[发明专利]一种珍珠母状酚醛包覆的MXene/聚乙烯醇仿生结构复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种珍珠母状酚醛包覆的MXene/聚乙烯醇仿生结构复合材料及其制备方法和应用，包括以下质量分数的组分：聚乙烯醇基体50~80%，酚醛包覆的MXene填料50～20%。该复合材料中的MXene和聚乙烯醇呈现出珍珠母状仿生结构。其中，MXene在复合材料内部形成导电性能优异的物理阻隔层，使得该复合材料具有优异的电磁屏蔽性能和阻燃性能，其最高屏蔽性能达到90 dB，阻燃性能为UL94‑V0等级。此外，MXene表面包覆的酚醛树脂能够促进在燃烧过程中促进残碳结焦，提高结焦层的密度，进一步提高阻燃和抑烟性能。本发明的仿生结构复合材料制备简便可靠，具有优异的电磁屏蔽和阻燃抑烟性能，可应用于5G通讯设备和电子封装领域。

技术领域

本发明属于电磁屏蔽和阻燃材料领域，具体涉及一种珍珠母状酚醛包覆的MXene/聚乙烯醇仿生结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着高性能电子通讯设备和器件的发展，需要使用具有高电磁屏蔽性能和阻燃抑烟性能的电子封装材料，以避免外界电磁杂波对电子系统的正常运行产生干扰。此外，在电子设备在过热失火时，封装材料能够起到迟滞燃烧的阻燃效果，避免火灾的进一步扩大，减少设备和人员损失。然而，目前常见的商用电子封装材料，以工程塑料为主，通常表现出绝缘性，并不具备电磁屏蔽性能。同时此类材料也不具备阻燃特性。因此，难以满足当前电子封装领域的实际应用需求。

为了满足电子设备对于封装材料的使用需求，高性能电磁屏蔽复合材料是一种理想的选择。该类材料一般由金属颗粒和碳材料等为代表的导电填料和聚合物树脂基体两部分组成。高电导率的填料能够显著提高复合材料的整体导电性能，同时对外界电磁波产生耦合作用，反射和吸收入射电磁波，避免了电磁干扰现象的产生。但是，在共混工艺的作用下，导电填料颗粒通常弥散分布于聚合物基体之间，彼此无法形成导电网络，故而在较低的填料含量下，复合材料内部难以形成有效的导电屏蔽层，无法有效阻隔电磁波在材料内的传播。此外，当材料遇火情发生燃烧时，由于金属和碳系填料的存在，电磁屏蔽复合材料反而变得易于燃烧，促进了火势蔓延。因此，需要在树脂基体中构建有效的填料导电结构形成电磁屏蔽层，同时利用该电磁屏蔽层以实现阻隔外界氧气，达到迟滞燃烧的目的。

MXene由于表现出极高的本征电导率（4600 S/cm）和电磁屏蔽特性而受到广泛的关注，被认为有希望应用于电磁防护领域。作为新型二维片层材料，MXene呈现出典型的手风琴状结构，具有极高的径厚比，并且MXene的表面含有丰富的羟基基团，通过氢键作用能够有效地自组装成有序网络结构，形成导电通路，因此被应用于多种导电电磁屏蔽复合材料的制备研发中。最近的文献报道，将MXene添加入聚合物基体中，不仅可以提高导电性能和电磁屏蔽性能，还能够诱导聚合物在燃烧过程中结焦碳化，增强阻燃性能。然而，目前的制备方法得到的MXene复合材料，多为共混工艺制备，填料的功能性受到无规弥散分布的限制。因此，需要对MXene在复合材料内部的结构合理设计，增强电磁阻隔能，形成屏蔽层，以满足高性电磁屏蔽阻燃复合材料的商业应用需求。

借鉴自然界的仿生结构，可以实现复合材料的设计优化。贝壳内层的珍珠母具有独特而复杂的微观层状结构，这种类似于“砖泥”的致密结构赋予了材料超常的硬度和韧性。借鉴这种结构，将导电填料通过一定的手段构筑成为类珍珠母状仿生结构，不仅可以起到提高材料力学性能的作用，而且可以作为致密的导电屏蔽层，屏蔽外来电磁杂波干扰。此外，能够有效的隔绝外界环境，起到阻燃抑烟的作用。珍珠母状仿生结构复合材料相较于传统共混复合材料能够更好地提升材料性能。

发明内容