一種微孔發泡聚醯亞胺基電磁屏蔽複合材料及其製備方法與流程

2023-07-12 05:28:11

本發明涉及聚醯亞胺材料領域，具體涉及一種微孔發泡聚醯亞胺基電磁屏蔽複合材料及其製備方法。

背景技術：

由於電磁汙染日漸嚴重，為了對電磁波進行最大限度的限制和防護，屏蔽能力優秀材料的開發就顯得尤為重要。目前，使用較多的屏蔽材料為金屬材料，金屬材料成型較為困難、質量較重、價格昂貴，作為屏蔽材料使用時有很大的局限性。

碳納米管(cnts)具有優秀的力學和電磁學特性，獨有的一維中空的管狀結構使其有很大的長徑比，作為吸波材料具有質量輕、電性能好、吸波頻帶廣等優點。碳納米管可以作為效果良好的吸波和電磁屏蔽材料，而碳納米管的優秀機械性能使其成為良好的複合材料添加物。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種微孔發泡聚醯亞胺基電磁屏蔽複合材料及其製備方法。

一種微孔發泡聚醯亞胺基電磁屏蔽複合材料，其製備首先採用水熱高溫高壓法用氫氧化鈉對碳納米管進行表面刻蝕處理，然後以均苯四甲酸酐、4,4』-二氨基二苯醚為原料，合成聚醯胺酸溶液，之後與表面刻蝕處理後的碳納米管分散混合，通過室溫球磨-攪拌處理，將聚醯胺酸溶液均勻包覆在碳納米管表面，再將混合液固化後採用相分離法進行微孔發泡處理，最後熱醯亞胺化得到電磁屏蔽複合材料。

具體步驟如下：

（1）碳納米管的表面刻蝕處理：

將8-18重量份碳納米管浸入到0.5mol/l氫氧化鈉溶液中，加入0.2-0.8份n』n-二甲基甲醯胺和0.1-0.4份曲拉通x-100，磁力攪拌30-40分鐘後，轉入聚四氟乙烯高壓反應釜中，在160-180℃反應8-10小時，抽濾，用蒸餾水多次洗滌至濾液為中性，乾燥得到經表面刻蝕處理的碳納米管；

（2）聚醯胺酸溶液的製備：

稱量30-40份3,5-雙（4-氨基苯氧基）苯甲酸置於三角燒瓶中，加入200-320份n-甲基吡咯烷酮，在氮氣保護下，於23-28℃下劇烈機械攪拌直至3,5-雙（4-氨基苯氧基）苯甲酸完全溶解，然後將32-48份二苯醚四羧酸二酐分三批加入並保持劇烈攪拌，每批間隔25-35分鐘，隨著均苯四甲酸酐不斷溶解，體系粘度逐漸增大，待其全部溶解後繼續攪拌2-3小時，得到粘稠的聚醯胺酸溶液；

（3）球磨混合：

將上述經表面刻蝕處理的碳納米管加到120-210份n-甲基吡咯烷酮中，超聲2-3小時，得到均勻的分散液，將其添加到上述聚醯胺酸溶液中，將混合液置於帶有攪拌功能的球磨罐中混合，球磨時間3-10小時，每球磨10-40分鐘停機進行間歇攪拌，得到聚醯胺酸/碳納米管混合溶液；

（4）將上述混合溶液均勻地塗覆於潔淨的玻璃板上，並置於溼度約為70%的空氣中，待溶液固化後將其浸泡於流動的清水中1-2天，之後將其轉入鼓風烘箱中在100℃條件下預乾燥除去水分，然後採取階梯升溫方式進行熱醯亞胺化處理，即得。

其中，所述步驟（3）中球磨機的轉速為200-400轉/分鐘。

其中，所述步驟（4）中熱醯亞胺化處理工藝具體如下：分別於80℃、100℃、200℃保溫1小時，300℃保溫2小時進行梯度升溫處理。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

（1）本發明將表面刻蝕處理後的碳納米管與聚醯胺酸溶液混合，通過球磨-攪拌工藝處理，明顯優於傳統的機械攪拌法，使納米碳納米管更均勻地分散在聚醯亞胺材料中，有利於碳納米管在聚醯亞胺基料中形成導電網絡，從而有效提高電磁屏蔽效能，同時經刻蝕處理，有效增大了碳納米管的比表面積和孔洞，使得複合材料內部具有良好的多孔結構，對電磁波具有良好吸收性能。

（2）本發明中利用n-甲基吡咯烷酮與水互溶的原理用水置換出殘留在材料內部的n-甲基吡咯烷酮溶液，使用水蒸汽誘導相分離法對複合材料進行微孔發泡，製得材料中孔結構均勻、形貌規整，有助於提高材料的電磁屏蔽性能。

具體實施方式

一種微孔發泡聚醯亞胺基電磁屏蔽複合材料，其製備首先採用水熱高溫高壓法用氫氧化鈉對碳納米管進行表面刻蝕處理，然後以均苯四甲酸酐、4,4』-二氨基二苯醚為原料，合成聚醯胺酸溶液，之後與表面刻蝕處理後的碳納米管分散混合，通過室溫球磨-攪拌處理，將聚醯胺酸溶液均勻包覆在碳納米管表面，再將混合液固化後採用相分離法進行微孔發泡處理，最後熱醯亞胺化得到電磁屏蔽複合材料。

具體步驟如下：

（1）碳納米管的表面刻蝕處理：

將12重量份碳納米管浸入到0.5mol/l氫氧化鈉溶液中，加入0.6份n』n-二甲基甲醯胺和0.3份曲拉通x-100，磁力攪拌30分鐘後，轉入聚四氟乙烯高壓反應釜中，在170℃反應8小時，抽濾，用蒸餾水多次洗滌至濾液為中性，乾燥得到經表面刻蝕處理的碳納米管；

（2）聚醯胺酸溶液的製備：

稱量40份3,5-雙（4-氨基苯氧基）苯甲酸置於三角燒瓶中，加入280份n-甲基吡咯烷酮，在氮氣保護下，於25℃下劇烈機械攪拌直至3,5-雙（4-氨基苯氧基）苯甲酸完全溶解，然後將45份二苯醚四羧酸二酐分三批加入並保持劇烈攪拌，每批間隔30分鐘，隨著均苯四甲酸酐不斷溶解，體系粘度逐漸增大，待其全部溶解後繼續攪拌3小時，得到粘稠的聚醯胺酸溶液；

（3）球磨混合：

將上述經表面刻蝕處理的碳納米管加到180份n-甲基吡咯烷酮中，超聲3小時，得到均勻的分散液，將其添加到上述聚醯胺酸溶液中，將混合液置於帶有攪拌功能的球磨罐中混合，球磨時間8小時，每球磨30分鐘停機進行間歇攪拌，得到聚醯胺酸/碳納米管混合溶液；

（4）將上述混合溶液均勻地塗覆於潔淨的玻璃板上，並置於溼度約為70%的空氣中，待溶液固化後將其浸泡於流動的清水中1天，之後將其轉入鼓風烘箱中在100℃條件下預乾燥除去水分，然後採取階梯升溫方式進行熱醯亞胺化處理，即得。

其中，所述步驟（3）中球磨機的轉速為400轉/分鐘。

其中，所述步驟（4）中熱醯亞胺化處理工藝具體如下：分別於80℃、100℃、200℃保溫1小時，300℃保溫2小時進行梯度升溫處理。