[发明专利]一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00%～99.75%，碳纳米管4.00%～0.25%；制备方法如下：（1）CNT/UHMWPE导电复合粒子制备；（2）CNT/UHMWPE坯料制备；（3）坯料固相挤出；本发明利用CNT在UHMWPE微粒表面的选择性分布构建隔离结构，同时利用固相挤出提供的强流动场诱导UHMWPE基体相沿挤出方向高度取向，大幅增强力学性能，克服了常规隔离结构导电聚合物复合材料力学性能不足的问题；材料制备过程简单，无需任何高能超声设备和有机溶剂，容易实现工业化。

技术领域

本发明涉及导电聚合物复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

随着高频电子仪器以及通讯设备的广泛使用，电磁辐射污染日益严重，各种不同能量的电磁波对人类身体健康和精密电子仪器都会造成不同程度的危害，因此，需要更多先进的电磁屏蔽（EMI）材料来满足不同领域的应用；相比于传统金属材料，导电聚合物复合材料（CPCs）具有质轻、价廉、成型加工性好、耐腐蚀等优点，是一种极具应用前景的新型电磁屏蔽材料（J. M. Thomassin, et al. Materials Science and Engineering: R:Reports 2013, 74, 211-232.）；在CPCs材料中，采用高电导率的导电填料有利于改善CPCs的电磁屏蔽性能（MH Al-Saleh et al. Carbon, 2013, 60(12):146-156），其中，碳基纳米导电填料，如碳纳米管（CNT），石墨烯（GNS），碳纳米纤维（CNF）等，已被广泛使用；但碳基纳米导电填料由于极高的比表面积，在聚合物基体中容易发生团聚，通常需要较高的填料含量才能获得所需的电磁屏蔽效能（J. J. Liang, et al. Carbon, 2009, 47, 922-925）；例如，Al-Saleh等通过熔融共混制备了CNT/聚丙烯电磁屏蔽复合材料，当CNT含量为5 vol%时，电磁屏蔽效能仅有16 dB，达不到商业化产品所需最低标准（20 dB），当CNT含量增加到7.5 vol%，电磁屏蔽效能（EMI SE）达到34.8 dB（MH Al-Saleh, et al. Carbon 2009, 47,1738-1746）；Arjmand等报道了当CNT含量为5 wt%和10 wt%时，熔融法制备的CNT/聚苯乙烯导电复合材料的EMI SE分别为20 dB和35 dB（M Arjmand, et al. Carbon, 2012, 50(14):5126–5134）；虽然随着填料含量的上升，材料的电磁屏蔽性能有所上升，但过高的填料含量会增加材料生产成本，同时也会降低材料的加工性能和力学性能。

现有技术中，通过原位热还原方法制备了石墨烯/UHMWPE隔离结构复合材料，石墨烯含量为0.5 wt%时材料EMI SE可达21 dB（李忠明等，一种低逾渗石墨烯/高分子电磁屏蔽材料的制备方法：中国，201310000913.9）；但由于导电填料处于基体界面之间，严重影响基体粒子之间的粘结，导致隔离结构CPCs的力学性能较差，难以满足结构承重材料应用要求，限制了其应用。

发明内容

本发明提供一种力学性能好、工艺简单的具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种具有取向隔离结构的电磁屏蔽复合材料，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00%～99.75%，碳纳米管4.00%～0.25%。

进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.75%，碳纳米管0.25%。

进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99. 5%，碳纳米管0.5 %。

进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.0%，碳纳米管1.0%。

进一步的，其组分及质量百分比如下：超高分子量聚乙烯98.0%，碳纳米管2.0%。