[发明专利]一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，具体为：将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；再将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；最后采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。石墨烯纳米片包裹纳米海绵，形成了导电网络多孔结构，能够通过电损耗衰减电磁波。由于热塑性聚氨酯层的保护和纳米海绵的固有弹性，制备的复合材料即使经受剧烈的物理、化学损伤和长期压缩循环，仍然具有优异的电磁屏蔽性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法。

背景技术

当下迫切需要高性能的电磁屏蔽干扰材料，以消除电子设备蓬勃发展带来的日益严重的电磁辐射，电磁辐射会对人体健康和电子设备造成不利影响。虽然金属因优异的导电性而被认为是最好的电磁屏蔽材料，但易氧化、易腐蚀、密度高、加工成本高且环境污染等缺点严重制约了其应用。近年来，导电聚合物复合材料以其耐腐蚀性、设计灵活性、易加工、低密度等优点，特别是高吸波性能，被认为是最有前景的电磁屏蔽材料。通常情况下，导电聚合物复合材料需要大量的填料才能获得令人满意的电磁屏蔽性能，这极大地牺牲了它们的机械、加工性能。因此，在低填充量下获得高效的电磁屏蔽干扰材料具有重要的意义。要解决这一问题，一种策略是在导电聚合物复合材料中构建三维导电网络。石墨烯由于其高导电性和大纵横比，是构建这种导电网络的理想填料。然而，目前常用的制备方法，如电沉积、化学气相沉积、超临界CO₂发泡等，工艺复杂且耗时，难以满足大规模生产的需求。同时，由于碳材料的压缩性和弹性较差，很难合成稳固3D结构，其在压缩时易于坍塌和变形，这严重的限制了进一步实际的应用。因此，开发简单、经济、具有高效的电磁屏蔽性能和抗变形能力的三维电磁屏蔽材料，仍是一项任重道远的任务。

近年来，市场上可获得的泡孔材料，如纳米海绵、聚氨酯泡沫和三聚氰胺泡沫，因其相互连通的三维骨架和开放孔隙结构而受到科学界和工业界的极大关注。由于其本身的多孔结构，这些低成本的泡沫可以作为模板，通过更简单的方法制备出性能较好的3D导电网络。电磁屏蔽材料不仅要追求优异的电磁屏蔽性能，还要考虑各种复杂环境的要求。因此，使填料在薄的厚度下均匀分布形成稳固的导电网络，以获得优异的电磁屏蔽性能是目前的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，解决了现有多孔材料电磁屏蔽性差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将石墨烯纳米片作为溶质分散到去离子水中，在常温下下搅拌超声，得到石墨烯纳米片水分散溶液；

步骤2、将长方体型的纳米海绵浸入石墨烯纳米片溶液中，超声分散数次，烘干使溶剂完全蒸发，得到石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料；

步骤3，采用热塑性聚氨酯包裹石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料，得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中，石墨烯纳米片与去离子水的质量比为1：100；超声时间为30min-1h。

步骤2中，烘干温度为60-70℃，烘干时间为10min-30min；长方体型的纳米海绵的大小为22.58mm*10.14mm*2mm。

步骤2中，超声分散的次数为1-3次；每次超声分散的时间均为30min-1h。

步骤3中，具体为：将热塑性聚氨酯溶液滴覆在石墨烯纳米片包裹的纳米海绵材料的上表面，通过自然渗透使其进入到纳米海绵材料内部，即可得到聚氨酯/石墨烯纳米片/海绵复合材料。