本發明涉及電磁屏蔽涂料領域，具體涉及一種輕質納米電磁屏蔽涂料及其制備方法。
背景技術：
近年來，隨著現代科學技術的發展，尤其是電子信息工業的迅猛發展，各種電子產品和通訊設備的日益普及為我們日常生活提供了很大的便利。但是這些設備在工作的同時，也產生越來越多的輻射污染。電磁輻射污染產生的電磁干擾不僅給電子設備，特別是精密電子儀器的正常使用帶來嚴重影響，而且無處不在的電磁污染環境還給人們尤其是青少年的身心健康帶來了危害。因此電磁屏蔽材料的研究就顯得愈發重要。電磁屏蔽材料就是利用材料的反射、吸收或抵消等機理阻止輻射場源所產生的電磁能進入被屏蔽區域，從而有效地消除或減少電磁環境對相關設備的影響和對人體健康的危害。
目前應用較多的電磁屏蔽材料為復合型電磁屏蔽涂料，其組成主要是成膜樹脂、導電填料、稀釋劑等，其中導電填料是重要的組成部分，常用的有銀粉、銅粉、鎳粉、銀包銅粉、炭黑、碳納米管等。而以碳納米管為代表的納米材料具有優異的尺度效應和常規材料無法比擬的電磁學性能，在導電和電磁屏蔽方面表現出了優異的性能，因此以碳納米管為基礎填料的電磁屏蔽涂料的研究和開發越來越受到重視。現有的電磁屏蔽涂料主要存在的缺點有：密度大、屏蔽效果差、兼容性差、頻帶窄、環境適應性差，不能滿足工程應用的要求。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決現有電磁屏蔽涂料存在的缺點，提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料及其制備方法，該涂料能夠最大限度地使材料達到“質量輕、屏蔽效果好、兼容性強、工作頻帶寬、環境適應性強”的效果。
本發明提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，該涂料包括100份的環氧樹脂、60～80份的環氧樹脂稀釋劑、7.5～8.5份的環氧樹脂固化劑、3～5份的碳納米管、10～20份的碳納米管分散劑、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；所述環氧樹脂與所述環氧樹脂稀釋劑混合形成稀釋后的環氧樹脂，所述乙炔碳黑的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.05～0.10g/mL，所述四針狀氧化鋅晶須的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.01～0.04g/mL。
在上述技術方案的基礎上，所述乙炔碳黑的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.07～0.09g/mL。
在上述技術方案的基礎上，所述乙炔碳黑的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.0836g/mL。
在上述技術方案的基礎上，所述四針狀氧化鋅晶須的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.02～0.03g/mL。
在上述技術方案的基礎上，所述四針狀氧化鋅晶須的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.0254g/mL。
本發明提供上述輕質納米電磁屏蔽涂料的制備方法，包括以下步驟：
以質量份數計，向100份的環氧樹脂中加入60～80份的環氧樹脂稀釋劑，攪拌10～20分鐘，得到稀釋后的環氧樹脂；取3～5份的碳納米管，與乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須進行混合，研磨1～2小時，得到碳黑納米碳管混合體；所述乙炔碳黑的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.05～0.10g/mL，所述四針狀氧化鋅晶須的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.01～0.04g/mL；
向稀釋后的環氧樹脂中依次加入碳黑納米碳管混合體和10～20份的碳納米管分散劑，添加砂磨珠，以1500～2500轉每分鐘的速率攪拌研磨1～2小時，去除砂磨珠，得到涂料粗產品；將涂料粗產品超聲分散10～20分鐘，再加入7.5～8.5份的環氧樹脂固化劑，攪拌10～20分鐘，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
在上述技術方案的基礎上，所述乙炔碳黑的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.07～0.09g/mL。
在上述技術方案的基礎上，所述四針狀氧化鋅晶須的質量與所述稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.02～0.03g/mL。
在上述技術方案的基礎上，所述環氧樹脂為室溫固化環氧樹脂。
在上述技術方案的基礎上，所述環氧樹脂固化劑為改性聚醚胺或者改性脂環胺。
與現有技術相比，本發明的優點如下：
(1)本發明的涂料在環氧樹脂中添加有碳納米管、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須，這些材料質量輕、密度小，而且，環氧樹脂、碳納米管、四針狀氧化鋅晶須能夠形成網狀導電結構，乙炔碳黑進一步增強網狀導電結構的導電性能和對電磁波的屏蔽效能。在國內現有測試條件下，10MHz～1GHz波段下的屏蔽效能均在40dB以上，其中30Mz～900MHz的屏蔽效能均在50dB以上，且涂層性能穩定，重復性好，比目前國內已知的電磁屏蔽涂料在同等面密度下吸收電磁波性能更好。本發明不僅能夠滿足“質量輕、電磁波屏蔽效果強、兼容性優良、頻帶寬和環境適應性好”的要求，而且在單層結構條件下就能最大限度地屏蔽電磁波，同時能通過調節材料表面所涂覆涂料用量來調節材料表面屏蔽效果，使其應用范圍更廣。
(2)本發明的材料來源廣泛，價格低廉。每平方米原料價格約為40～50元，相當于同類在用材料的1/3～1/4。
(3)本發明的涂料配制簡單，原材料不需加工處理，所述涂料按配方制得后可直接涂裝。適合一定規模的工業化生產。
(4)本發明的涂料可采用刷涂、噴涂的方法，對涂層的厚度、精度要求較低，適合各種復雜形體涂裝。
(5)本發明的涂料施工面密度低，是國內同類納米電磁屏蔽涂料面密度的1/3～1/2，能更好地減輕材料整體重量。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
本發明實施例提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，該涂料包括100份的環氧樹脂、60～80份的環氧樹脂稀釋劑、7.5～8.5份的環氧樹脂固化劑、3～5份的碳納米管、10～20份的碳納米管分散劑、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；環氧樹脂與環氧樹脂稀釋劑混合形成稀釋后的環氧樹脂，乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.05～0.10g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.01～0.04g/mL。
優選的，乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.07～0.09g/mL，最佳0.0836g/mL。
優選的，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.02～0.03g/mL，最佳0.0254g/mL。
優選的，環氧樹脂固化劑為8份。
環氧樹脂可以為室溫固化環氧樹脂；為滿足常溫下表面固化時間短的要求，本發明實施例中的環氧樹脂固化劑優選為改性聚醚胺或改性脂環胺；本發明實施例中采用的碳納米管分散劑為碳納米管專用分散劑，環氧樹脂稀釋劑為環氧樹脂專用稀釋劑。
本發明實施例提供上述輕質納米電磁屏蔽涂料的制備方法，包括以下步驟：
以質量份數計，向攪拌釜中加入100份的環氧樹脂和60～80份的環氧樹脂稀釋劑，攪拌10～20分鐘至攪拌均勻，得到稀釋后的環氧樹脂；
向行星球磨機中加入3～5份的碳納米管、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須，混合，在行星球磨機中球磨1～2小時，得到碳黑納米碳管混合體；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.05～0.10g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.01～0.04g/mL；
向稀釋后的環氧樹脂中依次加入碳黑納米碳管混合體、10～20份的碳納米管專用分散劑，將攪拌釜的攪拌槳更換成砂磨專用攪拌頭，向攪拌釜中添加一定量直徑為0.6mm的砂磨珠，以1500～2500轉每分鐘的速率攪拌研磨1～2小時，去除砂磨珠，得到涂料粗產品；用超聲分散儀將涂料粗產品超聲分散10～20分鐘至分散均勻，再加入7.5～8.5份的環氧樹脂固化劑，在攪拌釜中攪拌10～20分鐘至攪拌均勻，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
下面通過5個具體實施例對本發明進行進一步闡述。
實施例1：
本實施例提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，包括以下成分：
環氧樹脂1份、環氧樹脂稀釋劑0.6份、碳納米管0.03份、碳納米管專用分散劑0.1份、改性聚醚胺0.08份，以及乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.07g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.02g/mL。
本實施例的電磁屏蔽涂料的制備過程為：
在攪拌釜中加入環氧樹脂1份和環氧樹脂稀釋劑0.6份后攪拌10分鐘，得到稀釋后的環氧樹脂，環氧樹脂稀釋劑選擇市售的環氧樹脂專用稀釋劑；將碳納米管0.03份、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須在行星球磨機中球磨1小時，得到碳黑納米碳管混合體；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.07g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.02g/mL；
將碳黑納米碳管混合體和碳納米管專用分散劑0.1份加入到稀釋后的環氧樹脂中，再更換砂磨攪拌頭，并在攪拌釜中加入適量直徑為0.6mm的砂磨球，設置轉速為2000轉每分鐘，研磨1小時，最后去除砂磨珠，得到涂料粗產品；
用超聲分散儀分散涂料粗產品10分鐘，然后再加入改性聚醚胺0.08份并攪拌20分鐘，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
本實施例的電磁屏蔽涂料的施工過程為：用刷涂的方式在1塊尺寸為180mm×180mm×4mm的鋁板表面均勻涂覆39g的電磁屏蔽涂料。然后在室溫下固化12小時即可。
實施例2：
本實施例提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，包括以下成分：
環氧樹脂1份、環氧樹脂稀釋劑0.7份、碳納米管0.05份、碳納米管分散劑0.15份、改性脂環胺0.08份，以及乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.09g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.03g/mL。
本實施例的電磁屏蔽涂料的制備過程為：
在攪拌釜中加入環氧樹脂1份和環氧樹脂稀釋劑0.7份后攪拌10分鐘，得到稀釋后的環氧樹脂，環氧樹脂稀釋劑選擇市售的環氧樹脂專用稀釋劑；
將碳納米管0.05份、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須在行星球磨機中球磨1.5小時，得到碳黑納米碳管混合體；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.09g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.03g/mL；
將碳黑納米碳管混合體和碳納米管專用分散劑0.15份加入到稀釋后的環氧樹脂中，再更換砂磨攪拌頭，并在攪拌釜中加入適量直徑為0.6mm的砂磨球，設置轉速為2000轉每分鐘，研磨1小時，最后去除砂磨珠，得到涂料粗產品；
用超聲分散儀分散涂料粗產品10分鐘，然后再加入改性脂環胺0.08份并攪拌20分鐘，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
本實施例的電磁屏蔽涂料的施工過程為：用噴涂的方式在1塊尺寸為180mm×180mm×1mm的玻璃鋼材料表面涂覆約5g的導電漆，用烘箱將上述玻璃鋼在60℃±5℃條件下加熱4小時后再在其表面噴涂51g電磁屏蔽涂料，然后在室溫下固化24小時后即可。
實施例3：
本實施例提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，包括以下成分：
環氧樹脂1份、環氧樹脂稀釋劑0.8份、碳納米管0.04份、碳納米管專用分散劑0.15份、改性脂環胺0.085份，以及乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.05g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.01g/mL。
本實施例的電磁屏蔽涂料的制備過程為：
在攪拌釜中加入環氧樹脂1份和環氧樹脂稀釋劑0.8份后攪拌15分鐘，得到稀釋后的環氧樹脂，環氧樹脂稀釋劑選擇市售的環氧樹脂專用稀釋劑；
將碳納米管0.04份、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須在行星球磨機中球磨1.5小時，得到碳黑納米碳管混合體；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.05g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.01g/mL；
將碳黑納米碳管混合體和碳納米管專用分散劑0.15份加入到稀釋后的環氧樹脂中，再更換砂磨攪拌頭，并在攪拌釜中加入適量直徑為0.6mm的砂磨球，設置轉速為2500轉每分鐘，研磨1小時，最后去除砂磨珠，得到涂料粗產品；
用超聲分散儀分散涂料粗產品20分鐘，然后再加入改性脂環胺0.085份并攪拌10分鐘，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
實施例4：
本實施例提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，包括以下成分：
環氧樹脂1份、環氧樹脂稀釋劑0.65份、碳納米管0.035份、碳納米管專用分散劑0.2份、改性脂環胺0.075份，以及乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.10g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.04g/mL。
本實施例的電磁屏蔽涂料的制備過程為：
在攪拌釜中加入環氧樹脂1份和環氧樹脂稀釋劑0.65份后攪拌20分鐘，得到稀釋后的環氧樹脂，環氧樹脂稀釋劑選擇市售的環氧樹脂專用稀釋劑；
將碳納米管0.035份、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須在行星球磨機中球磨2小時，得到碳黑納米碳管混合體；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.10g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.04g/mL；
將碳黑納米碳管混合體和碳納米管專用分散劑0.2份加入到稀釋后的環氧樹脂中，再更換砂磨攪拌頭，并在攪拌釜中加入適量直徑為0.6mm的砂磨球，設置轉速為1500轉每分鐘，研磨2小時，最后去除砂磨珠，得到涂料粗產品；
用超聲分散儀分散涂料粗產品20分鐘，然后再加入改性脂環胺0.075份并攪拌20分鐘，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
實施例5：
本實施例提供一種輕質納米電磁屏蔽涂料，以質量份數計，包括以下成分：
環氧樹脂1份、環氧樹脂稀釋劑0.7份、碳納米管0.045份、碳納米管專用分散劑0.2份、改性聚醚胺0.08份，以及乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.0836g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.0254g/mL。
本實施例的電磁屏蔽涂料的制備過程為：
在攪拌釜中加入環氧樹脂1份和環氧樹脂稀釋劑0.7份后攪拌10分鐘，得到稀釋后的環氧樹脂，環氧樹脂稀釋劑選擇市售的環氧樹脂專用稀釋劑；
將碳納米管0.045份、乙炔碳黑、四針狀氧化鋅晶須在行星球磨機中球磨1.5小時，得到碳黑納米碳管混合體；乙炔碳黑的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.0836g/mL，四針狀氧化鋅晶須的質量與稀釋后的環氧樹脂的體積比為0.0254g/mL；
將碳黑納米碳管混合體和碳納米管專用分散劑0.2份加入到稀釋后的環氧樹脂中，再更換砂磨攪拌頭，并在攪拌釜中加入適量直徑為0.6mm的砂磨球，設置轉速為2000轉每分鐘，研磨1小時，最后去除砂磨珠，得到涂料粗產品；
用超聲分散儀分散涂料粗產品10分鐘，然后再加入改性聚醚胺0.08份并攪拌20分鐘，得到輕質納米電磁屏蔽涂料。
本發明的電磁屏蔽機理屬于電損耗型電磁屏蔽機理，所涉及的原材料均為國內現有產品，無需再加工處理。本發明制得的電磁屏蔽涂料，不僅能最大限度地滿足面密度低、高吸收，兼容性優良和頻帶寬的要求，在單層結構條件下就能使電磁波大量進入涂層內部，并能最大限度的使之損耗或衰減；而且還能通過調節被涂覆材料表面的涂層面密度的大小來調整電磁屏蔽頻段，從而使電磁屏蔽涂料的應用范圍更廣。
本領域的技術人員可以對本發明實施例進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則這些修改和變型也在本發明的保護范圍之內。
說明書中未詳細描述的內容為本領域技術人員公知的現有技術。