[发明专利]一种柔性电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于柔性导电聚合物复合材料领域，具体涉及一种柔性电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球汽车工业的快速发展，全世界每年有1700万吨废旧的轮胎橡胶产生，且呈逐年递增趋势，这给生态环境带来了比白色污染更严重的黑色污染。轮胎橡胶具有三维交联结构，导致其废弃后长期不能自然降解，并且难以直接循环加工利用，因此，如何对废弃轮胎橡胶进行有效回收利用已成为学术界和工业届普遍关注的问题(周兴平，等.中国发明专利,CN201310680159.8)。废旧轮胎橡胶可通过脱硫得到再生胶以重复环利用，但脱硫过程能耗大，且容易造成二次污染。相比脱硫制备再生胶，将废旧轮胎橡胶经粉碎加工处理而得到废弃橡胶胶粉(以下简称GTR)填充到聚合物制备复合材料是一种更加有效的实现废旧轮胎回收的方法。然而，GTR/聚合物复合材料的附加值不高，且GTR的加入会明显降低聚合物本身的物理机械性能。如10份GTR加入到聚乙烯基体中使复合材料强度和断裂伸长率相比聚乙烯分别下降了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响橡胶综合利用率，如何提高GTR利用价值是急需解决的难题。

近年来，柔性电子器件因其独特延展性及高效、低成本制造工艺，广泛应用于可穿戴设备、柔性显示器及电子纺织品等领域。然而其使用过程中产生的电磁辐射不仅影响设备使用性能，还会对人体及生态环境产生危害(张东升,等.材料导报2009,23,13-19)。以橡胶为聚合物基体的导电复合材料即具有橡胶优异的拉伸性和柔性、低密度、低成本和耐化学腐蚀，也具有导电填料高的电导率和电磁屏蔽性能，有望作为柔性电磁屏蔽材料以防止电磁辐射。但常规橡胶基导电复合材料中导电填料随机分布于橡胶基体，因此往往需要较高的填料含量 (重量含量15％)方能满足电磁屏蔽材料基本使用要求，即电磁屏蔽效能(EMI SE)达到20dB。提高导电填料含量能使复合材料获得更好电磁屏蔽效果，但高含量导电填料会带来成本增加、力学性能和加工性能劣化等问题，尤其造成复合材料延展性变差，难以满足柔性电子器件领域的电磁辐射防护要求。

“隔离结构”导电网络的形成有利于增加导电填料的有效浓度，构建高效导电通路，进而提高导电复合材料电导率和EMI SE(代坤，等.高分子通报2013,6,10-17)。如Gelves等制备了铜纳米线/聚苯乙烯“隔离结构”复合材料，研究发现在铜纳米线重量含量为13％时复合材料EMI SE可达到38dB(Gelves,et al.Journal of Materials Chemistry 2011,21,829-836.)。近期研究工作中，有学者将将碳纳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，也成功构建了“隔离结构”导电网络，获得了优异的电磁屏蔽性能(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)。遗憾的是，目前具有“隔离结构”的电磁屏蔽复合材料多以刚性聚合物为基体，尽管在低导电填料含量下具有较好屏蔽效果，但柔性较差，难以在要求可折叠或可弯曲的电子器件领域得到应用。在近期报道的专利中(鄢定祥，等.中国发明专利,CN201510557776.8)，将CNT与天然橡胶乳液超声混合，通过压制成型制备了“隔离结构”CNT/天然橡胶柔性电磁屏蔽复合材料，在CNT重量含量为5.0％时复合材料EMI SE可达44.5dB。然而，该复合材料在使用CNT做功能填料和天然橡胶做基体外，还需使用添加额外表面活性剂和硫化剂，且制备过程中需要使用高能超声设备才能使CNT达到均匀分布状态，此外，还需用到真空干燥设备。

因此，本领域亟需一种制备方法简单且性能优异的柔性电磁屏蔽复合材料。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种柔性电磁屏蔽复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)按重量百分比，准备如下材料：废弃橡胶胶粉95-99.9％、碳纳米管0.1～5％；所述碳纳米管的平均直径为9.5nm，平均长度为 1.5μm；

(2)将所述碳纳米管干燥至水分低于0.01％；