CN110128825B - 聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料及其制备方法，属于聚合物基功能复合材料技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种力学性能较好的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。该复合材料由以下重量份的组分制备而成的具有双逾渗结构的复合材料：聚苯硫醚60～90份，聚芳硫醚砜10～40份，石墨烯纳米片0.5份～3份。本发明通过导电填料的分布结构设计，结合聚苯硫醚自身优异的综合性能，采用特定的原料，特定的配比，得到力学性能和电磁屏蔽性能皆优的高性能特种工程树脂基电磁屏蔽复合材料，彻底解决了导电高分子屏蔽材料力学性能差，难以应用于高温、强腐蚀等恶劣环境中的难题。且该材料的制备工艺简单，成本较低，易于实现，适用于大规模工业化生产。

Description

聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料及其制备方法，属于聚合物基功能复合材料技术领域。
背景技术
现代电子电器和通信设备的迅速发展，虽然给人们的生活带来了无尽的便利，但同时也造成了严重的电磁辐射。电磁辐射不仅对电器设备造成干扰，同时也威胁着人类的生活环境甚至身体健康。因此，电磁屏蔽材料的研究与开发已成为学术界和工业界日益重视的研究课题。导电高分子复合材料与传统的金属基电磁屏蔽材料相比具有加工性能好、重量轻、耐腐蚀、屏蔽性能可以调控等优点，已成为一种具有广阔应用前景的新型电磁屏蔽材料。
聚苯硫醚作为第一大特种工程树脂，具备力学性能好，耐溶剂性极佳，耐热性和阻燃性能优良，成型加工性能良好等诸多优异性能。而聚芳硫醚砜作为聚苯硫醚的链结构改性产物，同样具备与聚苯硫醚相似的优异性能。目前导电高分子屏蔽材料的制备主要基于通用塑料，工程塑料以及一些非石油基聚合物，聚合物基体自身的性能限制了其应用领域。如何利用具备优异综合性能的聚合物基体制备高性能聚合物基导电高分子屏蔽材料，拓宽其应用领域，使其能够应用于高温、强腐蚀等恶劣环境，是目前聚合物基屏蔽材料的重点发展方向。
到目前为止，能够使导电高分子屏蔽材料兼具良好的力学性能和电磁屏蔽性能的有效手段之一就是在聚合物基体中构建双逾渗结构导电网络，即将导电填料选择性地分布于不相容的两相聚合物共混体系中的某一相，先在该相中完成一次导电网络的搭建，即完成第一次逾渗过程；而后导电填料与其所在相共同在剩余的另一相聚合物中再构建一次导电网络，即完成了第二次逾渗过程，最终在基体中形成了双逾渗结构导电网络。
申请号为201810236859.0的发明专利公开了一种三相双逾渗电磁屏蔽材料及其制备方法。该电磁屏蔽材料包括以下重量份数比例成分制成：ABS30～50份、PA6640～70份、镀银碳纤维7～20份、增塑剂0.5～1份、增溶剂2～4份、抗氧剂0.5～1份；其中，镀银碳纤维是将碳纤维采用无极镀银方式表面镀上厚度1～500nm银层的碳纤维。该专利虽然设计制备双逾渗结构的材料，但是，该材料的原料复杂，镀银碳纤维的成本较高，需要添加增塑剂、增溶剂等，且制备工艺复杂，从而造成材料的成本较高。此外，该材料的拉伸强度均35MPa以下，力学性能有待进一步提高。
发明内容
针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种力学性能较好的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。
本发明聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料，是由以下重量份的组分制备而成的具有双逾渗结构的复合材料：聚苯硫醚60～90份，聚芳硫醚砜10～40份，石墨烯纳米片0.5份～3份。
作为优选方案，该聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料由以下重量份的组分制备而成：聚芳硫醚砜10份，石墨烯纳米片3份，聚苯硫醚颗粒90份。
本发明还提供本发明所述的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料的制备方法。
本发明聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a、石墨烯纳米片分散于聚芳硫醚砜中，得到导电逾渗相；再将该导电逾渗相包覆于聚苯硫醚颗粒表面，得到复合颗粒；
b、复合颗粒热压成型，得到聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。
优选的，聚苯硫醚颗粒粒径为240～265μm。
优选的，a步骤的分散和包覆均在溶剂中进行，然后除去溶剂，得到复合颗粒。
作为优选方案，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选的，a步骤具体操作为：将聚芳硫醚砜、石墨烯纳米片以及溶剂混合，搅拌并加热使聚芳硫醚砜溶解，形成两者的混合物，后加入聚苯硫醚搅拌0.5～3h，然后去除溶剂，得到复合颗粒。
作为优选方案，加热温度为80～150℃。
优选的，b步骤的热压成型方法如下：270～290℃，5～10MPa下热压5～15min成型。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过导电填料的分布结构设计，结合聚苯硫醚自身优异的综合性能，采用特定的原料，特定的配比，得到力学性能和电磁屏蔽性能皆优的高性能特种工程树脂基电磁屏蔽复合材料，彻底解决了导电高分子屏蔽材料力学性能差，难以应用于高温、强腐蚀等恶劣环境中的难题。且该材料的制备工艺简单，成本较低，易于实现，适用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料的导电网络形貌。
图2为实施例4中不同石墨烯纳米片含量的复合材料的拉伸性能。
具体实施方式
本发明聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料，是由以下重量份的组分制备而成的具有双逾渗结构的复合材料：聚苯硫醚60～90份，聚芳硫醚砜10～40份，石墨烯纳米片(简写为GNPs)0.5份～3份。
本发明聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料，以聚苯硫醚作为隔离相基体，聚芳硫醚砜作为导电填料石墨烯纳米片的载体，将导电填料选择性地分散于聚芳硫醚砜中，再与聚苯硫醚基体相结合形成双逾渗结构，这样在极低的导电填料用量下就能赋予复合材料优异的电磁屏蔽性能，可以显著降低成本。并且与传统的聚合物基电磁屏蔽复合材料相比该复合材料不仅电磁屏蔽性能好，而且力学性能优异，彻底解决了导电高分子屏蔽材料力学性能差，难以应用于高温、强腐蚀等恶劣环境中的难题。
优选的，本发明聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料是由以下重量份的组分制备而成的具有双逾渗结构的复合材料：聚芳硫醚砜10份，石墨烯纳米片3份，聚苯硫醚颗粒90份。
本发明聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a、石墨烯纳米片分散于聚芳硫醚砜中，得到导电逾渗相；再将该导电逾渗相包覆于聚苯硫醚颗粒表面，得到复合颗粒；
b、复合颗粒热压成型，得到聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。
本发明方法，通过将石墨烯纳米片分散于聚芳硫醚砜相中，两者形成导电逾渗相，再将该逾渗相包覆于聚苯硫醚颗粒表面，最后通过热压成型制备具有双逾渗结构的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。其制备方法简单易行，且制备得到的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料的力学性能和电磁屏蔽性能皆优。
为了便于包覆以及后续的热压成型，优选的，聚苯硫醚颗粒粒径为240～265μm，更优选所述聚苯硫醚颗粒的粒径为245～260μm。
优选的，a步骤的分散和包覆均在溶剂中进行，然后除去溶剂，得到复合颗粒。这样，可以使分散和包覆更加均匀，提高聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料的性能。
本领域常用的能溶解聚芳硫醚砜的有机溶剂均适用于本发明。优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。优选N-甲基吡咯烷酮的用量为100～400重量份。
作为优选方案，a步骤具体操作为：将聚芳硫醚砜、石墨烯纳米片以及溶剂混合，搅拌并加热使聚芳硫醚砜溶解，形成两者的混合物，后加入聚苯硫醚搅拌0.5～3h，然后去除溶剂，得到复合颗粒。
加热主要是为了加速聚芳硫醚砜的溶解，因此，对加热温度没有特殊的要求，优选的，加热温度为80～150℃。
b步骤是将该复合颗粒热压成型，得到聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。优选的，b步骤的热压成型方法如下：270～290℃，5～10MPa下热压5～15min成型。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
将10重量份聚芳硫醚砜，3重量份石墨烯纳米片和溶剂100重量份N-甲基吡咯烷酮加入搅拌器中，在120℃下搅拌溶解，后加入90重量份聚苯硫醚颗粒，搅拌2h，去除溶剂后得到聚芳硫醚砜和石墨烯纳米片包覆的聚苯硫醚复合颗粒。后将复合颗粒在275℃，8MPa的条件下，热压10min成型，得到的聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料具备完善的双逾渗结构导电网络以及优异的力学性能和电磁屏蔽性能，其双逾渗结构导电网络形貌图见图1，从图1中可以看出完善的双逾渗结构导电网络。测定其拉伸强度、电导率和电磁屏蔽效能，其拉伸强度为63.5MPa，电导率为73.6S/m，电磁屏蔽效能高达52.5dB。
实施例2
将40重量份聚芳硫醚砜，3重量份石墨烯纳米片和溶剂400重量份N-甲基吡咯烷酮加入搅拌器中，在150℃下搅拌溶解，后加入60重量份聚苯硫醚颗粒，搅拌3h，去除溶剂后得到聚芳硫醚砜和石墨烯纳米片包覆的聚苯硫醚复合颗粒。后将复合颗粒在290℃，5MPa的条件下，热压15min成型，得到的复合材料具备完善的双逾渗结构导电网络以及优异的力学性能和电磁屏蔽性能，其拉伸强度为62.7MPa，电导率为48.7S/m，电磁屏蔽效能为47.6dB。
实施例3
将20重量份聚芳硫醚砜，0.5重量份石墨烯纳米片和溶剂200重量份N-甲基吡咯烷酮加入搅拌器中，在80℃下搅拌溶解，后加入80重量份聚苯硫醚颗粒，搅拌0.5h，去除溶剂后得到聚芳硫醚砜和石墨烯纳米片包覆的聚苯硫醚复合颗粒。后将复合颗粒在270℃，10MPa的条件下，热压5min成型，得到的复合材料具备完善的双逾渗结构导电网络以及优异的力学性能和电磁屏蔽性能，其拉伸强度为57.3MPa，电导率为3.2S/m，电磁屏蔽效能为25.7dB。
实施例4
采用实施例1的方法，仅改变石墨烯纳米片的重量份，得到聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料，测定其力学拉伸性能。不同石墨烯纳米片含量的复合材料的拉伸性能见图2。

Claims (9)

1.聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：该复合材料是由以下重量份的组分制备而成的具有双逾渗结构的复合材料：聚苯硫醚60～90份，聚芳硫醚砜10～40份，石墨烯纳米片0.5份～3份。
2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：该复合材料由以下重量份的组分制备而成：聚芳硫醚砜10份，石墨烯纳米片3份，聚苯硫醚颗粒90份。
3.根据权利要求1或2所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于，所述聚苯硫醚基复合材料采用下述制备方法制得：
a、石墨烯纳米片分散于聚芳硫醚砜中，得到导电逾渗相；再将该导电逾渗相包覆于聚苯硫醚颗粒表面，得到复合颗粒；
b、复合颗粒热压成型，得到聚苯硫醚基电磁屏蔽复合材料。
4.根据权利要求3所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：聚苯硫醚颗粒粒径为240～265μm。
5.根据权利要求3所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：a步骤的分散和包覆均在溶剂中进行，然后除去溶剂，得到复合颗粒。
6.根据权利要求5所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求6所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：a步骤具体操作为：将聚芳硫醚砜、石墨烯纳米片以及溶剂混合，搅拌并加热使聚芳硫醚砜溶解，形成两者的混合物，后加入聚苯硫醚搅拌0.5～3h，然后去除溶剂，得到复合颗粒。
8.根据权利要求7所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：加热温度为80～150℃。
9.根据权利要求3所述的聚苯硫醚基复合材料在电磁屏蔽材料中的应用，其特征在于：b步骤的热压成型方法如下：270～290℃，5～10MPa下热压5～15min成型。
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