[發明專利]一種石墨烯復合纖維吸收劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710456507.1
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107419365B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 于名訊;王雯;郭宇;王明;宋宇華;劉玉鳳;張塬昆;徐勤濤;潘士兵
• 申請（專利權）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F1/10;C09K3/00;H05K9/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，涉及電磁波吸收材料技術，特別涉及石墨烯吸收劑技術。

背景技術

吸波材料是指能夠吸收、衰減入射電磁波的能量，并通過材料將電磁能快速轉換成熱能或其他能量形式的一類功能材料。傳統的鐵磁類吸收劑主要包括金屬微粉、鐵氧體等，這些材料存在密度大、結構設計困難、耐環境性差等問題，使其應用受到極大限制。碳纖維、多晶鐵纖維、碳化硅纖維等纖維類吸收劑，由于其具有獨特的電磁性能、密度小、添加量低等優點，已成為當前研究的熱點。石墨烯由于具有表面效應、量子尺寸效應、霍爾效應等獨特性能，且密度小易加工，近幾年來在吸波材料領域備受矚目。但單一損耗性的吸收劑難以同時調整介電常數和磁導率兩個決定性的參數，無法滿足吸波材料的要求。

相關石墨烯作為吸收劑的報道主要是將石墨烯表面負載磁性材料的片狀粉末吸收劑或將磁性材料與石墨烯直接復合制備多元石墨烯復合粉末吸收劑。

CN 105647468 A公開了一種基于石墨烯的吸波材料及其制備方法，采用球磨法將石墨粉體與鐵氧體、羰基鐵粉或超細金屬粉三種磁介質型材料中的其中一種或幾種摻雜，與干冰混合后在行星球磨機中研磨數小時，制備石墨烯復合吸收劑。此方法僅是將石墨烯和磁性材料機械混合，雖然可以增加吸收劑中石墨烯的含量，但其組分間界面效應明顯，不利于阻抗匹配。

CN101550003B公開了一種納米石墨烯基吸波復合材料及其制備方法，該材料首先采用電化學方法在石墨烯表面沉積金屬，再通過高溫氧化，將金屬轉化成氧化物，制備納米石墨烯/金屬氧化物吸波復合材料。此方法通過電化學方法可以使金屬氧化物顆?？朔缑嫘芎玫慕Y合在一起，但由于石墨烯尺寸較小，沉積其中的金屬氧化物含量較低，對吸收劑的磁損耗貢獻少。

CN 104690289 A公開了一種石墨烯-納米鎳吸波材料的制備方法，該方法通過溶劑熱法將納米鎳離子成功負載到石墨烯片層表面。同樣，此方法由于石墨烯尺寸限制，復合吸收劑磁損耗較小，不利于吸波材料的阻抗匹配。

上述復合吸收劑雖由石墨烯和磁性材料組成，并且磁性材料在一定程度上改善了石墨烯的吸波性能，但由于各功能成分之間電磁特性的差異，仍存在阻抗不匹配特性，導致吸收劑整體吸收頻帶窄，并且整體密度較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種兼具介電損耗、電損耗和磁損耗的石墨烯復合纖維吸收劑，同時提供其制備方法。

本發明的目的是這樣實現的，以碳纖維前軀體聚丙烯腈為載體，利用熱處理過程中聚丙烯腈分子鏈上的N、O、H活性元素與石墨烯材料中的含氧官能團與磁性材料的化學反應，使石墨烯、碳和磁性材料各功能成分產生化學鍵合，利用紡絲技術賦予吸收劑各向異性，結合纖維長徑比，提高吸收劑對電磁波的吸收能力。同時利用纖維內各功能成分的介電損耗、磁損耗、界面極化及空間極化有效提高吸收效率。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑，以聚丙烯腈基碳纖維為載體，纖維直徑介于5～30μm之間，密度不大于3.5g/cm³，物料有效組分的質量組成為：

石墨烯0.5～15份，

磁性材料1～25份，

聚丙烯腈100固體份；

采用濕法紡絲或干噴濕紡工藝、預氧化和碳化還原工藝成型；

所述石墨烯材料為石墨烯或氧化石墨烯；所述磁性材料為納米級鐵磁性金屬粉或其化合物中的至少一種。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑，有效物料成分的質量組成為：

石墨烯2～10份，

磁性材料5～15份，

聚丙烯腈100固體份。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑，有效物料成分的質量組成為：

石墨烯5～12份，

磁性材料10～20份，

聚丙烯腈100固體份。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑，纖維長徑比介于40～400之間。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑，所述聚丙烯腈樹脂為丙烯腈與共聚單體的共聚體系，共聚單體為衣康酸、丙烯酸、衣康酸胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸中的一種或其中幾種的混合體系。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑，所述聚丙烯腈為15wt％～30wt％的二甲基亞砜、二甲基乙酰胺或N'N二甲基甲酰胺溶溶液。

本發明涉及的石墨烯復合纖維吸收劑的制備方法，包括紡絲液制備、紡絲、預氧化處理與碳化還原過程，其特征在于：