[發明專利]一種高電磁波吸收性能的活性炭填料制備方法

有效

• 申請號: 201410092405.2
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103881140A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 劉軍;張濤
• 申請（專利權）人: 常州中科海納碳素科技有限公司
• 主分類號: C08K9/08
• 分類號: C08K9/08;C08K9/04;C08K3/04;C08L63/00;H05K9/00
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，具體涉及一種高電磁波吸收性能的活性炭填料制備方法。

背景技術

活性炭具有來源廣泛、價廉易得、化學穩定性好、孔結構豐富、比表面積大的特點，是一種優秀的炭質功能材料。本公司在活性炭的應用研究中通過對活性炭的一系列改性措施，使活性炭的電磁性能得到強化，可以同時具備輕質、大比表面積和高電磁吸收率的優點，在電磁輻射防護和雷達波吸收方面有廣泛的應用前景。但是，活性炭細粉具有強度低、分散性差的缺點，大量碳粉顆粒聚集會形成較大尺度的導電體，對電磁波形成強反射，降低吸收效率，同時聚集的疏松顆粒由于結合力弱，易于在復合材料中形成干包和強度缺陷，限制了它作為吸波功能填料在復合材料和輕質泡沫材料中的應用。

吸波功能填料對電磁波的吸收效果與材料的介電常數、磁導率以及有效表面積有關，活性炭的主要優勢在于其巨大的表面積和極低的表觀密度。我們在實際應用研究中發現，由于活性炭粉末表面積大，在與樹脂基體混合過程中易于發生聚集干包現象，形成結構疏松的大顆粒導電體，使得電磁波不易進入顆粒內部發揮電磁波吸收作用。同時復合材料的吸波效果是與其中摻加的吸波填料量成正比，吸波用活性炭為800目以下的細小顆粒，在樹脂中的摻加量超過8%以后，粘度急劇上升，工藝性能劣化嚴重，影響使用。因此粉末活性炭吸波填料的應用必須解決分散性、波傳導和阻抗匹配問題。目前還沒有相關解決方案的報道。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種改善吸波用活性炭強度和電磁吸收性能的制備方法，通過對改性活性炭的有機物處理在表面形成一層透波的包覆層，然后用具有高介電特性的粘結劑共混捏合后擠出成型，得到高性能的活性炭吸波填料。

實現本發明的技術方案如下：

一種高電磁波吸收性能的活性炭填料制備方法，包括如下步驟：

以100重量份吸波用活性炭粉料為基礎原料，加入5-40重量份的油劑，在40～95℃溫度下進行機械攪拌30～120min，形成預處理料；以提高活性炭的浸潤性能。

將預處理料中加入10～450重量份的粘結劑，在40～95℃下進行機械捏合40～200min，然后通過螺桿擠出機擠出成型，得到預成型料；

然后將預成型料送入烘干機中，在80～120℃的空氣中干燥1-6小時，即可得到滿足性能要求的活性炭粒狀吸波填料。

所述吸波用活性炭粉料為中孔活性碳粉或經電磁改性后的活性碳粉，粒度在800目以下。

所述油劑包括但不限于油酸、亞油酸、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和14個炭以下的烷基醇酰胺類非離子表面活性劑，油劑在40～95℃下為液體，且具有良好浸潤性能。

所述粘結劑為糊精、改性淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸鈉、磺化木質素、丙烯二醇中的一種或任意兩種混合溶于去離子水形成的水溶液，濃度依據溶解性的差異，在4%～15%之間。

所述擠出機出口注射壓力應大于150Mpa。擠出機的模具出口可配置旋轉切割刀頭以控制粒料的長度。

另外本發明還提供一種活性炭吸波性能的評價方法是將活性炭吸波填料與熱固性酚醛樹脂配制成重量比為8:92的均勻混合料，然后放入180mm×180mm的模具中，鋪平后加熱固化，制成厚度為2mm的均勻的板式樣品。然后再放置于180mm×180mm的純鋁板上，用弓形法進行電磁波吸收效能測試。

本發明通過粘結和成型使活性炭粉的強度大大提高，對復合材料整體強度的影響得以減弱，而且可以使吸波填料的用量從最高8%可以提高到最高50%，強化了吸波效能；同時由于使用的是高介電性的低電磁損耗粘結劑，使得電磁波可以通過透波的粘合劑深入填料顆粒內部，可以充分發揮每一粒活性碳粉的吸波性能。通過一系列的工藝措施，活性炭吸波填料的電磁波吸收性能從原來的-10dB以下的頻率范圍大于3.4GHz（最大吸收值-14dB），增加到了-10dB以下的頻率范圍大于11.2GHz（最大吸收值-28dB）。該方法制備的活性炭吸波填料強度在0.2～8MPa間可調，長度在0.5～10mm間可調，直徑在1～5mm間可調，大大增加了復合材料的強度，同時改善了活性炭填料的工藝性能。