[发明专利]一种聚合物基3D打印电磁屏蔽制品的制备方法

说明书

本发明提供一种聚合物基3D打印电磁屏蔽制品的制备方法，本发明制备方法通过定向负载电磁屏蔽用碳系填料于纯聚合物颗粒表面，进而在特定挤出条件下挤出制备可3D打印的丝条，再通过熔融沉积成型3D打印技术，打印得到3D打印电磁屏蔽制品。该聚合物基3D打印电磁屏蔽制品除了满足商用电磁屏蔽性能的标准外，其机械性能还优于由同种纯聚合物所制备的相应制品；其制备方法具有3D打印材料的电磁屏蔽性能高、3D打印加工性能优的特点，同时具有3D打印特有的如可打印复杂形状结构、个性化定制程度高等优势特点。

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽制品技术领域，涉及一种聚合物基3D打印电磁屏蔽制品的制备方法，尤其涉及应用于3D打印电磁屏蔽通风板。

背景技术

近年，随电子技术的发展，电磁波污染问题日益严重。其不仅造成了电子电气设备间的相互干扰，影响设备的正常运作，还会给人体健康造成一定的危害。因此，电磁波的阻隔、屏蔽材料的研发备受关注，其中作为电磁屏蔽制品应用之一的商用电磁屏蔽通风板能有效地屏蔽电磁波，保证电子设备的正常运作，同时也可防止电磁辐射危害人体健康和信息泄露。

通用的电磁屏蔽制品尤其是通风板多为金属基材料，但其密度大、质量重、易氧化腐蚀、加工性能差。现具有复杂多孔结构的商用电磁屏蔽通风板，往往从设计到制备需要耗费大量的资源。无论模具设计，还是金属材料的成型加工，其过程周期长、耗能高、造价昂贵、制品结构简单，很难满足不同电子设备的个性化需求。这很大程度上限制了金属基电磁屏蔽通风板的应用和发展。

聚合物基材料能有效弥补金属基材料的不足，其较金属基材料具有质轻、价格低廉、耐腐蚀、耐候性佳等优点，因此，在电磁屏蔽领域的应用有望实现对现有金属基材料的替代。3D打印是以数字模型为基础，利用金属或塑料粉体等可粘合材料通过逐层堆叠累积的方式制造制品的非传统先进制造技术，可实现从材料到制件的一次成型，制造出传统加工方法不能制造的复杂、精细、个性化结构制品，较传统减材制造，具有可连续自动化加工、生产周期短、制品多尺度、多结构、个性化定制程度高等显著优势。因此，将具有电磁屏蔽功能的聚合物基材料与个性化定制的挤出型3D打印技术相结合，有望实现轻质、低成本、可连续化生产、满足个性化需求的聚合物基电磁屏蔽通风板的制备，从而突破现有加工技术和条件的制约。然而，目前鲜有文献报告通过3D打印技术制备聚合物基电磁屏蔽通风板，进而实现其在电磁屏蔽领域中的应用。

目前，商业化的适于挤出型3D打印材料多为纯聚合物，例如聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、热塑性聚氨酯弹性体、ABS树脂、聚乙烯、聚丙烯等加工流动性较好的材料，然而此类纯聚合物通常不具有功能性，无电磁屏蔽性能。因此，需要引入轻质、多功能的碳系功能填料(如石墨烯、碳纳米管、足球烯、炭黑、石墨、碳纤维等)赋予聚合物特定的功能性。一般，商用电磁屏蔽材料通常电磁屏蔽性能标准需要达到20dB，即电磁波的阻隔率99％。为了达到这一标准，根据传统的导电逾渗阈值理论，构筑强填料网络结构需引入高含量的功能性填料。但当聚合物基材料达到商用电磁屏蔽性能标准时，往往由于填料含量过高使其加工流动性严重恶化，在打印过程中堵塞喷嘴，亦或根本不具备可打印性；而若需要协调3D打印流动性时，最终打印所得电磁屏蔽制品的电磁屏蔽性能无法满足现有商用电磁屏蔽性能标准的要求。因此，现有技术对于满足商用标准的聚合物基电磁屏蔽材料仍局限于使用模压成型工艺，其加工制品结构简单、不可连续化生产、生产周期长、无法满足制品个性化定制结构、更无法赋予制品复杂的多孔结构来满足电磁屏蔽板的通风性；同时，模压过程中受技术本身制约，制品内部易产生缺陷，对其性能造成影响。本质上与金属基电磁屏蔽通风板的制备过程(模具设计-浇铸成型-精细加工)相比，无显著的技术进步。

因此，解决现有技术亦或材料的不足，突破通过3D打印制备聚合物基电磁屏蔽制品尤其具复杂结构电磁屏蔽通风板这一质的飞越，仍面临很大的挑战。如何优化材料的可打印性与性能，从根本上解决材料高屏蔽性能-低打印性的矛盾，从而实现个性化定制满足商用电磁屏蔽要求的3D打印聚合物基电磁屏蔽制品尤其是通风板的制备，是现有技术迫切需要突破的难点和重点。

发明内容