[发明专利]一种具有阻燃和电磁屏蔽性能的夹层热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于热塑性聚氨酯阻燃和电磁屏蔽领域，具体涉及一种具有阻燃和电磁屏蔽性能的夹层热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。所述原料按质量份数构成如下：热塑性聚氨酯弹性体36.0‑60.0份，硅包裹聚磷酸铵阻燃剂12.0份，短切碳纤维3.0‑12.0份，60.0份浓度为19毫克/毫升的碳化钛的水溶液制得的碳化钛薄膜。本发明所制得的热塑性聚氨酯复合材料不仅可以明显改善热塑性聚氨酯的火灾危险性，减少其燃烧过程中的热量和有毒烟气的释放，而且可以大幅度提高热塑性聚氨酯的电磁屏蔽效能，有效拓宽其在航空航天、电子通信、交通运输等领域的应用。

技术领域

本发明属于热塑性聚氨酯阻燃和电磁屏蔽领域，具体涉及一种具有阻燃和电磁屏蔽性能的夹层热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯是一种集高弹性和热塑性为一体的多功能工程材料。热塑性聚氨酯具有高强度、高韧性、耐腐蚀、耐热、耐磨等优异的物理和化学性能，在石油化工、电子配件、纺织、家居和航空航天等领域被广泛应用。然而，由于热塑性聚氨酯化学结构的限制，其极度易燃，并且燃烧时可能造成重大人员伤亡和财产损失。因此，提高热塑性聚氨酯的阻燃性能具有至关重要的作用。此外，随着现代电子工业的快速发展和电器设备的普及，电磁干扰对设备运行和人体健康产生了影响。聚合物基电磁屏蔽材料的设计与制备是提高电子器件抗电磁干扰能力的重要途径。不幸的是，热塑性聚氨酯的电绝缘性和可燃性限制了其作为电磁屏蔽材料的广泛应用。因此，开发兼具阻燃性和电磁屏蔽性能的热塑性聚氨酯复合材料具有重大意义。

目前，国内外学者对热塑性聚氨酯阻燃和电磁屏蔽的研究可分为三种类型。第一，只考虑电磁屏蔽性能。例如，碳化钛粉末（28.60 wt%）、多壁碳纳米管/氮化硼复合材料混合物（10.00 wt%）、石墨烯纳米片/碳纳米管混合物（10.00 wt%）和Fe₃O₄修饰的还原氧化石墨烯（10.00 wt%）的加入将热塑性聚氨酯的电磁屏蔽效能分别提高到50.7分贝、54.8分贝、47.0分贝和15.5分贝。第二种，只研究阻燃性能。例如，Zhao等人将15.00 wt%聚磷酸铵和5.00 wt%碳纤维混合物加入热塑性聚氨酯，使其热释放速率峰值降低91.2%。Cai等人分别将2.00 wt%单宁功能化的黑磷和2.00 wt% Diels-Alder法制备的黑磷引入热塑性聚氨酯中，其热释放速率峰值分别降低56.6%和61.7%。第三，综合比较阻燃和电磁屏蔽性能。Wei等人制备了镍-席夫碱功能化石墨烯，发现其1.00 wt%的添加量可使热塑性聚氨酯样品的热释放速率峰值降低37.6%，而电磁屏蔽效能只能提高到11.5分贝。Ji等人在热塑性聚氨酯中加入1.00 wt%碳纳米管和10.00 wt%膨胀型阻燃剂，发现其热释放速率峰值降低92.0%，但是电磁屏蔽效能仅有20.0分贝。

目前，如何让阻燃热塑性聚氨酯兼有优异的电磁屏蔽性能仍是一个巨大的挑战。将阻燃剂和导电填料复配到聚合物中是一种提高聚合物的阻燃和电磁屏蔽性能的有效策略。因此，本发明利用熔融共混和空气辅助热压技术，以热塑性聚氨酯弹性体、硅包裹聚磷酸铵阻燃剂、短切碳纤维组成上下面层，以碳化钛薄膜为夹心层，构建三明治夹层结构的热塑性聚氨酯复合材料，提高热塑性聚氨酯的阻燃和电磁屏蔽性能。

发明内容

本发明的目的是利用短切碳纤维导电填料、硅包裹聚磷酸铵阻燃剂、碳化钛薄膜，制备一种具有阻燃和电磁屏蔽性能的夹层热塑性聚氨酯复合材料，同时提高热塑性聚氨酯的阻燃性能和电磁屏蔽效能。

为实现上述目的，本发明采用的具体制备方案如下：

一种具有阻燃和电磁屏蔽性能的夹层热塑性聚氨酯复合材料，其中复合材料是以由热塑性聚氨酯弹性体、硅包裹聚磷酸铵阻燃剂、短切碳纤维组成的热塑性聚氨酯复合材料作为上下面层，以质量份数计，所述热塑性聚氨酯弹性体36.0-60.0份，硅包裹聚磷酸铵阻燃剂12.0份，短切碳纤维3.0-12.0份；以碳化钛薄膜作为夹心层，碳化钛薄膜的厚度为24.48±1.19微米。