[发明专利]一种二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层及其制备方法

说明书

一种二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料及其制备方法，将有机聚氨酯泡沫浸入到二氧化硅陶瓷浆料中，真空浸渍后取出挂有二氧化硅陶瓷浆料的泡沫，均匀挤压后干燥，烧结，然后浸入溶胶中，调节pH值后使二氧化硅泡沫陶瓷内的溶胶凝胶化10min～3h，然后在无水乙醇中进行溶剂交换后进行超临界干燥，得到二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料。该复合屏蔽层材料为具有微纳米复合孔结构的高强轻质电磁屏蔽材料。二氧化硅泡沫陶瓷中强健的密实孔筋提供了良好的支撑性，填充在孔筋间的纳米孔二氧化硅气凝胶则实现优异电磁屏蔽的介电性能，该材料对芯具有较好的支撑强度，脆性小，制备过程中不易开裂，并具有较好介电性能。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅的微纳米孔复合结构的新材料制备技术，具体涉及一种二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料及其制备方法。

背景技术

通讯电缆由铜芯，缆芯包带层，屏蔽层以及外保护套组成。其中屏蔽层位于保护套和包带层之间，主要是屏蔽外来电磁波的干扰和避免内部铜芯和外部铜管之间的导通。二氧化硅气凝胶的导热性和折射率低，绝缘能力强，介电常数小，介电损耗小，耐高温，抗辐射性能优异。因此二氧化硅气凝胶制备成为通讯电缆屏蔽层在应用环境如高温、高真空、高频低损耗等具有显著优势。但制备屏蔽层必须满足为小截面、高长径比等尺寸要求，并须具有一定的支撑强度以固定芯线位置；而纯二氧化硅气凝胶强度极低、脆性过大、制备过程易开裂；难以直接将二氧化硅气凝胶充当屏蔽层使用。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料及其制备方法，该方法制备出的材料对芯具有较好的支撑强度，脆性小，制备过程中不易开裂，并具有较好介电性能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将有机聚氨酯泡沫浸入到二氧化硅陶瓷浆料中，真空浸渍后取出挂有二氧化硅陶瓷浆料的泡沫，均匀挤压后干燥，形成二氧化硅网络陶瓷坯体；

2)将二氧化硅网络陶瓷坯体进行烧结，得到二氧化硅泡沫陶瓷；

3)将二氧化硅泡沫陶瓷浸入溶胶中，调节pH值为7～10后使二氧化硅泡沫陶瓷内的溶胶凝胶化10min～3h，然后在无水乙醇中进行溶剂交换，将二氧化硅泡沫陶瓷内的水替换为乙醇，得到试样；其中，溶胶是通过将去离子水、无水乙醇以及正硅酸乙酯混合制得；

4)将试样放入超临界反应釜中，采用CO₂或者乙醇为超临界介质进行超临界干燥，得到二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中有机聚氨酯泡沫通过以下过程制得：将聚氨酯泡沫浸入NaOH溶液中，然后在50～80℃下水解处理1～5h，取出反复搓揉去除有机泡沫筋间薄膜，多次清水洗洗后干燥，然后浸入聚乙烯醇溶液中处理12～24h后取出晾干，得到有机聚氨酯泡沫。

本发明进一步的改进在于，聚氨酯泡沫的孔径为10～40ppi，NaOH溶液的质量浓度为10～20％，聚乙烯醇溶液的质量浓度为5％。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中二氧化硅陶瓷浆料通过以下过程制得：将SiO₂微粉和水按质量比1:(1～2.4)混合后加入羧甲基纤维和聚丙烯酸铵，搅拌均匀，得到二氧化硅陶瓷浆料；羧甲基纤维的加入量为二氧化硅粉和水总质量的0.5～1.2％，聚丙烯酸铵的加入量为二氧化硅粉和水总质量的4～6％；步骤1)中真空浸渍的压力为10⁴Pa，时间为10～30min。

本发明进一步的改进在于，加入羧甲基纤维和聚丙烯酸铵前加入硼酸或硼矸，并且硼酸或硼矸的加入量不超过二氧化硅粉和水总质量的5％。

本发明进一步的改进在于，SiO₂微粉的平均粒径小于1μm。