[发明专利]一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法。采用生物质材料为原材料，经过化学预处理、冷冻干燥和高温处理得到的多孔连通的三维网络生物质炭，然后将双酚F型环氧树脂通过真空浇筑填充到所述炭化处理后的多孔连通的三维网络结构生物质炭上经固化反应后得到环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料；该复合材料其制备方法简单，生产加工的成本低，具有高效的电磁屏蔽效能，使其具备了在民事和军事领域应用的潜质，特别是该研究实现了农业生产废弃物在电磁屏蔽领域的高附加值可持续利用。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代化信息技术的迅猛发展，电磁波在电子产品、数据传输、电子通讯、无线网络系统、卫星发射、现代检测技术、雷达探测技术、医疗诊断等领域得以大规模应用，为人们的生活提供了巨大便利的同时也带来了严重的电磁辐射污染问题。电磁污染的问题不容低估，会严重危害人们的身体健康，此外，电磁波的存在还容易引起信息泄露及干扰其他电子设备正常运行。考虑到电磁波污染源的多样性以及不可避免性，采用电磁屏蔽措施是控制污染、降低电磁辐射危害的重要可行性途径。金属基电磁屏蔽材料虽具有较高的屏蔽效能，当其密度大、易腐蚀等缺点限制其在航空航天、军事装备和电子通讯设备等领域的应用。聚合物电磁屏蔽材料主要由聚合物基体与导电/导磁纳米填充体系组成，其具有易加工成型、成本低、耐酸碱腐蚀等优势，但聚合物基复合材料仍存在电磁屏蔽效能(Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness，EMI SE)比金属基电磁屏蔽材料差的缺点。主要问题在于纳米填料在聚合物基体中难以分散，且高含量纳米填料会带来复合材料的流动性、力学性能的不利影响。其中，通过预先构筑导电网络结构，如石墨烯气凝胶(GA)和发泡材料等，再通过原位聚合引入环氧等聚合物基体的方法亦可构筑热固性聚合物的高效导电隔离结构，实现聚合物基电磁屏蔽复合材料的高效电磁屏蔽效能。

当前，随着人类社会的发展，能源材料不断消耗，如果不加以节约和改善，未来将会出现能源材料的短缺，因此，人们更倾向于使用廉价、可再生、资源丰富并且环保的生物材料替代或部分替代能源材料或者化学材料，将这些农业废弃物进行有效处理和利用实现可再生资源的充分利用。经研究发现，很多生物材料，例如，树木、稻壳、丝瓜烙、茄子和秸秆等，经过高温热处理后得到的炭化材料能够保留最初的多孔结构，得到多孔导电网络骨架结构。

现有技术中也有报道采用农作物废弃物(秸秆)为原料制备生物质电磁屏蔽材料，但现有关于生物质电磁屏蔽材料的研究，为了获得高性能的电磁屏蔽功效，多以廉价生物质炭复合大量昂贵石墨烯等纳米碳材料或其他高导电纳米材料，极大增加了生产加工的成本，或是以较优质的生物质(木材)为原料，或是制备成本较高，例如现有专利技术CN108794812 A公开了一种电磁屏蔽材料，该电磁屏蔽材料包括聚合物基体以及分散在聚合物基体中的石墨烯-生物炭复合填料，生物质为木屑、竹屑、稻壳、秸秆或椰壳中的任意一种或多种混合；再例如现有技术CN111269570A中还公开了一种炭化丝瓜/石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，该方法是将石墨烯和碳纳米管分散在聚乙烯醇溶液中，将其浇在矩形丝瓜络上，真空干燥后压实，之后放入管式炉中进行炭化，得到CL/GNSs-CNT复合材料，再将氰酸酯和环氧树脂混合搅拌，之后浇注在CL/GNSs-CNT复合材料上，固化，得到炭化丝瓜/石墨烯-碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料。

发明内容

针对上述现有技术和工艺存在的不足，本发明的目的在于提供一种电磁屏蔽性能优异、制备工艺简单，且成本低廉的环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料及其制备方法，其具体技术方案如下：

一种环氧树脂基生物质炭电磁屏蔽复合材料，其特征在于，包括炭化处理的多孔生物质基材和真空浇注填充到所述炭化处理后的生物质基材上的环氧树脂，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂，所述生物质炭电磁屏蔽复合材料在室温下的压缩强度在5.0～150MPa之间，电导率为0.001～6.41s/cm，在波段8～12GHz时，总电磁屏蔽效能为5.0～80dB。