[发明专利]基于异质中空微球分层富集的电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种基于异质中空微球分层富集的电磁屏蔽复合材料，所述复合材料中包含聚合物基体，以及掺杂于该聚合物基体中的磁性导电中空微球和非磁性导电中空微球；其中，所述聚合物基体具有上下相对的两个表面；所述磁性导电中空微球富集在聚合物基体的一个表面；且所述非磁性导电中空微球富集在聚合物基体的另一个表面。该复合材料结构可降低导电中空微球填料用量，并解决电磁屏蔽复合材料的低密度和高强度难以兼顾的问题；还为通过导电填料的复配工艺设计进行电磁屏蔽复合材料的综合性能调控提供方案。本发明还公开了该电磁屏蔽复合材料的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域。更具体地，涉及一种基于异质中空微球分层富集的电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

电磁波污染的日益严重使得电磁屏蔽材料的研发和应用广受重视。面向消费电子产品、民用防护设备和高端装备对材料轻量化日益增长的巨大需求，电磁屏蔽材料的轻量化势在必行。而聚合物基复合材料以其广泛的原料来源、丰富的功能选择、方便的强度设计以及易于成型的特点，是在功能与结构材料轻量化的大趋势下极具竞争力的新型材料形式，其研究和应用也得到了国内外研究人员的高度关注。然而，对于电磁屏蔽复合材料而言，通常需具备较强的导电性和(或)磁性，以通过界面的阻抗失配实现入射电磁波的直接反射，或通过对进入材料内部的电磁波的损耗而实现电磁波的屏蔽。

鉴于绝大多数(尤其具有技术和商业开发价值)的聚合物材料并无良好的导电性和(或)磁性，故通常需借助电磁功能填料赋予聚合物基复合材料相应的功能性，实现对入射电磁波的高效屏蔽。对于传统电磁功能填料及其电磁屏蔽复合材料而言，存在如下问题。一是填料的密度高(尤其是导电性好的金属材料)，这不仅增大了复合材料的密度，不利于轻量化设计；还带来了填料的沉降问题，导致分布均匀性差，影响性能。二是电磁功能填料通常需进行大比例添加，以获得高的电磁屏蔽效能，考虑到前述电磁功能填料的高密度，其大比例添加势必大幅增大复合材料的密度。三是部分高性能导电填料(如银)的价格较高，大比例填充还会导致复合材料的生产成本提升。

基于上述分析，开发基于中空结构的新型电磁功能填料，并通过其在复合材料中的可控分布实现低填料添加量下复合材料的高屏蔽效能的工作具有重要的科学研究和实用价值。采用基于内部泡孔的轻量化中空微球一方面可利用泡孔的存在大幅降低密度和电磁功能材料的用量；另一方面还可以利用电磁功能材料在中空微球球壳区域的富集使接触网络更易形成，提升屏蔽效能。然而，目前采用中空结构填料来降密度尚存在填料功能单一、填料在聚合物基体内的分布不易控制、填料体积填充量偏高等不足。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种基于异质中空微球分层富集的电磁屏蔽复合材料。

本发明的第二个目的在于提供一种基于异质中空微球分层富集的电磁屏蔽复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种基于异质中空微球分层富集的电磁屏蔽复合材料的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

所述复合材料中包含聚合物基体，以及掺杂于该聚合物基体中的磁性导电中空微球和非磁性导电中空微球；

其中，所述聚合物基体具有上下相对的两个表面；

所述磁性导电中空微球富集在聚合物基体的一个表面；且

所述非磁性导电中空微球富集在聚合物基体的另一个表面。

上述技术方案中，利用两种不同特性的导电中空微球的可控富集实现了低填料添加量下的高屏蔽效能。