CN110628192A - 一种基于3d打印的电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印的电磁屏蔽材料及其制作方法，其中基于3D打印的电磁屏蔽材料由以下重量份计的原料组成：聚乳酸27‑50份；铁氧体48.5‑70份；分散剂1‑2份；偶联剂0.5‑1份。本发明的优点在于：基于3D打印的电磁屏蔽材料的线材，可用于打印电磁屏蔽结构件，与目前传统将电磁屏蔽材料粘接贴合到物件中的加工方式相比，本发明通过配方选择，实现其3D打印的应用，同时提高了电磁屏蔽效果，更易于制成复杂的结构件，方便不同场所使用，可实现3D打印的应用，将混合物经过单螺杆共混挤出，添加分散剂，铁氧体粉末能够较好的分散在聚乳酸中，通过偶联剂的加入，两者的相容性得到了改善，从而提高了电磁屏蔽复合材料线材的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于3D打印的电磁屏蔽材料及其制备方法。
背景技术
随着社会进步和科技的发展，人们的生活充满了各种电磁辐射，现实电磁污染较为严重，严重危害了人们的生存环境和身体健康，因此电磁危害受到了各国的重视。高性能电磁屏蔽材料已成为解决电磁污染的关键技术。随着高频高速5G时代的到来以及可穿戴设备的发展，对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。金属材料虽然具有良好的电磁屏蔽性能，但其密度大、易腐蚀等缺点限制其进一步使用。因此，发展高效、质轻、柔性、耐腐蚀金属基电磁屏蔽材料是一项重大挑战。
如何提高电磁屏蔽效率以及制备工艺是之后发展的难题。当前3D打印技术发展迅速，直接应用3D打印技术打印出电磁屏蔽产品成为一种客观需求。与传统成型方法相比，3D打印技术更加灵活且借助于计算机软件系统可根据产品形状不同，设计合适的模型，从而降低成本，提高屏蔽效率。对于聚合物而言，熔融沉积成型(FDM)工艺应用最为广泛，技术最为成熟，它可将所需的复合材料丝材，通过加热打印头，将熔融的丝打印涂覆在工作台上，并逐层堆彻成三维实体制品，通过熔融沉积成型(FDM)技术打印屏蔽材料，可避免接缝造成的屏蔽遗漏，大大提高了产品整体的屏蔽效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D打印的电磁屏蔽材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其由以下重量份计的原料组成：聚乳酸27-50份；铁氧体48.5-70份；分散剂1-2份；偶联剂0.5-1份。
作为优选，所述聚乳酸的分子量为15-18万。
作为优选，所述的铁氧体是由三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰配制烧结而成。
作为优选，所述的分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或者几种。
作为优选，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或者几种。
本发明还提供了一种制备上述基于3D打印的电磁屏蔽材料的方法，根据以下步骤制作而成：
1)将分散剂、偶联剂溶于无水乙醇中，制得无水乙醇溶液；
2)将铁氧体加入到步骤1)制得的溶液中，搅拌30分钟，然后过滤得到粉体，放置在烘箱中烘干，得到干燥的粉体；
3)将步骤2)中制得的粉体与聚乳酸按照一定比例搅拌混合均匀，放置在烘箱中，预热烘干聚乳酸，然后将干燥后的混合物经单螺杆挤出，得到聚乳酸铁氧体复合材料线材。
作为优选，所述步骤1)中无水乙醇为分析纯，分散剂浓度为10g/L-20g/L，偶联剂浓度为5g/L-10g/L。
作为优选，所述步骤2)中烘箱温度为60℃,烘干时间为5小时。
作为优选，所述步骤3)中烘箱温度为80℃,烘干时间为5小时。
作为优选，所述单螺杆挤出机的螺杆转速为50r/min-70r/min，挤出温度设置为190℃-210℃。
所述得到的线材直径优选1.6-2.5mm，更优选为1.75mm。
本发明的线材其硬度为95-120MPa，拉伸强度为60-75MPa，磁导率为100-180@3MHz，可应用于FDM型3D打印中，特别是用于打印电磁屏蔽结构件，可根据结构件复杂程度进行定制打印，实现电磁屏蔽效果。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点和有益效果：
1)基于3D打印的电磁屏蔽材料的线材，其硬度为95-120D，拉伸强度为60-75MPa，适用于FDM工艺，可用于打印电磁屏蔽结构件，与目前传统将电磁屏蔽材料粘接贴合到物件中的加工方式相比，本发明通过配方选择，实现其3D打印的应用，同时提高了电磁屏蔽效果，更易于制成复杂的结构件，方便不同场所使用；
2)本发明采用铁氧体与聚乳酸制备复合材料，可实现3D打印的应用，将混合物经过单螺杆共混挤出，添加分散剂，铁氧体粉末能够较好的分散在聚乳酸中，通过偶联剂的加入，两者的相容性得到了改善，从而提高了电磁屏蔽复合材料线材的力学性能。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。
实施例一
1)取50份聚乳酸、48.5份铁氧体、1份分散剂十二烷基硫酸钠以及0.5份硅烷偶联剂KH550；将十二烷基硫酸钠和硅烷偶联剂KH550溶剂无水乙醇中，制得分散剂浓度为10g/L、偶联剂浓度为5g/L的溶液；
2)将铁氧体加入到步骤1)制得的溶液中，搅拌30分钟，然后过滤得到粉体，放置在60℃烘箱中烘干，得到干燥的粉体；
3)将骤2)中制得的粉体与聚乳酸按照一定比例搅拌混合均匀，放置在80℃的烘箱中，预热烘干聚乳酸，然后将干燥后的混合物经单螺杆挤出，得到聚乳酸/铁氧体复合材料线材，其中单螺杆挤出机的螺杆转速为60r/min，四个挤出区温度分别为190℃、200℃、210℃、200℃，控制线材挤出的孔径，最终直径为1.75mm的3D打印屏蔽材料1，测得材料1硬度为95D，拉伸强度为75MPa，磁导率为100@3MHz。
实施例二
1)取27份聚乳酸、70份铁氧体、2份分散剂十二烷基硫酸钠以及1份硅烷偶联剂KH550；将十二烷基硫酸钠和硅烷偶联剂KH550溶剂无水乙醇中，制得分散剂浓度为20g/L、偶联剂浓度为10g/L的溶液；
2)将铁氧体加入到步骤1)制得的溶液中，搅拌30分钟，然后过滤得到粉体，放置在60℃烘箱中烘干，得到干燥的粉体；
3)将骤2)中制得的粉体与聚乳酸按照一定比例搅拌混合均匀，放置在80℃的烘箱中，预热烘干聚乳酸，然后将干燥后的混合物经单螺杆挤出，得到聚乳酸/铁氧体复合材料线材，其中单螺杆挤出机的螺杆转速为60r/min，四个挤出区温度分别为190℃、200℃、210℃、200℃，控制线材挤出的孔径，最终直径为1.75mm的3D打印屏蔽材料2，测得材料1硬度为120D，拉伸强度为60MPa，磁导率为180@3MHz。
其中，铁氧体在复合材料中的含量较高时，电磁屏蔽材料的硬度以及电磁屏蔽效果均比铁氧体含量少的要高。与现有技术相比，本发明通过3D打印方式，可打印低磁导率亦可打印高磁导率电磁屏蔽材料，可以根据不同的电磁屏蔽需求，制成不同电磁屏蔽效果的线材，打印出所需要的电磁屏蔽结构件。
上述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，不能因此限定本发明专利申请范围，任何简化、修饰等置换方式，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于，其由以下重量份计的原料组成：聚乳酸27-50份；铁氧体48.5-70份；分散剂1-2份；偶联剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述聚乳酸的分子量为15-18万。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述的铁氧体是由三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰配制烧结而成。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述的分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或者几种。
6.一种权利要求1-5中任一项所述的基于3D打印的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，根据以下步骤制作而成：
1)将分散剂、偶联剂溶于无水乙醇中，制得无水乙醇溶液；
2)将铁氧体加入到步骤1)制得的溶液中，搅拌30分钟，然后过滤得到粉体，放置在烘箱中烘干，得到干燥的粉体；
3)将步骤2)中制得的粉体与聚乳酸按照一定比例搅拌混合均匀，放置在烘箱中，预热烘干聚乳酸，然后将干燥后的混合物经单螺杆挤出，得到聚乳酸铁氧体复合材料线材。
7.根据权利要求6所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述步骤1)中无水乙醇为分析纯，分散剂浓度为10g/L-20g/L，偶联剂浓度为5g/L-10g/L。
8.根据权利要求6所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述步骤2)中烘箱温度为60℃,烘干时间为5小时。
9.根据权利要求6所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述步骤3)中烘箱温度为80℃,烘干时间为5小时。
10.根据权利要求6所述的一种基于3D打印的电磁屏蔽材料，其特征在于：所述单螺杆挤出机的螺杆转速为50r/min-70r/min，挤出温度设置为190℃-210℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191231 |
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