電磁屏蔽塗料及其應用的製作方法
2024-04-14 18:05:05 1
1.本技術涉及塗料領域，尤其涉及電磁屏蔽塗料。
背景技術：
2.隨著技術進步，鋁電解槽的電流越來越大，電解過程中產生了數十萬安培的電解電流，所以電解車間投產以後，由於電磁感應，在電解車間內產生了強大的磁場。這種磁場對電解槽內鋁液產生電磁力，使鋁液運行不穩定，降低電流效率，增加電能消耗。與此同時，這一磁場對運行在電解車間的多種設備，特別是電解機組的電氣控制系統、plc通訊系統等也會產生了很大影響。另外，電解工人在進行更換陽極、電解槽加料、母線提升、清理陽極坑、安裝和檢修電解槽等操作過程中，所用的鐵製工具都會受到該磁場的作用，從而極大增加了電解工人的日常勞動強度。
3.針對鋁電解作業時產生的磁場，本領域現有的方式是在鋁電解槽中增設額外的電磁屏蔽裝置，例如中國專利cn111455409a、cn102296326a。這種方式對鋁電解槽的位置排布要求較高，安裝起來比較繁瑣，不利於實施。
技術實現要素：
4.本技術實施例提供了一種電磁屏蔽塗料及其應用，以解決現有的鋁電解槽電磁屏蔽方式不利於實施的技術問題。
5.第一方面，本技術實施例提供一種電磁屏蔽塗料，包括組合物a和組合物b，其中組合物a包括電磁屏蔽填料、固化劑，所述電磁屏蔽填料的材料為合金，所述合金包括：20-62wt％的ni，13-54wt％的fe，8-30wt％的cu，2-9wt％的si，0.1-5wt％的nb、0.03-1.5wt％的la；
6.組合物b包括粘接劑、乳化劑、助劑。
7.在本技術的一些實施例中，以重量份數計，所述電磁屏蔽塗料包括：所述電磁屏蔽填料35-45份、所述固化劑20-30份、所述粘接劑12-40份、所述乳化劑5-8份、所述助劑2-5份。
8.在本技術的一些實施例中，以重量份數計，所述粘接劑包括10-30份的無機粘接劑和2-10份的有機粘接劑。
9.在本技術的一些實施例中，所述電磁屏蔽填料為合金粉末，所述合金粉末的粉粒具有空心結構。
10.在本技術的一些實施例中，所述合金粉末的粒度為0.1μm-10μm。
11.在本技術的一些實施例中，所述的無機粘接劑為矽酸鈉、磷酸二氫鋁、矽溶膠、鋁溶膠中的至少一種；
12.所述的有機粘接劑為環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂中的至少一種。
13.在本技術的一些實施例中，所述固化劑為氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵中的至少一種。
14.在本技術的一些實施例中，所述的乳化劑為乙酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的至少一種。
15.在本技術的一些實施例中，所述的助劑包括增稠劑、分散劑、ph調節劑、消泡劑、流平劑中的至少一種。
16.第二方面，本技術實施例提供一種鋁電解槽，所述鋁電解槽包括槽體、蓋板、設置在槽體內的陰極和陽極，所述陰極和陽極上均連接有導線；所述槽體、蓋板、導線三個部件中的至少一部件上塗覆有第一方面所述的電磁屏蔽塗料。
17.本技術實施例提供的上述技術方案與現有技術相比具有如下優點：
18.本技術實施例提供的電磁屏蔽塗料，包括電磁屏蔽填料，電磁屏蔽填料中的fe元素為順磁性元素，能顯著提高塗層材料低頻率的電磁屏蔽能效；cu元素為逆磁性元素，具有良好的導電性能，能有效補償塗層材料高頻率的電磁屏蔽能效；ni元素能提高合金的耐腐蝕性能，增強塗層材料在鋁電解環境中腐蝕性能；si元素能提高塗層材料的抗氧化性能，增強塗層材料在鋁電解環境中抗高溫氧化性能；nb元素可增強塗層材料的強度和韌性，避免塗層的高溫開裂；la元素能有效增大塗層材料磁反射界面，增強電磁屏蔽能效。本技術通過復配上述元素形成電磁屏蔽填料，使電磁屏蔽塗料適合用於鋁電解槽；同時電磁屏蔽塗料還包括固化劑、粘接劑、乳化劑、助劑等組分，能夠形成穩定的塗料，且適用於刷塗、噴塗等多種常規塗布方式，因此本技術實施例提供的電磁屏蔽塗料在鋁電解槽中具有良好的電磁屏蔽效果，且使用簡單方便，容易實施。
具體實施方式
19.為使本技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本技術保護的範圍。
20.除非另有特別說明，本文使用的術語應理解為如本領域中通常所使用的含義。因此，除非另有定義，本文使用的所有技術和科學術語具有與本技術所屬領域技術人員的一般理解相同的含義。若存在矛盾，本說明書優先。
21.除非另有特別說明，本技術中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等，均可通過市場購買得到或者可通過現有方法製備得到。
22.現有的鋁電解槽的電磁屏蔽方式存在不容易實施的技術問題。
23.本技術實施例提供的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：
24.第一方面，本技術實施例提供一種電磁屏蔽塗料，包括組合物a和組合物b，其中組合物a包括電磁屏蔽填料、固化劑，所述電磁屏蔽填料的材料為合金，所述合金包括：20-62wt％的ni，13-54wt％的fe，8-30wt％的cu，2-9wt％的si，0.1-5wt％的nb、0.03-1.5wt％的la；
25.組合物b包括粘接劑、乳化劑、助劑。
26.在本技術中，固化劑指的是能夠增進或控制固化反應的物質。固化劑的不但可以和合金材料結合起反應，增加塗層的對磁屏蔽的屏蔽效果，而且能提高塗層的硬度和粘合度，增強塗層化學穩定性和防腐能力，同時還可以促進塗料快速乾燥，縮短乾燥時間。
27.在本技術中，粘接劑指能夠將同質或異質物體表面粘連起來的物質。粘接劑的作用是提高電磁屏蔽塗料的粘接性能，使塗料能夠與被粘接物料牢固的粘接起來。
28.本領域技術人員可以理解，fe元素為順磁性元素，能顯著提高塗層材料低頻率的電磁屏蔽能效；cu元素為逆磁性元素，具有良好的導電性能，能有效補償塗層材料高頻率的電磁屏蔽能效；ni元素能提高合金的耐腐蝕性能，增強塗層材料在鋁電解環境中腐蝕性能；si元素能提高塗層材料的抗氧化性能，增強塗層材料在鋁電解環境中抗高溫氧化性能；nb元素可增強塗層材料的強度和韌性，避免塗層的高溫開裂；la元素能有效增大塗層材料磁反射界面，增強電磁屏蔽能效。
29.本領域技術人員可以理解，塗料常常是多種組合物分開保存，在需要使用時將多種組合物合併在一起後使用。在本技術中，組合物a和組合物b應當分開製備、分開保存。
30.本技術提供的電磁屏蔽塗料，包括電磁屏蔽填料，復配了上述多種金屬元素，使電磁屏蔽塗料適合用於鋁電解槽；同時電磁屏蔽塗料還包括固化劑、粘接劑、乳化劑、助劑等組分，能夠形成穩定的塗料，且適用於刷塗、噴塗等多種常規塗布方式，因此本技術實施例提供的電磁屏蔽塗料在鋁電解槽中具有良好的電磁屏蔽效果，且使用簡單方便，容易實施。
31.在本技術的一些實施例中，以重量份數計，所述電磁屏蔽塗料包括：所述電磁屏蔽填料35-45份、所述固化劑20-30份、所述粘接劑12-40份、所述乳化劑5-8份、所述助劑2-5份。
32.在本技術的一些實施例中，以重量份數計，所述粘接劑包括10-30份的無機粘接劑和3-10份的有機粘接劑。
33.本領域技術人員可以理解，所述電磁屏蔽塗料中同時含有大量的無機材料和有機材料。因此無機粘接劑和有機粘接劑聯合使用可以取得更好的粘接效果。
34.在本技術的一些實施例中，所述電磁屏蔽填料為合金粉末，所述合金粉末的粉粒具有空心結構。
35.本領域技術人員可以理解，空心結構可以有效增加電磁波在塗層材料內部多次反射損耗，提高電磁屏蔽能效。
36.本領域技術人員可以理解，空心粉末的製備方式可採用模版構造法，以氣腔、乳液、液滴、膠粒、無機微粒等為模板，通過相變、吸附、凝聚、沉澱界面反應等物理化學過程或自組織過程，在模板外表形成一層所需材料的殼層，最後通過溶解或裂解、蒸發、焙燒等手段除去模板，從而得到空心合金粉。
37.在本技術的一些實施例中，所述合金粉末的粒度為0.1μm-10μm。
38.本領域技術人員可以理解，此粒度下的合金粉末可以有效增加電磁波在塗層材料表面的單次反射損耗，提高電磁屏蔽能效。
39.在本技術中，無機粘接劑可以選用本領域常規的無機粘接劑。在本技術的一些實施例中，所述的無機粘接劑為矽酸鈉、磷酸二氫鋁、矽溶膠、鋁溶膠中的至少一種。
40.在本技術的一些實施例中，所述的無機粘接劑為矽酸鈉溶液、磷酸二氫鋁溶液、矽溶膠、鋁溶膠中的至少一種，所述無極粘接劑的濃度為20-80％。
41.在本技術中，有機粘接劑可以選用本領域常規的有機粘接劑。在本技術的一些實施例中，所述的有機粘接劑為環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂中的至少一種。
42.在本技術的一些實施例中，所述的有機粘接劑為環氧樹脂溶液、酚醛樹脂溶液、呋
喃樹脂溶液中的至少一種，所述有機粘接劑的濃度為20-75％。
43.在本技術中，固化劑可以選用本領域常規的固化劑。在本技術的一些實施例中，所述固化劑為氧化鋁、氧化銅、氧化鋅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵中的至少一種。
44.在本技術中，乳化劑可以選用本領域常規的乳化劑。在本技術的一些實施例中，所述的乳化劑為乙酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的至少一種。
45.在本技術的一些實施例中，所述乳化劑的濃度為15-40％。
46.在本技術中，助劑根據所述電磁屏蔽塗料實際調配時的情況合理選用，本領域的技術人員可以根據本領域已知的技術合理選用助劑調節所述電磁屏蔽塗料的性能。在本技術的一些實施例中，所述的助劑包括增稠劑、分散劑、ph調節劑、消泡劑、流平劑中的至少一種。
47.第二方面，本技術實施例提供一種鋁電解槽，所述鋁電解槽包括槽體、蓋板、設置在槽體內的陰極和陽極，所述陰極和陽極上均連接有導線；所述槽體、蓋板、導線三個部件中的至少一部件上塗覆有第一方面任一實施例所述電磁屏蔽塗料。
48.塗覆的方式可以採用本領域常規的塗覆方式，包括但不限於刷塗、冷噴塗。使用過程簡單方便。
49.電磁屏蔽塗料塗覆在槽體、蓋板、導線上，可屏蔽、調整、穩定鋁電解槽的磁場，有利於改善電磁場特定部位的磁場分布，提高電解槽的穩定性，降低電解鋁生產能耗。
50.由於第二方面所述的鋁電解槽基於第一方面所述的電磁屏蔽塗料來實現，該鋁電解槽的具體實施方式可參照第一方面的實施例，由於該鋁電解槽採用了上述實施例的部分或全部技術方案，因此至少具有上述實施例的技術方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。
51.下面結合具體實施例，進一步闡述本技術。應理解，這些實施例僅用於說明本技術而不用於限制本技術的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照國家標準測定。若沒有相應的國家標準，則按照通用的國際標準、常規條件、或按照製造廠商所建議的條件進行。
52.實施例1
53.本實施例提供一種電磁屏蔽塗料，包括組合物a和組合物b。
54.其中組合物a由電磁屏蔽填料和固化劑組成，電磁屏蔽填料為合金粉末，粒度1μm-5μm，以質量百分比計，合金的組成為ni38％，fe42％，cu11％，si8％，nb0.9％、la0.1％。固化劑為粉末，粒度1μm-5μm，以質量百分比計，其組成為氧化鋁80％、氧化鈣15％、氧化鎂5％。
55.組合物a由如下步驟製備：
56.sa：稱取電磁屏蔽填料30kg、固化劑20kg，加入三維混料機中進行混合，混合的工藝參數為頻率30hz，轉速21r/min，時間20分鐘。
57.組合物b由無機粘接劑、有機粘接劑、乳化劑、助劑組成。其中無機粘接劑由矽酸鈉溶液和矽溶膠以3：2的重量比混合而成，矽酸鈉溶液的濃度為45％，矽溶膠的濃度為5％。有機粘接劑為酚醛樹脂，乳化劑為丙烯酸乳液。以質量百分比計，助劑的組成為增稠劑20％、分散劑25％、ph調節劑22％、消泡劑15％、流平劑18％。
58.組合物b由如下步驟製備：
59.sb：稱取無機粘接劑30kg、有機粘接劑6kg、乳化劑10kg、助劑4kg，加入磁力加熱攪拌機在轉速40r/min，溫度70℃下攪拌50分鐘。
60.使用時，將組合物a與組合物b以1：0.5的重量比混合後，得到電磁屏蔽塗料，可適用刷塗、噴塗等常規工藝。
61.實施例2
62.本實施例與實施例1的區別僅在於：
63.合金的組成為ni30％，fe49％，cu12％，si6％，nb0.8％、la0.2％；
64.固化劑的組成為氧化鋁70％、氧化鎂5％、氧化鋅15％；
65.步驟sa中，電磁屏蔽填料的稱取量為32kg，固化劑的稱取量為18kg；
66.無機粘接劑由矽酸鈉溶液和矽溶膠以7：3的重量比混合而成；
67.助劑的組成為增稠劑18％、分散劑24％、ph調節劑23％、消泡劑16％、流平劑19％；
68.步驟sb中，無機粘接劑的稱取量為32kg、有機粘接劑的稱取量為7kg、乳化劑的稱取量為8kg、助劑的稱取量為3kg。
69.實施例3
70.本實施例與實施例1的區別僅在於：
71.合金的組成為ni32％，fe38％，cu20％，si9％，nb0.9％、la0.1％；
72.固化劑的組成為氧化鋁70％、氧化鎂5％、氧化鋅15％；
73.步驟sa中，電磁屏蔽填料的稱取量為35kg，固化劑的稱取量為15kg；
74.無機粘接劑由磷酸二氫鋁溶液和鋁溶膠以13：7的重量比混合而成，其中磷酸二氫鋁溶液的濃度為29％，鋁溶膠的濃度為21％；
75.有機粘接劑為環氧樹脂；
76.乳化劑為聚氨酯乳液；
77.助劑的組成為增稠劑22％、分散劑19％、ph調節劑18％、消泡劑17％、流平劑24％；
78.步驟sb中，無機粘接劑的稱取量為30kg、有機粘接劑的稱取量為10kg、乳化劑的稱取量為8kg、助劑的稱取量為2kg。
79.實施例4
80.本實施例與實施例1的區別僅在於：
81.合金的組成為ni42％，fe30％，cu18％，si8％，nb1.2％、la0.8％；
82.合金粉為空心結構，其製備方法為模板構造法，以氣腔、乳液、液滴、膠粒、無機微粒等為模板，通過相變、吸附、凝聚、沉澱界面反應等物理化學過程或自組織過程，在模板外表形成一層所需材料的殼層，最後通過溶解或裂解、蒸發、焙燒等手段除去模板，從而得到粒度為3-10微米的空心合金粉。
83.固化劑的組成為氧化鋁52％、氧化銅38％、氧化鐵20％；
84.步驟sa中，電磁屏蔽填料的稱取量為39kg，固化劑的稱取量為13kg；
85.無機粘接劑由矽酸鈉和鋁溶膠以17：5的重量比混合而成，其中矽酸鈉溶液的濃度為29％，鋁溶膠的濃度為21％；
86.有機粘接劑為環氧樹脂；
87.乳化劑為聚氨酯乳液；
88.助劑的組成為增稠劑24％、分散劑17％、ph調節劑15％、消泡劑19％、流平劑25％；
89.步驟sb中，無機粘接劑的稱取量為25kg、有機粘接劑的稱取量為9kg、乳化劑的稱取量為10kg、助劑的稱取量為3kg。
90.實施例5
91.本實施例與實施例1的區別僅在於：
92.合金的組成為ni29％，fe46％，cu15％，si8％，nb1.3％、la0.7％；
93.合金粉為空心結構，其製備方法為：
94.通過分散聚合法使苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯單體共聚得到膠粒，將合金粉基團通過化學鍵引入到膠粒的表面，然後滴加矽酸丁酯的乙醇溶液，使其與膠粒發生縮聚反應，從而得到包覆的粒子，最後在氬氣的保護環境中750℃煅燒去除有機模版，從而得到粒度為3-10微米的空心合金粉。
95.固化劑的組成為氧化鋁45％、氧化鐵43％、氧化鋅12％；
96.步驟sa中，電磁屏蔽填料的稱取量為38kg，固化劑的稱取量為166kg；
97.無機粘接劑由矽酸鈉和矽溶膠以4：1的重量比混合而成，其中矽酸鈉溶液的濃度為30％，矽溶膠的濃度為18％；
98.有機粘接劑為酚醛樹脂；
99.乳化劑為乙酸乙烯乳液；
100.助劑的組成為增稠劑29％、分散劑22％、ph調節劑11％、消泡劑16％、流平劑22％；
101.步驟sb中，無機粘接劑的稱取量為29kg、有機粘接劑的稱取量為7kg、乳化劑的稱取量為7kg、助劑的稱取量為3kg。
102.相關實驗及效果數據：
103.提供基板，基板的材質為鋁板。
104.取實施例1中的組合物a和組合物b，以1：0.5的重量比混合後，將混合液以冷噴塗到所述基板上，靜置24h後得到帶有電磁屏蔽塗層的板件。
105.取實施例2-5中的組合物a和組合物b，實施同樣的操作。
106.以上操作分別得到五組對應於實施例1-5的帶有電磁屏蔽塗層的板件。依照國標gb t34938-2017的方法，測試以上五組板件的電磁屏蔽能效；依照國標gb8642-1988的方法，測試以上五組板件中塗層與基板的結合強度：以上測試結果如下表所示：
107.電磁屏蔽能效(db)結合強度(n/mm2)實施例16125實施例26528實施例36324實施例48931實施例57829
108.由以上數據可見，實施例1-5中的電磁屏蔽塗料，電磁屏蔽能效均達到60db以上，與基板的結合強度均達到20n/mm2以上。
109.本技術的各種實施例可以以一個範圍的形式存在；應當理解，以一範圍形式的描述僅僅是因為方便及簡潔，不應理解為對本技術範圍的硬性限制；因此，應當認為所述的範圍描述已經具體公開所有可能的子範圍以及該範圍內的單一數值。例如，應當認為從1到6的範圍描述已經具體公開子範圍，例如從1到3，從1到4，從1到5，從2到4，從2到6，從3到6等，
以及所述範圍內的單一數字，例如1、2、3、4、5及6，此不管範圍為何皆適用。另外，每當在本文中指出數值範圍，是指包括所指範圍內的任何引用的數字(分數或整數)。
110.在本技術說明書的描述中，術語「包括」「包含」等是指「包括但不限於」。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括
……」
限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。在本文中，諸如「第一」和「第二」等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。在本文中，「和/或」，描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，a和/或b，可以表示：單獨存在a，同時存在a和b，單獨存在b的情況。對於用「和/或」描述的三項以上的關聯對象的關聯關係，表示這三個關聯對象可以單獨存在任意一項，或者其中任意至少兩項同時存在，例如，對於a，和/或b，和/或c，可以表示單獨存在a、b、c中的任意一項，或者同時存在其中的任意兩項，或者同時存在其中三項。在本文中，「至少一個」是指一個或者多個，「多個」是指兩個或兩個以上。「至少一種」、「以下至少一項(個)」或其類似表達，是指的這些項中的任意組合，包括單項(個)或複數項(個)的任意組合。例如，「a,b,或c中的至少一項(個)」，或，「a,b,和c中的至少一項(個)」，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分別可以是單個，也可以是多個。
111.以上所述僅是本技術的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本技術。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本技術的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本技術將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所申請的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。