[發明專利]一種柔性電磁屏蔽復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710207900.7
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107163333A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李怡珂;賈利川;鄢定祥
• 申請（專利權）人: 四川省成都市樹德中學
• 主分類號: C08L19/00
• 分類號: C08L19/00;C08K7/24;H05K9/00
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙)51238
• 代理人: 黎祖琴

技術領域

本發明屬于柔性導電聚合物復合材料領域，具體涉及一種柔性電磁屏蔽復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球汽車工業的快速發展，全世界每年有1700萬噸廢舊的輪胎橡膠產生，且呈逐年遞增趨勢，這給生態環境帶來了比白色污染更嚴重的黑色污染。輪胎橡膠具有三維交聯結構，導致其廢棄后長期不能自然降解，并且難以直接循環加工利用，因此，如何對廢棄輪胎橡膠進行有效回收利用已成為學術界和工業屆普遍關注的問題(周興平，等.中國發明專利,CN201310680159.8)。廢舊輪胎橡膠可通過脫硫得到再生膠以重復環利用，但脫硫過程能耗大，且容易造成二次污染。相比脫硫制備再生膠，將廢舊輪胎橡膠經粉碎加工處理而得到廢棄橡膠膠粉(以下簡稱GTR)填充到聚合物制備復合材料是一種更加有效的實現廢舊輪胎回收的方法。然而，GTR/聚合物復合材料的附加值不高，且GTR的加入會明顯降低聚合物本身的物理機械性能。如10份GTR加入到聚乙烯基體中使復合材料強度和斷裂伸長率相比聚乙烯分別下降了13％和16％(Sonnier,et al.Polymer degradation and stability 2006,91,2375-2379)。目前GTR低效利用很大程度上影響橡膠綜合利用率，如何提高GTR利用價值是急需解決的難題。

近年來，柔性電子器件因其獨特延展性及高效、低成本制造工藝，廣泛應用于可穿戴設備、柔性顯示器及電子紡織品等領域。然而其使用過程中產生的電磁輻射不僅影響設備使用性能，還會對人體及生態環境產生危害(張東升,等.材料導報2009,23,13-19)。以橡膠為聚合物基體的導電復合材料即具有橡膠優異的拉伸性和柔性、低密度、低成本和耐化學腐蝕，也具有導電填料高的電導率和電磁屏蔽性能，有望作為柔性電磁屏蔽材料以防止電磁輻射。但常規橡膠基導電復合材料中導電填料隨機分布于橡膠基體，因此往往需要較高的填料含量 (重量含量15％)方能滿足電磁屏蔽材料基本使用要求，即電磁屏蔽效能(EMI SE)達到20dB。提高導電填料含量能使復合材料獲得更好電磁屏蔽效果，但高含量導電填料會帶來成本增加、力學性能和加工性能劣化等問題，尤其造成復合材料延展性變差，難以滿足柔性電子器件領域的電磁輻射防護要求。

“隔離結構”導電網絡的形成有利于增加導電填料的有效濃度，構建高效導電通路，進而提高導電復合材料電導率和EMI SE(代坤，等.高分子通報2013,6,10-17)。如Gelves等制備了銅納米線/聚苯乙烯“隔離結構”復合材料，研究發現在銅納米線重量含量為13％時復合材料EMI SE可達到38dB(Gelves,et al.Journal of Materials Chemistry 2011,21,829-836.)。近期研究工作中，有學者將將碳納米管和石墨烯填充到超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乳酸中，也成功構建了“隔離結構”導電網絡，獲得了優異的電磁屏蔽性能(Yan, et al.Nanotechnology 2014,25,145705-145709；Jia,et al.Journal of Materials Chemistry C 2015,3,9369-9378；Cui,et al.ACS Sustainable Chemistry&Engineering,2016,4,4137-4145)。遺憾的是，目前具有“隔離結構”的電磁屏蔽復合材料多以剛性聚合物為基體，盡管在低導電填料含量下具有較好屏蔽效果，但柔性較差，難以在要求可折疊或可彎曲的電子器件領域得到應用。在近期報道的專利中(鄢定祥，等.中國發明專利,CN201510557776.8)，將CNT與天然橡膠乳液超聲混合，通過壓制成型制備了“隔離結構”CNT/天然橡膠柔性電磁屏蔽復合材料，在CNT重量含量為5.0％時復合材料EMI SE可達44.5dB。然而，該復合材料在使用CNT做功能填料和天然橡膠做基體外，還需使用添加額外表面活性劑和硫化劑，且制備過程中需要使用高能超聲設備才能使CNT達到均勻分布狀態，此外，還需用到真空干燥設備。

因此，本領域亟需一種制備方法簡單且性能優異的柔性電磁屏蔽復合材料。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的之一在于提供一種柔性電磁屏蔽復合材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

(1)按重量百分比，準備如下材料：廢棄橡膠膠粉95-99.9％、碳納米管0.1～5％；所述碳納米管的平均直徑為9.5nm，平均長度為 1.5μm；

(2)將所述碳納米管干燥至水分低于0.01％；