方法，其特征在于，将权利要求5所述的组合物均匀涂覆于基底上，并干燥得到所述电磁屏蔽复合涂层。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述干燥为在30～40℃干燥8～12小时；干燥后涂层的厚度为0.35～0.45mm。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，干燥后涂层的厚度为0.4mm。
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