[发明专利]以三维碳骨架为导电相的弹性体基宽频高阻尼复合材料及其制备方法

权利要求书

1.以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，该复合材料包括2-80重量份压电相，0.01-5重量份导电三维碳骨架，100重量份弹性体基体材料。

2.根据权利要求1所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，所述的压电相为压电陶瓷粉粉体、纤维，压电聚合物颗粒或者它们的混合；

所述的导电三维碳骨架是以三维结构石墨烯、三维结构碳纳米管或者二者按石墨烯与碳纳米管的质量比为10:1～1:1制得混合物自组装于多孔高分子骨架上制得，其中三维结构石墨烯、三维结构碳纳米管或者二者的混合物与所述多孔高分子骨架的质量比为0.01:1～1.5:1；

所述的弹性体基体材料包括环氧，聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯，各种橡胶及其IPN共聚物和共混物中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，所述的压电相包括压电常数较高的锆钛酸铅、铌酸钾钠、锡酸锌、偏氟乙烯。

4.一种如权利要求1～3中任一所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

(1)合成导电三维碳骨架

采用Hummers方法制备得到氧化石墨烯水溶液以及氧化碳纳米管，将质量浓度为2-8mg/ml的氧化石墨烯水溶液、氧化碳纳米管或石墨烯水溶液和氧化碳纳米管的混合水溶液超声30-60min，随后搅拌30-60min，加入水合肼，继续搅拌20-60min，加入多孔高分子骨架，多次挤压并且抽真空除泡15-30min，在50-95℃反应12h，取出，用去离子水清洗三遍，在50-100℃鼓风干燥箱烘干12-24h，制备得到三维结构碳骨架；

(2)三维碳骨架的表面修饰

将步骤(1)制得的三维结构碳骨架浸泡于浓度为0.8-1.5mg/mL的无水DMF溶液中，30-50℃反应18-32h，反应完成后，取出三维骨架，用无水THF清洗3-5 遍，烘干；

(3)压电相进行表面修饰

配制质量分数为10-30％的硅烷类偶联剂的乙醇溶液，取一定量的压电相，硅烷偶联剂用量为压电相的5-10wt％，磁力搅拌8-12小时，抽滤，用足量无水乙醇清洗3-5遍，120-150℃烘干2-8h；

(4)弹性体预聚物的制备

弹性体基体材料与弹性体溶液或者粘度较低的弹性体聚合物混合，得到弹性体预聚物；

(5)弹性体基压电阻尼复合材料的制备

将步骤(3)得到修饰后的压电相与步骤(4)得到的弹性体预聚物混合搅拌15min-60min，然后与步骤(2)所得修饰后三维碳骨架混合，反复挤压，在40-70℃，真空除气泡15-30min，随后升温至75-90℃加热反应4-8h，然后升温至110-130℃后熟化6-8h，固化成型，得到弹性体基压电阻尼复合材料。

5.根据权利要求4所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，步骤(1)所述的水合肼与前述氧化石墨烯水溶液、氧化碳纳米管或石墨烯水溶液和氧化碳纳米管的混合水溶液的体积比为0.120-0.480：20。

6.根据权利要求5所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，所述的多孔高分子骨架是指自身具有三维连通结构的聚合物三维骨架，包括商业聚氨酯泡沫或聚苯乙烯泡沫。

7.根据权利要求4所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，步骤(5)所得弹性体基压电阻尼复合材料降至室温，静置三天以上，进行熟化。

8.根据权利要求7所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，将熟化后的材料在50-70℃硅油中，4-8kv/mm直流极化30-60min。

9.根据权利要求4所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，步骤(4)所述的弹性体预聚物的制备中采用的弹性体溶液包括各种热塑性弹性体溶于其溶剂形成的均匀溶液；

所述的粘度较低的弹性体聚合物包括原位聚合过程中单体的混合物或者预聚物。

10.根据权利要求9所述的以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，步骤(4)所述的弹性体预聚物的制备中采用的弹性体溶液包括热塑性聚氨酯的二甲基甲酰胺溶液或聚苯乙烯的甲苯溶液；

所述的粘度较低的弹性体聚合物包括聚氨酯的预聚物，甲基丙烯酸甲酯单体与引发剂的混合物。