CN111205713B - 一种石墨烯屏蔽膜浆料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：水性高分子树脂3～50份；石墨烯粉体0.1～20份；炭黑15～35份；碳纳米管0.1～2份；导电填料0.1～30份；分散剂10～30份；功能助剂0.5～5份；去离子水20～45份。该浆料通过各个组分简单的混合搅拌而成，以水性高分子树脂为载体，通过添加石墨烯结合碳纳米管和金属材料，使其自干或烘干后具备良好的屏蔽性能。

Description

一种石墨烯屏蔽膜浆料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种石墨烯屏蔽膜浆料及其制备方法和应用。
背景技术
传统的信号传输屏蔽线(Shielding line)是使用金属网状编织层(即为屏蔽层)把信号线包裹起来(屏蔽层需接地，将外来的干扰信号导入大地)，达到屏蔽的目的，金属网状编织层一般是红铜、镀锡铜或编铝，此类线缆存在线径粗(包括线缆中金属导电芯、内绝缘皮、填充物、PVC护套等所有材料)、重量重、价格偏高(特别是编铜线缆)和屏蔽效果不佳的缺陷，导致其使用性能较低，无法适用于使用需求较高的信号传输线缆中，尤其是信号传输要求较高的5G通讯产品。
因此，发明人致力于设计一种屏蔽膜浆料及其制备方法和应用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种石墨烯屏蔽膜浆料，以水性高分子树脂为载体，通过添加石墨烯结合碳纳米管和金属材料，使其自干或烘干后具备良好的屏蔽性能。
本发明的另一目的在于：提供一种石墨烯屏蔽膜浆料的制备方法，通过简单的搅拌工艺，制备自干或烘干后具有良好屏蔽性能的石墨烯屏蔽膜浆料，降低成本，提高生产效率。
本发明的又一个目的在于：提供一种墨烯屏蔽膜浆料在信号传输线缆的屏蔽层上的应用。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000011
Figure BDA0002389523090000021
优选的，一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000022
本发明的水性高分子树脂为主体成膜物，成膜时粘合并固定各种功能性材料(粉体)，同时，该高分子树脂体系为水性，具有环保和低气味的特点，且其具有极佳的柔韧性，可满足布材料的柔韧性需求。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有吸波性、屏蔽性和非常好的热传导性能。
炭黑是一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10～3000㎡/g，比重1.8-2.1，具有分散性、光稳定性，可作黑色颜料。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，具有较高的弹性模量、高强度、良好的柔韧性、抗疲劳性、各向同性和良好的导电性能及传热性能，可以拉伸，是理想的高强度纤维材料。
作为本发明石墨烯屏蔽膜浆料的一种改进，所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂和水性PUA树脂中的任一种，或二者按质量比100:10～100复配而成。
水性丙烯酸树脂是指能在水中溶解、乳化或分散的丙烯酸树脂，具有优良的光、热和化学稳定性、耐候性、耐化学药品性等。
水性PUA树脂即为水性聚氨酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯(PUA)的分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键，固化后具有聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性、高剥离强度和优良的耐低温性能以及聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性，是一种综合性能优良的树脂材料。
作为本发明石墨烯屏蔽膜浆料的一种改进，所述导电填料为镍粉、银粉和银包铜粉中的任一种或至少两种以任意比例混合而成。
优选的，所述导电填料为镍粉、银粉和银包铜粉按质量比1～10:0.1～1:0.1～5混合而成。
其中，镍粉为导电颜料，具有屏蔽电磁干涉及射频干涉的作用；
本发明银粉为粉末状的单质银，其化学性质稳定，活跃性低，价格贵，导热、导电性能很好，不易受化学药品腐蚀，质软，富延展性，其反光率极高，可达99％以上。
银包铜粉是一种高导电填料，其制作方法为：在一定粒径的铜粉表面，用化学镀方法，镀上不同厚度的银，即为银包铜粉，其化学性质稳定，导电性优于铜粉。
作为本发明石墨烯屏蔽膜浆料的一种改进，所述分散剂为德国迪高tegoDispers750W。
德国迪高tegoDispers 750W用于增加体系对粉体的分散作用，并使其储存时稳定。
作为石墨烯屏蔽膜浆料的一种改进，所述功能助剂包括防沉剂、润湿剂、流平剂和消泡剂中的至少一种；
所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLON AQ-633E；
所述润湿剂为德国巴斯夫Hydropalat WE 3220；
所述流平剂为德国BYK BYK-333；
所述消泡剂为法国先创Synthron SF 561。
优选的，所述功能助剂包括防沉剂、润湿剂、流平剂和消泡剂，四者的质量比为2～3:1～3:1～2:1。
其中，日本楠本化成DISPARLON AQ-633E用于浆料储存时，防止重粒子沉降；德国巴斯夫Hydropalat WE 3220的作用在于：涂布时，增加对底材润湿；德国BYK BYK-333的作用在于涂布时改善流平；法国先创Synthron SF 561的作用在于：分散或涂布时，消除气泡。
作为本发明石墨烯屏蔽膜浆料的一种改进，所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，用于调节屏蔽膜浆料的PH值。
优选的，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的5％～30％。
为了达到上述另一目的，本发明所采取的技术方案为：
一种石墨烯屏蔽膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以300～1200r/min的转速高速分散20～30min，制得呈碱性的石墨烯屏蔽膜浆料。
作为本发明石墨烯屏蔽膜浆料的制备方法的一种改进，所述石墨烯屏蔽膜浆料的固含量为20％～45％，所述石墨烯屏蔽膜浆料的粘度为60～150gm，所述石墨烯屏蔽膜浆料的PH值为7.5～9.5。
为了达到上述又一目的，本发明所采取的技术方案为：
一种石墨烯屏蔽膜浆料的应用，所述石墨烯屏蔽膜浆料应用于信号传输线缆的屏蔽层中，该屏蔽层的表面电阻<0.20Ω/□ASTM-D-991，其屏蔽效能为-35～-50dB。
作为本发明石墨烯屏蔽膜浆料的应用的一种改进，所述屏蔽层的基膜为导电布，所述石墨烯屏蔽膜浆料通过浸涂工艺涂覆于所述导电布上，自干或烘干后形成所述屏蔽层，所述石墨烯屏蔽膜浆料自干或烘干后的厚度为1～3um。
导电布的底材为聚酯纤维，其制作方法为：先化学沉积或金属物理转移金属镍到聚酯纤维上，在镍上再镀上高导电性的铜层，在铜层上再电镀上防氧化及防腐蚀的镍金属，形成导电布，该导电布通过铜与镍的结合形成了极佳的导电性和良好的电磁屏蔽效果。
浸涂工艺为：将导电布的一头穿过装有浆料的浸涂缸的料槽后，穿过烘烤隧道，固定于收卷辊上，启动机器、开动加热，使导电布在生产线上一头放卷，一头收卷，逐次穿过浸涂缸中的浆料，机器刮去多余浆料，穿过干燥区(采用60～95摄氏度的温度烘烤3～5分钟或自干)，收卷即制得屏蔽膜，使底材原有厚度上只增加1～3um。
与现有技术相比，本发明的石墨烯屏蔽膜浆料具有如下技术效果：以具有极佳柔韧性的水性高分子树脂为载体，通过添加石墨烯结合碳纳米管和金属材料，使屏蔽膜浆料自干或烘干后形成的屏蔽膜，相对传统线缆具备良好的屏蔽性能(适用范围：100KHz～6GHz，表面电阻<0.20Ω/□ASTM-D-991，屏蔽效能：-35～-50dB)、较薄的厚度(相对传统线缆线径减少5％～15％)和较轻的质量(相比传统线缆，重量减轻了3％～20％)。
本发明中，石墨烯屏蔽膜浆料的制备方法简单，通过分散机将混合于搅拌缸内的各种物质充分搅匀，制成自干或烘干后具备良好的屏蔽性能、较薄的厚度和较轻的质量的石墨烯屏蔽膜浆料，节省制造成本，适用于批量生产，可作为屏蔽性能要求较高的信号传输线缆的屏蔽层材料。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000051
其中，所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂，所述导电填料为银包铜粉，所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W；所述功能助剂包括防沉剂和PH调节剂，所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLON AQ-633E，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的5％。
其制备方法包括以下步骤：
S1、将水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水按照上述分量加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以300r/min的转速高速分散30min，制得PH值为7.8的石墨烯屏蔽膜浆料。
实施例2
一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000052
其中，所述水性高分子树脂为水性PUA树脂，所述导电填料为镍粉和银包铜粉以质量比2:5混合而成，所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W，所述功能助剂包括防沉剂、润湿剂、流平剂和消泡剂，四者的复配比为2:1:1:1，所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLONAQ-633E；所述润湿剂为德国巴斯夫Hydropalat WE 3220；所述流平剂为德国BYK BYK-333；所述消泡剂为法国先创Synthron SF 561，所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的10％。
其制备方法包括以下步骤：
S1、将水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水按照上述分量加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以400r/min的转速高速分散27min，制得PH值为8的石墨烯屏蔽膜浆料。
实施例3
一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000061
其中，所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂与水性PUA树脂按质量比100:15复配而成，所述导电填料为镍粉与银粉以质量比2：0.3混合而成，所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W，所述功能助剂包括防沉剂和润湿剂，二者复配比例为3:2，所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLON AQ-633E，所述润湿剂为德国巴斯夫Hydropalat WE 3220，所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的15％。
其制备方法包括以下步骤：
S1、将所述水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以600r/min的转速高速分散27min，制得呈PH值为8.2的石墨烯屏蔽膜浆料。
实施例4
一种石墨烯屏蔽膜浆料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000071
其中，所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂与水性PUA树脂按质量比2:1复配而成，所述导电填料为银粉和银包铜粉以质量比5:1混合而成，所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W，所述功能助剂包括防沉剂、润湿剂和流平剂，三者以2.5:2:1复配，所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLON AQ-633E，所述润湿剂为德国巴斯夫Hydropalat WE3220，所述流平剂为德国BYK BYK-333；所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的20％。
其制备方法包括以下步骤：
S1、将所述水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以800r/min的转速高速分散25min，制得PH值为8.5的石墨烯屏蔽膜浆料。
实施例5
一种石墨烯屏蔽膜浆料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000072
其中，所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂与水性PUA树脂按质量比5:4复配而成，所述导电填料为镍粉、银粉和银包铜粉以质量比1.5:1:4混合而成，所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W，所述功能助剂包括流平剂和消泡剂，二者的复配比例为1:1，所述流平剂为德国BYK BYK-333；所述消泡剂为法国先创Synthron SF 561，所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的25％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以1000r/min的转速高速分散23min，制得PH值为9的石墨烯屏蔽膜浆料。
实施例6
1.一种石墨烯屏蔽膜浆料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002389523090000081
其中，所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂与水性PUA树脂按质量比1:1复配而成，所述导电填料为镍粉、银粉和银包铜粉以质量比2:1:1混合而成，所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W，所述功能助剂包括防沉剂、润湿剂和流平剂，三者的复配比例为3:3:1；所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLON AQ-633E；所述润湿剂为德国巴斯夫HydropalatWE 3220；所述流平剂为德国BYK BYK-333，所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的30％。。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以1200r/min的转速高速分散20min，制得PH值为9.5的石墨烯屏蔽膜浆料。
本发明石墨烯屏蔽膜浆料的固含量为20％～45％，所述石墨烯屏蔽膜浆料的粘度为60～150gm，所述石墨烯屏蔽膜浆料的PH值为7.5～9.5。
本发明的石墨烯屏蔽膜浆料应用于信号传输线缆的屏蔽层中，该屏蔽层的表面电阻<0.20Ω/□ASTM-D-991，其屏蔽效能为-35～-50dB，所述屏蔽层的基膜为导电布，所述石墨烯屏蔽膜浆料通过浸涂工艺涂覆于所述导电布上，自干或烘干后形成所述屏蔽层，所述石墨烯屏蔽膜浆料自干或烘干后的厚度为1～3um。与现有技术相比，本发明石墨烯屏蔽膜浆料涂布于导电布上自干或烘干后形成的屏蔽层具有良好的屏蔽性能(屏蔽效能：-35～-50dB)、较薄的厚度(线径比传统线缆减少5～15％)和较轻的质量(重量比传统线缆减轻3～20％)，节省制造成本。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯屏蔽膜浆料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
水性高分子树脂3～50份；
石墨烯粉体0.1～20份；
炭黑15～35份；
碳纳米管0.1～2份；
导电填料0.1～30份；
分散剂10～30份；
功能助剂0.5～5份；
去离子水20～45份；
所述水性高分子树脂为水性丙烯酸树脂和水性PUA树脂中的任一种，或二者按质量比100:10～100复配而成；
所述导电填料为镍粉、银粉和银包铜粉中的任一种或至少两种以任意比例混合而成；
所述分散剂为德国迪高tegoDispers 750W；
所述功能助剂包括防沉剂、润湿剂、流平剂和消泡剂，四者的质量比为2～3:1～3:1～2:1；
所述防沉剂为日本楠本化成DISPARLON AQ-633E；
所述润湿剂为德国巴斯夫Hydropalat WE 3220；
所述流平剂为德国BYK BYK-333；
所述消泡剂为法国先创 Synthron SF 561；
所述功能助剂还包括PH调节剂，所述PH调节剂为美国陶氏DOW 安格斯ANGUS AMP-95，所述PH调节剂的质量为所述功能助剂总量的5%～30%。
2.根据权利要求1所述的石墨烯屏蔽膜浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述水性高分子树脂、石墨烯粉体、炭黑、碳纳米管、导电填料、分散剂、功能助剂和去离子水加入搅拌缸中；
S2、将搅拌缸放置于分散机上搅拌，以300～1200r/min的转速高速分散20～30min，制得呈碱性的石墨烯屏蔽膜浆料。
3.根据权利要求2所述的石墨烯屏蔽膜浆料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯屏蔽膜浆料的固含量为20%～45%，所述石墨烯屏蔽膜浆料的粘度为60～150gm，所述石墨烯屏蔽膜浆料的PH值为7.5～9.5。
4.根据权利要求1所述的石墨烯屏蔽膜浆料的应用，其特征在于，所述石墨烯屏蔽膜浆料应用于信号传输线缆的屏蔽层中，该屏蔽层的表面电阻<0.20Ω∕□ ASTM-D-991，其屏蔽效能为-35～-50dB。
5.根据权利要求4所述的石墨烯屏蔽膜浆料的应用，其特征在于，所述屏蔽层的基膜为导电布，所述石墨烯屏蔽膜浆料通过浸涂工艺涂覆于所述导电布上，自干或烘干后形成所述屏蔽层，所述石墨烯屏蔽膜浆料自干或烘干后的厚度为1～3um。
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