一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，将再生碳纤维利用多巴胺聚合表面修饰方法，通过水热反应自组装金属有机框架和碳纳米管，碳化后得到均匀负载纳米磁性金属粒子@多孔碳的碳纳米管/再生碳纤维复合材料。将得到的复合材料在磁场条件下真空抽滤成膜，用树脂进行浸渍回填，热处理后得到柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料。再生碳纤维经过了高温裂解，比常规上浆碳纤维更适宜于表面处理及导电性能调控。与现有技术相比，本发明专利技术通过对废弃复合材料高温裂解回收的再生碳纤维进行高值功能再利用，有效调控了其取向控制、复合材料界面构造和电磁屏蔽效能。复合材料界面构造和电磁屏蔽效能。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电磁屏蔽
，具体涉及一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息时代的不断更迭，为了满足获取高速信息传输的要求，电磁波在信息传播中的应用范围实现了进一步拓展。随之而来的大量电磁波辐射污染对人类的生活环境，机密军事，商业，通讯等领域产生了许多负面影响。如何预防和减弱电磁辐射污染和干扰已经引起世界各国的广泛关注。当前所用到的电磁波辐射屏蔽材料主要包括两大类，反射类和吸收类。纳米结构碳材料具有丰富活性位点，高表面积和低密度，是良好的电磁波吸收材料；克服了常用金属电磁屏蔽材料密度大，特殊环境下易腐蚀等缺点。然而碳纤维，碳纳米管等碳材料具有低的磁导率，不能达到吸收电磁波以防止其二次污染的效果。且碳纤维表面光滑惰性，造成复合材料界面共价键缺乏，结合强度低；与其他基体复合时通常通过预处理、活化、粗化等方法改善其界面性能。表面处理通常包括氧化法、等离子体处理、γ射线处理法、表面金属化等；其中多巴胺自聚合反应条件温和，不影响改性基体结构，在基体表面构建绿色高效的功能化平台，是一种节能环保的表面修饰方法。
[0003]专利申请CN201911383063.9公开了一种改性碳纤维，利用多巴胺(DA)对填料进行表面改性，使得填料在液相中均匀分散、不团聚；再利用席夫碱反应原理使得填料高效且均匀地接枝在碳纤维表面；最后利用聚多巴胺在高温下碳化形成类石墨烯层结构的原理，对表面接枝了填料的碳纤维进行高温碳化处理，在此过程中碳纤维表面和填料表面的聚多巴胺转变成导电性优异的类石墨烯层碳化物，不但能够将填料牢靠的包覆在碳纤维表面，成为一体结构，而且还可明显改善碳纤维表面导电性能，对电磁波形成多种损耗机制，从而进一步增强最终获得的改性碳纤维的电磁屏蔽性能。但该专利采用共混方法添加填料，本专利技术中规则晶体结构自组装、碳化形成的磁性填料具有更高的均匀性、稳定性以及极化和磁化损耗。而且该专利中采用的原材料不是废弃回收的碳纤维，故本专利技术具有低成本的绿色环保重要意义。
[0004]碳纤维作为一种含碳量95％以上的高强度、高模量的新型纤维材料，具有高比强度、耐超高温、耐疲劳等特性，常被用作热固性或热塑性树脂复合材料的增强体；用于航空航天等国防领域，及汽车、电子器件等民用领域。然而由于纤维增强复合材料难以分解，一些废弃复合材料造成的环境污染与资源浪费现已成为了我国严重的环境、社会与经济问题。然而现有技术中，鲜有相关废弃回收碳纤维复合材料的界面构造和电磁屏蔽效能研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，可解决电磁波辐射污染，可解决现有电磁屏蔽材料吸收效应低、密度大、柔性低、易受腐蚀等不足，以及废弃碳纤维增强复合材料的回收再利用，调
控优化取向、界面。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将再生碳纤维利用多巴胺溶液浸泡的方法，制备包覆聚多巴胺层的再生碳纤维，得到多巴胺改性再生碳纤维，表面引入活性基团，改善再生碳纤维表面光滑惰性的情况，清洗干燥后得到多巴胺改性再生碳纤维；
[0008]利用多巴胺氧化聚合方法对碳纳米管表面进行修饰，得到包覆多巴胺层的碳纳米管，即多巴胺改性碳纳米管；
[0009]将表面活性剂、有机配体、多巴胺改性再生碳纤维、多巴胺改性碳纳米管、有机溶剂混合，加入金属盐溶液中，搅拌混合1
‑
2h，于反应釜中进行水热反应，反应结束后洗涤离心干燥，将得到的产物在保护气气氛中，于500℃至900℃之间高温碳化处理，制得均匀负载纳米磁性金属粒子@多孔碳的碳纳米管/再生碳纤维复合材料；
[0010]将得到的产物在磁场条件下进行真空抽滤成膜，用树脂进行浸渍回填，热处理后得到柔性再生回收碳纤维电磁屏蔽复合材料。
[0011]进一步地，所述的再生碳纤维为碳纤维复合材料高温裂解制备而成的短切再生碳纤维，或者将碳纤维复合材料高温裂解制备而成的再生碳纤维切短制成的短切再生碳纤维，长度为3
‑
8mm，表面呈惰性光滑状态，无上浆剂存在。
[0012]进一步地，所述的再生碳纤维进行多巴胺表面改性处理，其具体步骤为：
[0013](11)将三羟甲基氨基甲烷加入离子水溶解，得到三羟甲基氨基甲烷溶液，即Tris溶液，所述的Tris溶液浓度范围为10
‑
20mmol/L，滴加酸溶液调节pH值至8
‑
8.5；
[0014](12)使用步骤(11)配制的Tris溶液配制多巴胺溶液，将短切再生碳纤维在多巴胺溶液中浸泡后取出，所述的多巴胺溶液浓度范围为2
‑
4mg/mL，碳纤维浸泡时间为24
‑
48h；
[0015](13)用去离子水洗涤步骤(12)得到的反应产物多次至滤液无色澄清，离心后放置于真空烘箱中干燥，得到多巴胺改性再生碳纤维，所述的烘箱温度为50
‑
100℃，干燥时间为24
‑
36h。
[0016]进一步地，多巴胺改性碳纳米管的具体制备方法，步骤为：
[0017](21)将三羟甲基氨基甲烷加入离子水溶解，得到三羟甲基氨基甲烷溶液，即Tris溶液，所述的Tris溶液浓度范围为10
‑
20mmol/L，滴加酸溶液调节pH值至8
‑
8.5；
[0018](22)将碳纳米管加入溶剂中，超声分散均匀，所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，所述的溶剂为去离子水或酒精或两者的混合溶液；
[0019](23)在步骤(22)得到的混合溶液中加入质量多巴胺，然后加入步骤(21)得到的溶液，搅拌4
‑
8小时，配制多巴胺溶液，所述的多巴胺溶液质量浓度为1
‑
4mg/mL；
[0020](24)将步骤(23)得到的产物用去离子水洗涤多次至滤液无色澄清，离心后放置于真空烘箱中干燥，得到多巴胺改性碳纳米管，所述的烘箱温度50
‑
100℃，干燥时间24
‑
36h。
[0021]进一步地，均匀负载纳米磁性金属粒子@多孔碳的碳纳米管/再生碳纤维复合材料制备中采用的金属盐溶液为：镍盐和/或钴盐溶于有机溶剂中配制而成，其中镍盐、钴盐摩尔比为1：0、2：1、1：1、1：2或0：1。
[0022]进一步地，所述的镍盐、钴盐为硝酸盐或醋酸盐；
[0023]所述的有机溶剂为乙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或混合物。
[0024]进一步地，所述的有机配体为二甲基咪唑、对苯二甲酸、均苯三甲酸中的一种。表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮等。
[0025]进一步地，所述的水热反应温度为100
‑
150℃，水热反应时间为20<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将再生碳纤维利用多巴胺溶液浸泡的方法，制备包覆聚多巴胺层的再生碳纤维，得到多巴胺改性再生碳纤维；利用多巴胺氧化聚合方法对碳纳米管表面进行修饰，得到包覆多巴胺层的碳纳米管，即多巴胺改性碳纳米管；将表面活性剂、有机配体、多巴胺改性再生碳纤维、多巴胺改性碳纳米管、有机溶剂混合，加入金属盐溶液中，搅拌混合1
‑
2h，于反应釜中进行水热反应，反应结束后洗涤离心干燥，将得到的产物在保护气气氛中，于500℃至900℃之间高温碳化处理，制得均匀负载纳米磁性金属粒子@多孔碳的碳纳米管/再生碳纤维复合材料；将得到的产物在磁场条件下进行真空抽滤成膜，用树脂进行浸渍回填，热处理后得到柔性再生回收碳纤维电磁屏蔽复合材料。2.根据权利要求1所述的一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，所述的再生碳纤维为碳纤维复合材料高温裂解制备而成的短切再生碳纤维，或者将碳纤维复合材料高温裂解制备而成的再生碳纤维切短制成的短切再生碳纤维，长度为3
‑
8mm。3.根据权利要求1所述的一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，所述的再生碳纤维进行多巴胺表面改性处理，其具体步骤为：(11)将三羟甲基氨基甲烷加入离子水溶解，得到三羟甲基氨基甲烷溶液，即Tris溶液，所述的Tris溶液浓度范围为10
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20mmol/L，滴加酸溶液调节pH值至8
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8.5；(12)使用步骤(11)配制的Tris溶液配制多巴胺溶液，将短切再生碳纤维在多巴胺溶液中浸泡后取出，所述的多巴胺溶液浓度范围为2
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4mg/mL，碳纤维浸泡时间为24
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48h；(13)用去离子水洗涤步骤(12)得到的反应产物多次至滤液无色澄清，离心后放置于真空烘箱中干燥，得到多巴胺改性再生碳纤维，所述的烘箱温度为50
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100℃，干燥时间为24
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36h。4.根据权利要求1所述的一种柔性再生碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，多巴胺改性碳纳米管的具体制备方法，步骤为：(21)将三羟甲基氨基甲烷加入离子水溶解，得到三羟甲基氨基甲烷溶液，即Tris溶液，所述的Tris溶液浓度范围为10
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉洁，熊娟，李华，王铠丰，郑栖潭，王钰涵，刘河洲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：