本发明专利技术涉及一种高导电电磁屏蔽复合材料及其制备方法，通过CNT和WPU在水中混合，并进行真空抽滤除水，制备的薄膜在烘箱中70℃下烘干2h即可得到CNT/WPU复合材料薄膜，乳液固体颗粒可促使CNT选择性在颗粒界面分散，形成隔离结构，CNT/WPU复合材料薄膜以低含量CNT获得了优良的电磁屏蔽性能。本发明专利技术工艺简单，无有机溶剂，无需复杂的器械设备，有利于商业化应用。
A High Conductivity Electromagnetic Shielding Composite Material and Its Preparation Method
The invention relates to a highly conductive electromagnetic shielding composite material and a preparation method thereof, which are mixed in water by CNT and WPU, and vacuum filtration is used to remove water. The film prepared in the oven is dried at 70 degrees Celsius for 2h, and the CNT/WPU composite film can be obtained. The solid particles of the emulsion can promote the CNT selectivity to disperse at the particle interface and form an isolation structure, and the CNT/WPU composite film is obtained with low content CNT. Excellent electromagnetic shielding performance has been obtained. The invention has the advantages of simple process, no organic solvent and no complicated equipment, and is conducive to commercial application.
【技术实现步骤摘要】
一种高导电电磁屏蔽复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种高导电电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子设备、无线通讯及微波技术的普及和广泛应用，电磁辐射污染越来越严重。电磁辐射不仅干扰电子设备，还严重危害人体健康。因此，电磁屏蔽材料的研发成为学术界和工业界的研究热点。相对于传统的金属材料，导电聚合物复合材料(CPCs)密度小、柔性、价格低廉、可加工性好等优点使其在电磁屏蔽材料领域展现出巨大的应用前景。通常材料的电磁屏蔽性能需大于20dB才可商业应用。由于电磁屏蔽性能与材料电导率和厚度密切相关，电导率越高，电磁屏蔽性能(SE)越高。因此，高导电CPCs的研发成为电磁屏蔽领域的研究重点(JournalofMaterialsChemistryC,2016,4,6525-6532；Carbon2016,96,768-777)。碳纳米管(CNT)由于具有极大的长径比和优异的电学、力学及化学性能，被认为是最有应用前景的导电填料，并广泛应用于电子、能源等领域制备导电复合材料。但较强的范德华力使其易团聚成簇，影响其在聚合物基体中的分散性，进而影响复合材料的导电性和机械性能。目前，人们主要采用熔融法、CNT表面修饰、表面活性剂添加等方法提高CNT在聚合物基体中的分散性(Carbon2015,89,308-317；PhysicalChemistryChemicalPhysics,2015,17(31),20347-20360；CompositesScienceandTechnology2015,116,33-40)。但是由于在此类方法中，部分CNT并未参与导电网络的构建，只有较高含量的CNT才能实现复合材料良好的导电性。而高含量CNT的应用通常会导致复合材料的力学性能和加工性变差，同时增加材料制备的成本，限制其商业应用。因此，研发制备低CNT含量的高导电CPCs引起人们的广泛关注。近年来，隔离结构复合材料已展现出优异的电学性能并广泛应用于电磁屏蔽材料领域。其中，导电填料选择性分散在聚合物基体界面处，形成连续的网络结构，有效增加导电填料用于构建导电通路的利用率，从而实现在导电填料含量较低的情况下获得高电导率的CPCs(ProgressinPolymerScience,2014,39(11),1908-1933)。Wang等利用机械混合和热压成型制备多层CNT/聚偏二氟乙烯隔离结构复合材料，当CNT含量为7wt％时，在相同厚度下，其电导率和SE可分别达至6Sm-1和30.9dB(CompositesPartA,2016,90,606-613)。就目前申请的专利和文献而言，隔离结构的构建主要是通过熔融法、机械混合、热压成型等(AdvancedFunctionalMaterials,2015,25(4),559-566；Nanotechnology2014,25(14),145705；Carbon2011,49(4),1094-1100)，其复杂的生产工艺不利于复合材料的商业应用。乳液技术由于其制备工艺简便环保成为构建隔离结构CPCs最有前景的制备方法。乳液颗粒形成排除体积，促使CNT分散在聚合物颗粒界面构建隔离的导电网络结构。为了防止加工过程中CNT在聚合物颗粒界面团聚，通常加入表面活性剂以优化其分散性。Grunlan等人将含有阿拉伯树胶作为稳定剂的SWCNT加入聚醋酸乙烯酯(PVAc)乳液中制备隔离结构SWCNT/PVAc复合材料。当CNT含量为4wt％时，复合材料电导率可达32Sm-1(Adv.Mater2004,16(2),150-153)。但是，绝缘性表面活性剂包裹在CNT的表面不可避免会影响复合材料的电导率。
技术实现思路
本专利技术提供一种高导电电磁屏蔽复合材料及制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术所采用的技术方案如下：一种高导电电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将CNT超声分散在水中并与WPU按比例共混；步骤二：将步骤一得到的混合溶液进行真空抽滤除水，制备的薄膜在烘箱中70℃下烘干2h即可得到CNT/WPU复合材料薄膜。通过上述技术方案，聚氨酯乳液颗粒促使CNT在其表面选择性分散并构建连续的导电网络隔离结构，实现CNT含量较低的情况下获得高电导率的CNT/WPU复合材料。采用真空抽滤制备复合材料薄膜，该工艺制备过程简便易行，且生产的复合材料具有优异的导电性能和机械性能。优选地，步骤一中CNT占CNT和WPU总量的比例为0.5wt％-20wt％。通过上述技术方案，CNT的混合比例较为合适，可以获得优良的导电率、电磁屏蔽性和弹性。优选地，步骤一中WPU指以水为溶剂的聚氨酯体系。通过上述技术方案，绿色环保且机械性能优异，WPU可以在水中形成乳液颗粒，乳液固体颗粒可促使CNT选择性在颗粒界面分散，形成隔离结构，提高导电填料利用效率。一种高导电电磁屏蔽复合材料，包括由上述制备方法获得的薄膜材料，包括CNT导电填料和WPU基体两种组分，CNT的含量为0.5wt％-20wt％。通过上述技术方案，由上述制备方法获得的CNT/WPU复合材料中聚氨酯乳液颗粒促使CNT在其表面选择性分散并构建连续的导电网络隔离结构，在CNT含量较低的情况下获得高电导率，具有优异的电磁屏蔽性能和机械性能。优选地，CNT的含量为10wt％。通过上述技术方案，因为CNT含量越多，材料的电磁屏蔽性越好，同时CNT含量越多，材料的杨氏模量越高，弹性越差，10wt％的CNT含量的CNT/WPU复合材料既有优良的电磁屏蔽性能，又有好的弹性。一种上述的高导电电磁屏蔽复合材料的应用，可应用在可穿戴电子领域。通过上述技术方案，上述制备的高导电电磁屏蔽复合材料既具有较强的电磁屏蔽性能，又有优异的机械性能，可应用在可穿戴电子领域。本专利技术的技术方案，相比现有技术，所产生的有益效果如下：本专利技术采用水溶性聚氨酯为聚合物基体，绿色环保且机械性能优异，乳液固体颗粒可促使CNT选择性在颗粒界面分散，形成隔离结构，提高导电填料利用效率。同时采用真空抽滤方法快速除水，减轻溶剂挥发过程中CNT的团聚，有利于低含量CNT在聚合物基体中搭建形成导电网络结构，获得高电学性能和机械性能的电磁屏蔽复合材料。由于制备过程中无表面活性剂，相比大多数文献报道的相同CNT含量下的复合材料体系，此材料具有更高的电导率和电磁屏蔽性能。同时其优异的机械性能使其在可穿戴电子领域展现潜在的应用。本专利技术工艺简单，无有机溶剂，无需复杂的器械设备，有利于商业化应用。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术的CNT/WPU复合材料薄膜的扫描电子显微镜图片；图2是本专利技术的CNT/WPU复合材料在不同CNT含量时的电导率曲线图；图3是本专利技术的CNT/WPU复合材料在不同CNT含量下的电磁屏蔽曲线图；图4是本专利技术的CNT含量的10wt％的CNT/WPU复合材料在不同厚度下的电磁屏蔽性能曲线图；图5是本专利技术的CNT/WPU复合材料的应力-应变曲线图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高导电电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将CNT超声分散在水中并与WPU按比例共混；步骤二：将步骤一得到的混合溶液进行真空抽滤除水，制备的薄膜在烘箱中70℃下烘干2h即可得到CNT/WPU复合材料薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种高导电电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将CNT超声分散在水中并与WPU按比例共混；步骤二：将步骤一得到的混合溶液进行真空抽滤除水，制备的薄膜在烘箱中70℃下烘干2h即可得到CNT/WPU复合材料薄膜。2.根据权利要求1所述的高导电电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中CNT占CNT和WPU总量的比例为0.5wt％-20wt％。3.根据权利要求1所述的高导电电磁屏蔽复合材料的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，赵玉辉，李慧，王佳欣，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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