[發明專利]一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202211057443.5
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115506156A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 馬忠雷;錢祎祎;封文卓;葉元茗;肖楓;曾彥翔
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: D06M15/59
• 分類號: D06M15/59;D06M15/37;D06M11/74;H05K9/00;D06M101/36
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 許志蛟

本發明公開了一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料，包括Ti₃C₂T_xMXene導電功能材料、纖維布增強材料與電加熱膜特種高分子基體。本發明還公開了上述柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料的制備方法，該方法制得的柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料具有發熱效率高、散熱條件好、表面功率密度高、電磁屏蔽性能優越、加工工藝簡單、成本低且柔韌性好等優點，可廣泛應用于航空航天、武器裝備、汽車工業、人工智能、電子通信和可穿戴電子設備等領域電加熱與電磁屏蔽系統。

技術領域

本發明屬于電加熱與電磁屏蔽復合材料制備技術領域，涉及一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料，本發明還設計上述復合材料的制備方法。

背景技術

電加熱材料是一種可實現瞬間電熱轉換的功能材料，具有加熱效率高、散熱條件好、表面功率密度高等優點，在航空航天、武器裝備、汽車工業、人工智能、電子通信和可穿戴電子設備等領域具有廣泛的應用價值。聚合物基柔性電加熱材料兼具柔性、易加工成型和耐化學腐蝕等優異性能，在電加熱領域具有重要的應用前景，能夠克服傳統無機電加熱膜和金屬電加熱膜電熱轉化效率低、加熱速率小、柔韌性較差、不易彎曲且制備工藝復雜的問題。此外，具有電磁屏蔽功能的電加熱材料在航空航天、武器裝備、汽車工業、人工智能、電子通信和可穿戴電子設備等領域也有重要的用途，不僅能夠保證精密電子元器件在低溫和電磁輻射環境下的正常運行，還能有效保護人體健康。

目前聚合物基柔性電加熱與電磁屏蔽復合材料主要以炭黑、石墨烯、碳納米管、金屬納米線、金屬顆粒和導電聚合物等為導電填料，以柔性聚合物(如聚烯烴、聚酯、聚乙烯醇、橡膠彈性體等)為基體復合而成，制備方法主要包括共混法、浸涂法、旋涂法、噴涂法、刮涂法和氣相沉積法等。導電填料對聚合物基柔性電加熱與電磁屏蔽復合材料發熱性能和電磁屏蔽性能的影響主要包括導電填料的用量和幾何特征(如形態、各向異性比、尺寸分布等)。例如一維納米材料(如金屬納米線、碳納米管)和二維納米材料(如石墨烯)具有極高的各向異性比和電導率，在新型聚合物基柔性電加熱和電磁屏蔽復合材料的開發中備受青睞。然而，上述常用聚合物基體的耐熱性和力學性能較低，大大限制了導電填料發熱潛力的發揮，難以達到高溫和高強度柔性電加熱與電磁屏蔽復合材料的應用需求。此外，所制備的復合材料電阻較大、施加電壓高、發熱溫度低、響應時間長且電磁屏蔽效能低，且聚合物與導電材料之間的相互作用較弱易造成導電材料脫落，從而影響電加熱與電磁屏蔽材料的發熱穩定性和使用壽命。

因此，目前急需在低導電材料含量下簡單有效地制備高柔性、低電壓、寬發熱溫度范圍、高電磁屏蔽效能且力學性能優異的聚合物基電加熱與電磁屏蔽復合材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料，該復合材料具有良好的柔性、寬的發熱溫度范圍、快速響應、高電磁屏蔽效能及優異的耐熱型和力學性能，滿足在航空航天、武器裝備、汽車工業、人工智能、電子通信和可穿戴電子設備領域電加熱與電磁屏蔽系統的應用。

本發明的另一目的是提供一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料的制備方法。

本發明所采用的第一種技術方案是，一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料，包括Ti₃C₂T_x MXene導電功能材料、芳綸纖維布與高分子聚酰亞胺。

本發明另一種技術方案的特點還在于：

Ti₃C₂T_x MXene導電功能材料是以200～400目的Ti₃AlC₂粉末作為原料，在鹽酸和氟化鋰混合溶液中制備而成，片層大小為100～300nm。

本發明所采用的第二種技術方案是，一種柔性高強度電加熱與電磁屏蔽復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：