[发明专利]一种柔性碳纳米管/天然橡胶电磁屏蔽复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性导电聚合物复合材料领域，特别涉及柔性碳纳米管(以下简称CNT)/天然橡胶(以下简称NR)电磁屏蔽复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，柔性电子器件由于其优异的可弯曲和易折叠特性受到了极大关注，广泛应用于可穿戴设备、柔性显示器及电子纺织品等领域。然而其使用过程中所产生电磁辐射污染不仅影响设备使用性能，而且损害身体健康。弹性导电复合材料因其具有密度小、易加工、耐腐蚀及成本低等优势，已成为目前极具应用前景的新型电磁屏蔽材料(何和智,等.塑料工业2008,36,1-5；张东升,等.材料导报2009,23,13-19；徐勤涛,等.工程塑料应用2010,38,82-85)。此外，其优异的可拉伸性和柔韧性对于可弯曲、可折叠柔性电子器件的电磁屏蔽保护至关重要(M.Chen,etal.Nanoscale2014,6,3796-3803.)。但是在工业生产中，采用常规熔融手段所制备的弹性导电复合材料由于填料的团聚作用往往需添加较高的导电填料才能满足屏蔽要求。高含量导电填料将带来复合材料成本增加、加工性能变差、力学性能下降等问题。相比炭黑、石墨、碳纤维等导电填料，CNT由于其极大的长径比和优异的电导率在弹性导电复合材料领域受到广泛关注(D.Ponnamma,etal.J.Mater.Chem.C2014,2,8446-8485.)。但是，CNT存在较强的范德华力导致其在聚合物基体中难以均匀分散在一定程度上降低了其利用效率。Joseph等通过溶液混合的方法制备了CNT/丁腈橡胶，CNT重量含量为7.4％时，屏蔽效能仅达到13dB(N.Joseph,etal.Compos.Sci.Technolo.2014,101,139-144.)，无法满足电磁屏蔽材料使用基本要求(20dB)。

相比于碳纳米粒子随机分布体系，调控碳纳米粒子的分布状态使其选择性分布于聚合物基体微粒界面处，即构建具有隔离结构的导电复合材料，能够明显提高碳纳米粒子在整个体系中的有效使用浓度和搭接效率，从而获得更低的导电逾渗值和更高的电导率(H.Pang,etal.Prog.Polym.Sci.2014,39,1908-1933.)。高电导率的获得有利于隔离结构导电复合材料在电磁屏蔽领域的应用。Gelves等制备了铜纳米线/聚苯乙烯隔离结构导电高分子复合材料，发现在填料重量含量为10.0％时复合材料就可以具备优异的电磁屏蔽性能(G.A.Gelves,etal.J.Mater.Chem.2011,21:829-836.)。在我们之前申请的专利中，通过原位热还原方法制备了石墨烯/超高分子量聚乙烯隔离结构复合材料，石墨烯重量含量为1.0％时材料屏蔽效能可达21dB。然而，常规隔离结构高分子导电复合材料局限于聚苯乙烯或超高分子量聚乙烯等刚性复合材料电磁屏蔽性能的研究，复合材料柔韧性很差，难以在可折叠、可弯曲电子器件电磁屏蔽保护领域得到应用。

目前有关柔性导电高分子复合材料的专利并不多，而利用乳液法构建具有隔离结构的柔性CNT/NR电磁屏蔽复合材料更是未见报道。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是探寻一种柔性碳纳米管/天然橡胶电磁屏蔽复合材料的制备方法，并使之具有制备过程简单，工艺易于掌握，无需任何有机溶剂，生产成本低，容易实现大批量生产的特点，且生产的复合材料具有良好的柔韧性、电学性能以及电磁屏蔽性能。

本发明通过如下手段实现。

一种柔性碳纳米管/天然橡胶电磁屏蔽复合材料的制备方法，复合材料主要原料按重量份计构成如下：

其制备步骤如下：

(1)原料干燥：将平均直径9.5nm，平均长度1.5μm的CNT在80℃烘箱中干燥，直到水分重量含量低于0.01％；

(2)CNT悬浮液制备：将步骤(1)中干燥后的CNT和去离子水按质量比1:200～1:400配成悬浮液，加入重量为CNT2倍的CTAB，超声搅拌制备均匀分散的CNT悬浮液；

(3)CNT/NR复合粒子制备：将NR乳液加入步骤(2)中制备的CNT悬浮液中，通过超声搅拌均匀，然后在温度为60℃加入DCP继续搅拌10分钟，得到的CNT/NR溶液，在60℃的烘箱中干燥，直到水分重量含量低于0.01％；

(4)压制成型：将步骤(3)制备的CNT/NR复合粒子在150～170℃预热5分钟，然后在10MPa压力下热压20分钟，最后在10MPa压力下冷却至室温，得到目标产品。