一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00%～99.75%，碳纳米管4.00%～0.25%；制备方法如下：（1）CNT/UHMWPE导电复合粒子制备；（2）CNT/UHMWPE坯料制备；（3）坯料固相挤出；本发明专利技术利用CNT在UHMWPE微粒表面的选择性分布构建隔离结构，同时利用固相挤出提供的强流动场诱导UHMWPE基体相沿挤出方向高度取向，大幅增强力学性能，克服了常规隔离结构导电聚合物复合材料力学性能不足的问题；材料制备过程简单，无需任何高能超声设备和有机溶剂，容易实现工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法
本专利技术涉及导电聚合物复合材料及其制备
，具体涉及一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着高频电子仪器以及通讯设备的广泛使用，电磁辐射污染日益严重，各种不同能量的电磁波对人类身体健康和精密电子仪器都会造成不同程度的危害，因此，需要更多先进的电磁屏蔽（EMI）材料来满足不同领域的应用；相比于传统金属材料，导电聚合物复合材料（CPCs）具有质轻、价廉、成型加工性好、耐腐蚀等优点，是一种极具应用前景的新型电磁屏蔽材料（J.M.Thomassin,etal.MaterialsScienceandEngineering:R:Reports2013,74,211-232.）；在CPCs材料中，采用高电导率的导电填料有利于改善CPCs的电磁屏蔽性能（MHAl-Salehetal.Carbon,2013,60(12):146-156），其中，碳基纳米导电填料，如碳纳米管（CNT），石墨烯（GNS），碳纳米纤维（CNF）等，已被广泛使用；但碳基纳米导电填料由于极高的比表面积，在聚合物基体中容易发生团聚，通常需要较高的填料含量才能获得所需的电磁屏蔽效能（J.J.Liang,etal.Carbon,2009,47,922-925）；例如，Al-Saleh等通过熔融共混制备了CNT/聚丙烯电磁屏蔽复合材料，当CNT含量为5vol%时，电磁屏蔽效能仅有16dB，达不到商业化产品所需最低标准（20dB），当CNT含量增加到7.5vol%，电磁屏蔽效能（EMISE）达到34.8dB（MHAl-Saleh,etal.Carbon2009,47,1738-1746）；Arjmand等报道了当CNT含量为5wt%和10wt%时，熔融法制备的CNT/聚苯乙烯导电复合材料的EMISE分别为20dB和35dB（MArjmand,etal.Carbon,2012,50(14):5126–5134）；虽然随着填料含量的上升，材料的电磁屏蔽性能有所上升，但过高的填料含量会增加材料生产成本，同时也会降低材料的加工性能和力学性能。现有技术中，通过原位热还原方法制备了石墨烯/UHMWPE隔离结构复合材料，石墨烯含量为0.5wt%时材料EMISE可达21dB（李忠明等，一种低逾渗石墨烯/高分子电磁屏蔽材料的制备方法：中国，201310000913.9）；但由于导电填料处于基体界面之间，严重影响基体粒子之间的粘结，导致隔离结构CPCs的力学性能较差，难以满足结构承重材料应用要求，限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种力学性能好、工艺简单的具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法。本专利技术采用的技术方案是：一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00%～99.75%，碳纳米管4.00%～0.25%。进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.75%，碳纳米管0.25%。进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.5%，碳纳米管0.5%。进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.0%，碳纳米管1.0%。进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯98.0%，碳纳米管2.0%。进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.0%，碳纳米管4.0%。一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照比例称取原料，将碳纳米管进行干燥至水分含量低于0.01wt%，然后与超高分子聚乙烯粒料进行机械混合，得到碳纳米管/超高分子量聚乙烯导电复合粒子；混合速率为24000rpm；（2）将步骤（1）中得到的导电复合粒子压制成坯料，在200℃、10MPa条件下成型20min，冷却至110℃，开模后得到坯料；（3）将步骤（2）中得到的碳纳米管/超高分子量聚乙烯坯料固相挤出成型，首先将坯料在模具中在120℃条件下保温10min，然后在120MPa条件下进行固相挤出，挤出的片材快速冷却后即得目标产物。进一步的，所述步骤（1）中采用高速混合机进行混合，混合2min，混合过程中温度小于等于80℃。进一步的，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为5×106~6×106g/mol，密度为0.95g/cm3，粒子直径为100μm。进一步的，所述碳纳米管直径为9.5nm，长度为1.5μm，密度为2.1g/cm3。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过固相挤出诱导超高分子量聚乙烯基体相分子链沿挤出方向高度取向在不影响电性能和电磁屏蔽效能的基础上，大幅增强力学性能，极限拉伸强度在100MPa以上；（2）本专利技术将CNT选择性分散在UHMWPE粒子界面处构筑隔离结构，相比随机分散体系来说，填料的有效浓度显著上升，使得材料具有更高的电导率以及电磁屏蔽性能；（3）本专利技术制备过程中不需要高能设备辅助分散和有机溶剂，工艺简单、绿色环保，易于工业化生产。附图说明图1为本专利技术中碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的制备过程图。图2为实施例5和对比例5制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的脆断面的扫描电子显微镜图；其中图a为对比例，图b为实施例。图3为实施例2-5制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的光学显微镜图，图a为实施例2，图b为实施例3，图c为实施例4，图d为实施例5。图4为对比例2-5制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的光学显微镜图；图e为对比例2，图f为对比例3，图g为对比例4，图h为对比例5。图5为对比例1-5制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的宽角X射线衍射图；图a为对比例1，图b为对比例2，图c为对比例3，图d为对比例4，图e为对比例5。图6为实施例1-5制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的宽角X射线衍射图，图f为实施例1，图g为实施例2，图h为实施例3，图i为实施例4，图j为实施例5。图7为实施例和对比例中制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料随碳纳米管含量变化其电性能变化曲线图。图8为实施例4-6中制备的碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料的电磁屏蔽效能图。具体实施方式实施例1按照下述方法制备碳纳米管/超高分子量聚乙烯复合材料（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）100wt%，碳纳米管(CNT)0wt%的比例称取原料，将碳纳米管在烘箱中进行干燥至水分含量低于0.01wt%，然后与超高分子聚乙烯粒料通过高速混合机进行机械混合，得到碳纳米管/超高分子量聚乙烯导电复合粒子；混合速率为24000rpm，混合时间2min，混合温度不超过80℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量为5×106~6×106g/mol，密度为0.95g/cm3，粒子直径为100μm；碳纳米管直径为9.5nm，长度为1.5μm，密度为2.1g/cm3；（2）将步骤（1）中得到的导电复合粒子压制成坯料，将导电复合粒子放入模具中在200℃、10MPa条件下成型20min，冷却至110℃，开模后得到坯料；（3）将步骤（2）中得到的碳纳米管/超高分子量聚乙烯坯料固相挤出成型，首先将坯料放入喷涂有脱模剂的固态挤出模具中；在模具中在120℃条件下保温10min，待温度平衡后进行固态挤出，挤出压力为120MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00％～99.75％，碳纳米管4.00％～0.25％。

【技术特征摘要】
1.一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00％～99.75％，碳纳米管4.00％～0.25％。2.根据权利要求1所述的一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.75％，碳纳米管0.25％。3.根据权利要求1所述的一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.5％，碳纳米管0.5％。4.根据权利要求1所述的一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.0％，碳纳米管1.0％。5.根据权利要求1所述的一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯98.0％，碳纳米管2.0％。6.根据权利要求1所述的一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其特征在于，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.0％，碳纳米管4.0％。7.如权利要求1所述的一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照比例称取原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐家壮，虞晚成，李忠明，鄢定祥，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51