一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，具体为：将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；再将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；最后采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。石墨烯纳米片包裹纳米海绵，形成了导电网络多孔结构，能够通过电损耗衰减电磁波。由于热塑性聚氨酯层的保护和纳米海绵的固有弹性，制备的复合材料即使经受剧烈的物理、化学损伤和长期压缩循环，仍然具有优异的电磁屏蔽性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法。
技术介绍
当下迫切需要高性能的电磁屏蔽干扰材料，以消除电子设备蓬勃发展带来的日益严重的电磁辐射，电磁辐射会对人体健康和电子设备造成不利影响。虽然金属因优异的导电性而被认为是最好的电磁屏蔽材料，但易氧化、易腐蚀、密度高、加工成本高且环境污染等缺点严重制约了其应用。近年来，导电聚合物复合材料以其耐腐蚀性、设计灵活性、易加工、低密度等优点，特别是高吸波性能，被认为是最有前景的电磁屏蔽材料。通常情况下，导电聚合物复合材料需要大量的填料才能获得令人满意的电磁屏蔽性能，这极大地牺牲了它们的机械、加工性能。因此，在低填充量下获得高效的电磁屏蔽干扰材料具有重要的意义。要解决这一问题，一种策略是在导电聚合物复合材料中构建三维导电网络。石墨烯由于其高导电性和大纵横比，是构建这种导电网络的理想填料。然而，目前常用的制备方法，如电沉积、化学气相沉积、超临界CO2发泡等，工艺复杂且耗时，难以满足大规模生产的需求。同时，由于碳材料的压缩性和弹性较差，很难合成稳固3D结构，其在压缩时易于坍塌和变形，这严重的限制了进一步实际的应用。因此，开发简单、经济、具有高效的电磁屏蔽性能和抗变形能力的三维电磁屏蔽材料，仍是一项任重道远的任务。近年来，市场上可获得的泡孔材料，如纳米海绵、聚氨酯泡沫和三聚氰胺泡沫，因其相互连通的三维骨架和开放孔隙结构而受到科学界和工业界的极大关注。由于其本身的多孔结构，这些低成本的泡沫可以作为模板，通过更简单的方法制备出性能较好的3D导电网络。电磁屏蔽材料不仅要追求优异的电磁屏蔽性能，还要考虑各种复杂环境的要求。因此，使填料在薄的厚度下均匀分布形成稳固的导电网络，以获得优异的电磁屏蔽性能是目前的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，解决了现有多孔材料电磁屏蔽性差的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，在常温下下搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；步骤2、将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干使溶剂完全蒸发，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；步骤3，采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。本专利技术的特点还在于，步骤1中，石墨烯纳米片与去离子水的质量比为1：100；超声时间为30min-1h。步骤2中，烘干温度为60-70℃，烘干时间为10min-30min；长方体型的纳米海绵的大小为22.58mm*10.14mm*2mm。步骤2中，超声分散的次数为1-3次；每次超声分散的时间均为30min-1h。步骤3中，具体为：将热塑性聚氨酯溶液滴覆在石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的上表面，通过自然渗透使其进入到纳米海绵材料内部，即可得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。热塑性聚氨酯溶液由质量比为1：9的热塑性聚氨酯颗粒和水混合而成；热塑性聚氨酯溶液与石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的质量比为250：1。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法中，利用石墨烯纳米片的导电性对电磁波进行一个电损耗，增加其电磁屏蔽性能。同时，利用纳米海绵的多孔结构，降低界面的阻抗匹配，从而使电磁波更好的进入到复合材料内部；利用内部多孔结构，对电磁波进行多次反射和散射，从而提高复合材料的电磁屏蔽性能；石墨烯纳米片包裹纳米海绵，形成了导电网络多孔结构，能够通过电损耗衰减电磁波。最后，由于热塑性聚氨酯层的保护和纳米海绵的固有弹性，制备的复合材料即使经受剧烈的物理、化学损伤和长期压缩循环，仍然具有优异的电磁屏蔽性能。另外，该方法制备工艺简单，操作快捷，生产成本低。附图说明图1为本专利技术中的纳米海绵的SEM图；图2为实施例1制备得到的石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的低倍率SEM图；图3为实施例1制备得到的石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的高倍率SEM图；图4为实施例2制备得到的石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的低倍率SEM图；图5为实施例2制备得到的石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的高倍率SEM图；图6为实施例3制备得到的石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的低倍率SEM图；图7为实施例3制备得到的石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的高倍率SEM图；图8为实施例1制备得到的聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的SEM图；图9为实施例2制备得到的聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的SEM图；图10为实施例3制备得到的聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的SEM图；图11为实施例1-3制备得到的复合材料的电导率和电阻随超声循环的变化图；图12为实施例1-3制备得到的复合材料的吸收效率与超声循环次数的函数柱状图；图13为实施例3制备得到的复合材料在100次压缩-释放循环前后的EMISE图。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，在常温下下搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；石墨烯纳米片的平均厚度小于30nm，比表面积60m2/g，由厦门科纳石墨烯有限公司提供；石墨烯纳米片与去离子水的质量比为1：100；超声时间为30min-1h；步骤2、将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干使溶剂完全蒸发，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；纳米海绵由北京科林美高科技材料有限公司提供；烘干温度为60-70℃，烘干时间为10min-30min；超声分散的次数为1-3次；每次超声分散的时间均为30min-1h；长方体型的纳米海绵的大小为22.58mm*10.14mm*2mm；步骤3，采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料；具体为：将热塑性聚氨酯溶液滴覆在石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的上表面，通过自然渗透使其进入到纳米海绵材料内部，从而使热塑性聚氨酯将负载石墨烯纳米片的纳米海绵材料包裹起来，防止石墨烯纳米片脱落，即可得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料；热塑性聚氨酯溶液由质量比为1：9的热塑性聚氨酯颗粒和水混合而成；热塑性聚氨酯溶液与石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的质量比为250：1；热塑性聚氨酯颗粒硬度为S58A，密度为1.21g/cm3，由德国路德维希港巴斯夫集团提供。实施例1本专利技术一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，在常温下下搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；/n步骤2、将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干使溶剂完全蒸发，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；/n步骤3，采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，在常温下下搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；
步骤2、将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干使溶剂完全蒸发，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；
步骤3，采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，石墨烯纳米片与去离子水的质量比为1：100；超声时间为30min-1h。


3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，烘干温度为60-70℃，烘干时间为10min...

【专利技术属性】
技术研发人员：任芳，卢震霞，伏柏桥，郭铮铮，任鹏刚，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61