[发明专利]一种具有微波吸收特性的聚氯乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氯乙烯复合材料及其制备方法，尤其涉及一种具有微波吸收特性的聚氯乙烯复合材料及其制备方法，属于新型材料技术领域。

背景技术

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，微波不仅具有电磁辐射、电磁干扰等问题，还会对人体健康产生不利影响。而采用材料吸收微波是治理微波电磁污染的重要手段。微波吸收材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量，要求其满足对微波吸收强、吸收频率范围宽、质量轻及厚度薄等性能特点。把具有良好加工性能的高分子材料和具有特殊电、磁性能的无机材料结合起来，有望制备出新型的高性能微波吸收复合材料。而现有单纯的聚氯乙烯材料虽然具有阻燃、耐化学药品性高、加工性能良好、制造成本低廉等优点，但是其与绝大多数聚合物类似，并不具有微波吸收性能。

现有技术常在高分子材料中加入具有吸收微波特性的无机材料制成复合材料，但效果收效甚微，如中国专利申请（公开号：CN 101289569A）公开了一种多壁碳纳米管/环氧树脂吸波隐身复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：对多壁碳纳米管进行预处理、纯化处理、高温碱处理后，将其分散到环氧树脂中，制成一种多壁碳纳米管/环氧树脂吸波隐身复合材料。虽然该方法通过对多壁碳纳米管进行高温处理，使碳管在其表面产生比较多的孔洞，提高碳纳米管的表面活性；但是单纯使用碳纳米管填充的复合材料通常难以在宽频范围内达到阻抗匹配，微波吸收频率范围较窄，往往不能满足高性能场合的性能需求。又如中国专利申请（公开号为：CN 101412839A）涉及聚丙烯腈(PAN)基纳米碳纤维制备吸波复合材料的方法，该方法包括：纳米碳纤维进行研磨，控制时间为1-2h，将纳米纤维加入丙酮中，超声分散15-60min形成悬浊液；将上述悬浊液加入到双酚A型环氧树脂中，搅拌混合均匀，将混合溶液超声分散30-60min，使纳米碳纤维在双酚A型环氧树脂中分散，使丙酮挥发；将低分子聚酰胺固化剂加入到上述得到的混合物中，充分搅拌均匀后常温固化，得到吸波复合材料。虽然通过上述方法得到的复合材料吸波性能较填充的复合材料较好，但是该方法需要使用有机溶剂，且复合材料的基体为环氧树脂，需要较长的固化时间，分层浇注的形式更进一步加长了复合材料制备的周期，不利于应用于大规模的工业化生产。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种微波吸收性能好、吸收频率范围宽的聚氯乙烯复合材料。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现：一种具有微波吸收特性的聚氯乙烯复合材料，该复合材料由以下重量份的组分制成：

PVC预混料：100份；多壁碳纳米管：0.5-5份；

镀镍碳纤维：10-50份。

其中镀镍碳纤维兼具金属镍和碳纤维的优点，同时具有磁性和高导电性，可以同时提高聚氯乙烯复合材料的复磁导率和复介电常数，有利于达到阻抗匹配，使得更多的微波可以进入到复合材料的内部，进一步被吸波剂所衰减和吸收。而多壁碳纳米管具有高导电性、高长径比和低密度，在较低的添加量下即可有效地提高复合材料的复介电常数和介电损耗，有利于微波在复合材料内部被吸收，且基本不影响材料的比重。本发明将镀镍碳纤维和多壁碳纳米管配伍使用表现出良好的协同吸波性能。通过长期试验研究发现：单独添加30重量份的镀镍碳纤维的聚氯乙烯复合材料的微波反射率为-7.9dB，反射率低于-5dB的频宽位4.7GHz；而单独添加3重量份的多壁碳纳米管的聚氯乙烯复合材料的微波反射率为-5.5dB，反射率低于-5dB的频宽位2.8GHz。与之相比，同时添加30重量份的镀镍碳纤维和3重量份的多壁碳纳米管的聚氯乙烯复合材料的微波反射率可以达到-25.4dB，反射率低于-5dB的频宽位4.9GHz，反射率低于-10dB的频宽位2.5GHz，表现出良好的微波吸收性能。

本发明采用的多壁碳纳米管可利用化学气相沉积法，用Ni/Si二元气凝胶作催化剂，裂解甲烷制备得到。本发明采用的镀镍碳纤维可通过化学镀镍或者电镀镍的方法对碳纤维进行表面金属化，其中化学镀镍的方法为：在无直流电源的条件下，利用镍盐溶液在强还原剂次磷酸盐的作用下，通过氧化还原反应，使镍离子还原成金属镍，从而在具有催化表面的碳纤维上获得金属镍沉积层。上述两种物质还可以通过商购获得。