碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法，所述电磁屏蔽复合材料制备方法包括如下步骤：(1)原料筛选；(2)原料干燥；(3)碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子制备；(4)型坯制备；(5)烧结成型等步骤，通过本方法得到的电磁屏蔽复合材料相比现有电磁屏蔽复合材料具有以下优点：1)通过烧结方法使碳纳米管分布于聚苯硫醚粒子的界面，形成三维导电网络，在较低碳纳米管的填料含量下，就可以实现高的电磁屏蔽效能。2)本发明专利技术所制备电磁屏蔽复合材料同时具有高耐热性能，可以应用到某些特殊领域下，例如航空、航天领域。

Preparation of heat-resistant electromagnetic shielding materials for carbon nanotubes

The invention relates to a preparation method of a carbon nanotube polymer thermostable electromagnetic shielding material. The preparation method of the electromagnetic shielding composite material comprises the following steps: (1) raw material screening; (2) raw material drying; (3) preparation of carbon nanotube/polyphenylene sulfide conductive particles; (4) blank preparation; (5) sintering molding and other steps, obtained by the method. Compared with the existing electromagnetic shielding composites, the electromagnetic shielding composites have the following advantages: 1) By sintering carbon nanotubes can be distributed in the interface of polyphenylene sulfide particles to form a three-dimensional conductive network, which can achieve high electromagnetic shielding efficiency at a lower filler content of carbon nanotubes. 2) The electromagnetic shielding composite material prepared by the invention has high heat resistance at the same time, and can be applied to some special fields, such as aeronautics and astronautics.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法
本专利技术涉及一种电磁屏蔽复合材料，尤其涉及聚苯硫醚碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法。
技术介绍
随着电子工业快速发展，各种电子设备产生的电磁波导致了大量的电磁污染，这些电磁污染可能干扰相邻电子元件的正常工作以及危害人体健康，因此开发电磁屏蔽材料，降低电磁污染，具有十分重要的意义。相比传统金属电磁屏蔽材料，具有质轻、耐腐蚀、易加工等优点的导电高分子复合材料(CPCs)成为极具潜力的新型电磁屏蔽材料。国内外学者已经对CPCs进行了较多研究，但普通CPCs耐热性能差(<200℃)，逐渐不能满足航空、航天等领域的应用需求。本专利技术涉及的聚苯硫醚(聚苯硫醚)具有高耐热、高强度、高模量、阻燃性好等优点，是一种常用的热塑性特种工程塑料，适用于航空航天领域。聚苯硫醚具有很好的加工流动性，有利于其与导电粒子熔融混合制备导电高分子复合材料，但复合材料达到优异的导电性能和屏蔽效能所需要的导电填料含量较高，使成本提高，加工性能和力学性能降低，而且现有的复合材料即使在高导电粒子含量下，电磁屏蔽效能(EMISE)也很难达到20dB的商用基本电磁屏蔽要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备一种涉及聚苯硫醚的电磁屏蔽复合材料。采用碳纳米管填料，并使用低温压制、高温烧结的技术制备得到一种电磁屏蔽复合材料，该复合材料具有低含量导电填料和高耐热性能，同时具有制备工艺简单，生产成本低，容易实现大批量生产，电磁屏蔽效能(EMISE)能够达到20dB的商用基本电磁屏蔽要求的特点。本专利技术的技术方案如下。碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：(1)原料筛选：所述电磁屏蔽复合材料按重量百分比由80.0～99.9％聚苯硫醚和0.1～20.0％碳纳米管(CNT)组成，优选采用多壁碳纳米管；通过高速粉碎机将聚苯硫醚粉料细化，使用分样筛筛选目数在30～1000目之间的聚苯硫醚粒子；(2)原料干燥：将筛选的聚苯硫醚粒子以及碳纳米管置于烘箱中干燥；(3)碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子制备：将步骤(2)中干燥后聚苯硫醚粒子和碳纳米管通过球磨机混合，实现碳纳米管在聚苯硫醚粒子表面的均匀包覆；(4)型坯制备：将步骤(3)所得碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子在温度为20～170℃、压强为10～1000Mpa和压制时间不少于30s条件下压制成型坯；(5)烧结成型：将步骤(4)中制得的型坯在温度200～400℃中烧结1～60min烧结成型，然后冷却至室温，烧结成型。优选的，所述电磁屏蔽复合材料的碳纳米管重量百分比为1.0％，聚苯硫醚重量百分比为99.0％。优选的，所述电磁屏蔽复合材料的碳纳米管重量百分比为5.0％时，聚苯硫醚重量百分比为95.0％。在现有聚苯硫醚电磁屏蔽复合材料制备技术中，由于聚苯硫醚熔体粘度很低，导电填料极易在其内部大量扩散，当含量较低时呈现随机分布的状态而不能形成导电网络。为了形成导电网络，通常需要加入很高含量的导电填料，但这会增加生产成本，降低力学性能和加工性能，不利于大规模工业化生产和应用。本专利技术通过球磨混合的方式将碳纳米管包覆于聚苯硫醚粒子表面，再通过低温热压得到型坯，最后通过高温烧结处理得到电磁屏蔽复合材料，规避了成型过程中聚苯硫醚熔体粘度很低的问题。本专利技术将碳纳米管填充于聚苯硫醚粒子间的界面处，在较低的填料含量情况下，形成二维导电网络，二维导电网络相互搭接形成电磁屏蔽复合材料的三维导电网络。此复合材料内部碳纳米管层二维导电网络具有较高的电导率，对电磁波产生了较强的屏蔽作用，三维导电网络使复合材料在低填料含量情况下就表现出较高的电导率和电磁屏蔽效能(EMISE)。通过本方法得到的电磁屏蔽复合材料相比现有电磁屏蔽复合材料具有以下优点：1)通过烧结方法使碳纳米管分布于聚苯硫醚粒子的界面，形成三维导电网络，在较低碳纳米管的填料含量下，就可以实现高的电磁屏蔽效能。2)本专利技术使用聚苯硫醚耐热性优异的聚合物，使电磁屏蔽复合材料同时具有高耐热性能，可以应用到某些特殊领域下，例如航空、航天领域。附图说明图1中(a)为本专利技术电磁屏蔽复合材料试样制备示意图；(b)为聚苯硫醚粒子图，(b’)为聚苯硫醚粒子放大图；(c)为碳纳米管包覆的聚苯硫醚粒子图；(c’)为碳纳米管包覆的聚苯硫醚粒子放大图；(d)为型坯脆断样截面图；(d’)为型坯脆断样截面放大图，(e)为烧结成型样品脆断样截面图；(e’)为烧结成型样品脆断样截面放大图。图2为不同重量百分比碳纳米管/聚苯硫醚的电磁屏蔽复合材料的光学显微镜观察图；(a)为碳纳米管重量百分比为0.5％的观察图，(b)为碳纳米管重量百分比为1.0％的观察图，(c)为碳纳米管重量百分比为3.0％的观察图，(d)为碳纳米管重量百分比为15.0％的观察图。图3为不同碳纳米管(CNT)含量的电导率柱状图图4为碳纳米管/聚苯硫醚复合材料的电磁屏蔽性能。图5为碳纳米管/聚苯硫醚电磁屏蔽材料电学性能(a)和屏蔽性能(b)在200℃高温下随着时间变化的变化情况柱状图。具体实施例下面给出具体实施例以对本专利技术的技术方案作进一步说明，但是值得说明的是以下实施例不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本专利技术的内容，对本专利技术作一些非本质性的改进和调整仍属于本专利技术的保护范围。本专利技术的制备工艺流程如图1所示，配方比例和加工条件如表1所示。实施例1表1实施例1～28的配方比例和加工条件实施例1主要原料按如下重量百分比构成：聚苯硫醚99.9％；碳纳米管0.1％。工艺步骤采用：(1)原料筛选：将聚苯硫醚粉料通过高速粉碎机粉碎细化，筛选目数在30～1000目之间的聚苯硫醚粒子。(2)原料干燥：将筛选的聚苯硫醚粒子以及碳纳米管在恒温79℃的真空烘箱中干燥。(3)碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子制备：将所得干燥的碳纳米管和聚苯硫醚粒子在行星式球磨机内混合，实现碳纳米管在聚苯硫醚粒子表面的均匀包覆；(4)制备型坯：将步骤(3)所得碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子置于模具中在20℃下，使用10MPa压制成型坯，时间为0.5min；(5)烧结成型：制得的碳纳米管/聚苯硫醚型坯继续置于模具中，去掉压力升温到200℃，保温1分钟，风扇冷却到室温获得烧结成型制品。实施例2～28其它同实施例1，改变原料配比和加工条件。为了解本专利技术采用技术方案的效果，本专利技术采用扫描电子显微镜图1(b)和1(c)观察了纯聚苯硫醚和碳纳米管包覆的聚苯硫醚粒子，可以看到碳纳米管均匀地包覆在聚苯硫醚粒子表面；为了评价本电磁屏蔽材料制备的可行性和碳纳米管导电网络在电磁屏蔽材料制品中的形态及分布，观察了坯料和产品的微观结构，可以发现在坯料和产品中碳纳米管都选择性分布在聚苯硫醚粒子的间隙之中，其中坯料中的粒子间隙很大，而产品的间隙被粘结的很好，形成了完善的导电网络。使用光学显微镜对材料的隔离导电网络的形态分布进行表征后，可以看出碳纳米管重量百分比仅为0.5％时就可以形成较为完善的隔离结构导电网络(图2)。当碳纳米管重量百分比增加到1.0％时，碳纳米管导电网络相对密集；而当碳纳米管重量百分比为5.0％时，材料导电通路的厚度显著增加，形成这种结构的原因是，本专利技术中所用到的加工成型方法与现有的加工方法不同，本专利技术中选择的烧结成型其成型温度低于聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料筛选：所述电磁屏蔽复合材料按重量百分比由80.0～99.9％聚苯硫醚和0.1～20.0％碳纳米管组成；通过高速粉碎机将聚苯硫醚粉料细化，筛选目数在30～1000目之间的聚苯硫醚粒子；(2)原料干燥：将筛选的聚苯硫醚粒子以及碳纳米管置于烘箱中干燥；(3)碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子制备：将步骤(2)中干燥后聚苯硫醚粒子和碳纳米管通过球磨机混合，实现碳纳米管在聚苯硫醚粒子表面的均匀包覆；(4)型坯制备：将步骤(3)所得碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子在温度为20～170℃、压强为10～1000Mpa和压制时间不小于30s条件下压制成型坯；(5)烧结成型：将步骤(4)中制得的型坯在温度200～400℃中烧结1min～60min烧结成型，然后冷却至室温，烧结成型。

【技术特征摘要】
1.碳纳米管高分子耐热电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料筛选：所述电磁屏蔽复合材料按重量百分比由80.0～99.9％聚苯硫醚和0.1～20.0％碳纳米管组成；通过高速粉碎机将聚苯硫醚粉料细化，筛选目数在30～1000目之间的聚苯硫醚粒子；(2)原料干燥：将筛选的聚苯硫醚粒子以及碳纳米管置于烘箱中干燥；(3)碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子制备：将步骤(2)中干燥后聚苯硫醚粒子和碳纳米管通过球磨机混合，实现碳纳米管在聚苯硫醚粒子表面的均匀包覆；(4)型坯制备：将步骤(3)所得碳纳米管/聚苯硫醚导电粒子在温度为20～170℃、压强为10～1000Mpa和压制时间不小于30...

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