[发明专利]一种高吸收电磁屏蔽泡沫及其制备方法

说明书

本发明制备了具有导电及泡孔粒径双梯度结构的低密度、低反射电磁屏蔽复合泡沫。其中，由于GNP密度较大优先选择向底部沉淀，导致各层GNP/PEFP在垂直方向上GNP呈现梯度分布，导致材料底部比上表面导电率更高，表现出垂直导电梯度，上表面较低的导电率有利于电磁波在材料表面的阻抗匹配，使电磁波进入材料内部经过更多次衰减，降低电磁波在材料表面的反射率；再通过控制发泡温度调节泡孔粒径，将三层不同泡孔粒径的GNP/PEFP叠合，得到梯度泡孔粒径的复合泡沫，由于电磁波在不同粒径的导电泡孔内绝缘‑导电界面面积的不同，而产生对电磁波衰减的差异。

(一)技术领域

本发明涉及电磁屏蔽复合材料领域，具体涉及到一种具有低密度、高吸收的电磁屏蔽泡沫材料及其制备方法。

(二)背景技术

近年来，移动无线通信的快速发展实现了随时随地通过设备接收和发送信息，极大地促进了信息的及时传输和处理。但随之产生的电磁干扰不仅影响精密仪器的运行，而且污染居住环境，影响人体健康。因此，开发高效的电磁屏蔽材料已成为近十年来的研究热点。

目前，电磁波的屏蔽方式主要有吸收损耗和反射损耗两种，由于反射部分电磁波仍然会对环境造成二次污染，因此需要开发吸收为主的电磁屏蔽材料，降低电磁波反射率。为实现材料对电磁波高吸收的目的，要求导电聚合物复合材料具有阻抗匹配特性和衰减特性。

众所周知，金属材料的高导电性为其提供了优异的电磁屏蔽效能。但是密度大且易腐蚀等缺点限制了它们在某些领域的应用。因此，迫切需要开发具有优良屏蔽性能，同时兼具低成本、重量轻以及制备工艺简单等特点的电磁屏蔽材料。导电聚合物复合材料具有多功能性、经济适应性和优异的加工性能，引起人们的极大兴趣，在电磁屏蔽、电子器件、储能等领域显示出巨大的应用前景。导电聚合物大致可分为本征型和填充型两类。然而，本征型聚合物导电率相对较低，限制了其在电磁屏蔽领域的应用。为了实现显著的电磁屏蔽性能，人们在绝缘聚合物中添加无机导电填料(如石墨、碳纤维、石墨烯、碳纳米管)构建导电通路。通常，随着填料含量的增加，材料的电磁屏蔽性能有所提升，但电磁波反射率也会随着导电率提升而增大，同时也会增加材料自身密度及成本，限制了其工业化应用。

因此，开发一种制备具有高电磁波吸收率，同时兼具低成本、低密度电磁屏蔽材料的新方法是现阶段5G通讯时代对新材料的迫切需求。

(三)发明内容

为了解决现有技术中电磁屏蔽材料无法兼顾电磁波反射率大、密度高、成本高等不足，本发明提供了一种低成本、吸收主导的双梯度结构电磁屏蔽泡沫及其制备方法。该方法主要通过简单的真空辅助抽滤法和密度诱导法实现了导电填料石墨纳米片(GNP)含量从上到下逐渐递增的梯度结构，采用可膨胀性微球PEFP设计梯度粒径导电泡孔结构增强材料对电磁波的吸收性能，同时构建导电泡孔粒径逐渐递减的内部孔洞结构，促进电磁波内部吸收并降低材料表面反射率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种高吸收电磁屏蔽泡沫，所述高吸收电磁屏蔽泡沫采用如下方法制备：

(1)将1-2重量份石墨纳米片和2-4重量份可膨胀性微球(优选2重量份)加入100重量份的质量分数1-10wt％(优选2.5wt％)的水溶性聚合物的水溶液中，均匀分散，抽滤，所得滤饼干燥，得到干燥后的滤饼；

(2)按步骤(1)方法制取三份干燥后的滤饼，分别置于模具中，并分别在115-125℃、140-150℃、175-185℃下发泡7-15min，(导电泡孔粒径分别为65-70μm、100-105μm、140-145μm)，将所得的3份不同发泡孔径的PEFP/GNP样品依次叠加，得到所述高吸收电磁屏蔽泡沫。

作为优选，所述可膨胀性微球的外壳为单层或多层丙烯酸类聚合物，内部由沸点在90℃以下的发泡剂(烷烃类、烯烃类等)组成。进一步优选所述低沸点发泡剂为乙烷、丙烷、丙烯、异丁烷、丁烯、异丁烯、正戊烷、异戊烷、石油醚中的一种或两种以上的混合物。