轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构及其制备方法

本发明涉及电磁屏蔽聚合物复合发泡材料领域，尤其涉及一种轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构及其制备方法。

背景技术：

1、电子设备的广泛应用给人们生活带来了极大便利，但产生的电磁辐射不仅危害仪器的正常运行，还危害人们的健康。因此，开发高性能的电磁屏蔽材料受到人们的普遍关注。聚合物基电磁屏蔽材料具有密度小、耐腐蚀性好和易加工等优势，在电磁屏蔽领域颇具应用前景。

2、轻量化也是电磁屏蔽材料重要的发展方向之一，因此可向聚合物复合材料中引入泡孔结构，这不仅能降低制品重量，还赋予其隔热、隔声以及能量吸收等优异性能。然而，泡孔结构会破坏聚合物基体中的导电网络，降低制品的电导率，难以获得较好的电磁屏蔽性能。

3、通过在泡沫制件表面构建高电导率的电磁反射层，从而增加制件表面与电磁波的阻抗不匹配，以增强电磁屏蔽性能。但是目前在泡沫材料表面构建电磁反射层的方法比较复杂、生产效率低、不能大规模生产、对泡沫结构以及泡沫结构与电磁反射层之间的黏结情况调控困难。因此，迫切需要一种简单、高效、规模化、易调控的方法来制备轻质聚合物基电磁屏蔽材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的简单、高效、规模化、易调控的制备方法，以及该方法制得的发泡材料：轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构。该制备方法基于绿色无污染的高压微孔发泡注塑技术，通过注塑过程中的保压阶段将预先固定在模具型腔内的电磁屏蔽膜与聚丙烯复合材料/超临界流体均相熔体进行紧密黏结，再通过开模诱导均相熔体发泡，即可制得轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构。通过调控保压时间、模具温度和开模距离，能够有效调控夹层结构中未发泡皮层和泡沫芯层的厚度，以及发泡芯层的发泡倍率和泡孔密度，最终实现聚丙烯夹层结构的性能调控。

2、具体的，本发明所保护的技术方案如下：

3、一种轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一，提供注塑发泡用聚丙烯复合材料和电磁屏蔽膜，其中，所述聚丙烯复合材料由聚丙烯、碳纤维和炭黑组成，所述电磁屏蔽膜由导电连续纤维与聚合物基体复合而成；

5、步骤二，将所述电磁屏蔽膜固定在注塑模具的型腔表面；

6、步骤三，将所述聚丙烯复合材料与超临界流体混合形成聚丙烯复合材料/超临界流体均相熔体并注入模具型腔中，接着进行保压，使所述电磁屏蔽膜与均相熔体紧密黏结，然后开模诱导所述均相熔体发泡，即可制得轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构。

7、本文中的“注塑发泡用聚丙烯复合材料”，指的是可以通过熔融挤出共混并造粒后获得的聚丙烯复合材料，且所述注塑发泡用聚丙烯复合材料由聚丙烯、碳纤维和炭黑组成，且其中碳纤维的质量分数为0–30wt％，炭黑的质量分数为0–30wt％，碳纤维和炭黑的总质量分数低于30wt％。

8、其中，所述步骤三包括以下步骤：

9、形成聚丙烯复合材料/超临界流体均相熔体：先将所述注塑发泡用聚丙烯复合材料输送至注塑机的料筒中，在190–240℃和12–20mpa背压下储料，使所述发泡气体在超临界状态下与所述聚丙烯复合材料形成均相熔体；

10、注塑及结构调控：采用20–120mm/s的注射速度将所述均相熔体注入所述模具型腔中，进行保压后开模，在保压时间2–20s、模具温度30–100℃和开模距离0–12mm的条件下，使所述均相熔体转化为所述聚丙烯复合泡沫结构，所述电磁屏蔽膜黏结在所述聚丙烯复合泡沫结构的两侧，制得所述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构。所以，所述步骤三中，通过调控保压时间、模具温度和开模距离，使得所述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的宏观多层结构以及微观泡孔结构可控。

11、上述制备方法进一步包括步骤四，冷却并脱模，如此，一个制备周期完成并开启下一个工作循环。因此，该方法有利于实现轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的简单、高效、规模化工业生产。

12、本发明还提供一种由上述制备方法制得的轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构，包括聚丙烯复合泡沫结构和黏结在所述聚丙烯复合泡沫结构两侧的电磁屏蔽膜，所述聚丙烯复合泡沫结构由位于中间的发泡芯层和形成在发泡芯层两侧的未发泡皮层组成，且所述未发泡皮层与所述电磁屏蔽膜紧密黏结。

13、所述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构为具有五层结构的泡沫制件，包括两层电磁屏蔽膜、两层未发泡皮层和一层发泡芯层，所述电磁屏蔽膜的厚度为150–200μm，未发泡皮层的厚度为0.6–1.3mm，所述发泡芯层的泡孔密度大于105个/cm3，泡孔尺寸小于150μm。所述聚丙烯夹层结构的整体减重比r＝1-l0/l，l0为型腔初始厚度，l为所述聚丙烯夹层结构的实际总厚度。

14、所述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的总厚度可以为3.0–7.2mm。其中当所述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构厚度为4.5mm时，其电磁屏蔽效能范围为42.5–65.4db。

15、本发明提供的上述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的制备方法首先将电磁屏蔽膜固定在模具型腔表面，所述注塑发泡用聚丙烯复合材料通过发泡注塑机与发泡气体在超临界状态下均匀混合，形成聚丙烯复合材料/超临界流体均相熔体，然后将该均相熔体注入模具型腔中，保压一定时间后开模诱导发泡，使所述均相熔体转化为聚丙烯复合泡沫结构，冷却后获得轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构。其中，通过调整保压时间、模具温度和开模距离可以调节所述聚丙烯复合泡沫结构中的未发泡皮层的厚度、发泡芯层的泡孔密度及尺寸。另外，通过调控保压时间、模具温度可以改善电磁屏蔽膜与聚丙烯复合泡沫结构之间的黏结情况，从而改善制件的力学性能。此外，通过调控碳纤维和炭黑的比例可有效调控其电磁屏蔽性能。

16、与现有技术相比，本发明提供的轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构及其制备方法具有以下优点：

17、通过绿色高效的高压微孔发泡注塑技术不仅可实现电磁屏蔽膜与聚丙烯复合泡沫结构的紧密黏结，还可有效调控未发泡皮层和泡孔芯层的结构，从而实现黏结过程与发泡过程的一体化进行；本发明提供的轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构具有五层结构，通过调控各层结构，在满足轻量化的同时还可获得其他所需性能。因此，本发明提供的制备方法实现了轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的简单、高效、规模化工业生产。

技术特征：

1.一种轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的制备方法，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述注塑及结构调控的步骤中，所述保压时间为6–12 s，所述模具温度为50–80 °c和开模距离为1–6 mm；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡气体为二氧化碳或氮气或二者的混合物。

5.根据权利要求1–4任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述聚丙烯复合材料由聚丙烯、碳纤维和炭黑熔融共混造粒后获得；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯复合材料中，所述碳纤维的质量分数为0–30 wt%，炭黑的质量分数为0–30 wt%，且所述碳纤维和炭黑的总质量分数低于30 wt%；

7.根据权利要求1–4和6中的任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述电磁屏蔽膜中，所述导电连续纤维在所述聚合物基体中沿所述电磁屏蔽膜的长度方向平行排布；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，当所述聚丙烯复合材料中的碳纤维含量为10 wt%，所述电磁屏蔽膜内导电连续碳纤维含量为50 vol%，所述聚丙烯夹层结构厚度为4.5 mm时，所述聚丙烯夹层结构的电磁屏蔽效能与所述聚丙烯复合材料中炭黑的质量分数的关系式为：se=34.2+1.4(ω炭黑×100)+0.04(ω炭黑×100)2，5 wt%≤ω炭黑≤15 wt%，其中，se代表所述聚丙烯夹层结构的电磁屏蔽效能，ω炭黑代表所述聚丙烯复合材料中炭黑的质量分数。

9.一种轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构，其特征在于，包括聚丙烯复合泡沫结构和黏结在所述聚丙烯复合泡沫结构两侧的电磁屏蔽膜，所述聚丙烯复合泡沫结构由位于中间的发泡芯层和形成在发泡芯层两侧的未发泡皮层组成，且所述未发泡皮层与所述电磁屏蔽膜紧密黏结。

10.根据权利要求9所述的聚丙烯夹层结构，其特征在于，为五层结构，包括两层电磁屏蔽膜、两层未发泡皮层和一层发泡芯层，所述电磁屏蔽膜的厚度为150–200 μm，未发泡皮层的厚度为0.6–1.3 mm，所述发泡芯层的泡孔密度大于105个/cm3，泡孔尺寸小于150 μm；

技术总结
本发明提供了一种轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构及其制备方法。所述制备方法结合了绿色无污染的物理发泡技术和注塑成型工艺，通过保压过程将电磁屏蔽膜与聚丙烯复合材料/超临界流体均相熔体紧密黏结，并通过开模诱导发泡调控聚丙烯复合泡沫的宏观及微观结构，从而实现轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构的简单、高效、规模化生产。上述轻质电磁屏蔽聚丙烯夹层结构包括聚丙烯复合泡沫结构和紧密黏结在所述聚丙烯复合泡沫结构两侧的电磁屏蔽膜，所述聚丙烯复合泡沫结构由位于中间的发泡芯层和形成在发泡芯层两侧的未发泡皮层构成，使其具有质轻和优异的电磁屏蔽性能等特点。

技术研发人员：侯俊吉,梁进凯,田东旭,陈静波
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23