一种导电吸波PPS复合材料及其制备方法与流程

一种导电吸波pps复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及高分子材料改性技术领域，更具体的说是涉及一种导电吸波pps复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚苯硫醚(pps)是一种分子主链上含有苯硫基的热塑性工程塑料，分子链中以苯环和硫原子交替排列构成，分子链规整体性强，由刚性苯环与柔性硫醚链连接起来的主键具有刚柔相济的特点。pps易结晶，熔点高；其次，由于苯环与硫原子形成共轭且硫原子尚未处于饱和，经氧化后可使硫醚键变成亚砜基，或使相邻大分子形成氧桥支化或交联，进而使得热、氧稳定性十分突出；第三，由于硫原子的极性被苯环共轭及高结晶度的束缚，使pps呈现非极性或弱极性的特点，因此pps的电绝缘性、介电性、及耐化学介质性也很突出。由于pps与众多聚合物和添加剂有良好的相容性，可以采用多种手段进行改性，以提高其力学性能和其它性能。广泛应用于在电子、汽车、机械及化工领域均有广泛应用。
3.作为特种工程塑料之一的聚苯硫醚，pps凭借其高强度，耐化学试剂性强和阻燃等特点，经过改性处理，使其赋予导电，耐磨，导热和吸波等性能，应用于结构功能件。pps导电材料，可以通过添加导电炭黑，碳纤维或者石墨烯等实现，在拥有导电性能的同时有较高的介电常数；介电常数越高的材料，其吸波性能越好，但发现过高的介电常数会引起趋肤效应，因此需要调节材料的电磁参数，使导电材料有更好的吸波功能。
4.综上，如何提供一种同时具备良好的导电性能和电磁波吸收性能的复合材料是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种导电吸波pps复合材料及其制备方法。本发明制备的复合材料同时具备良好的导电性能和电磁波吸收性能。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种导电吸波pps复合材料，包括如下质量份数的组分：pps 85～95份、热还原go@cofe2o45～10份、润滑剂0.5～1份和成核剂0.5～1份。
8.此配方制备的导电吸波pps复合材料具有三维导通网络结构，导电性和吸波性更优。
9.优选的，一种导电吸波pps复合材料，其特征在于，包括如下质量份数的组分：pps 89份、热还原go@cofe2o410份、润滑剂0.5份和成核剂0.5份。
10.优选的，所述pps在315℃、5kg的测试条件下的熔融指数为1000～2500/10min。
11.选择上述熔融指数，使得热还原go@cofe2o4在材料分散均匀，对热还原go@cofe2o4结构破坏小。
12.优选的，所述热还原go@cofe2o4为气凝胶。
13.优选的，所述润滑剂为ppa或pets。
14.上述润滑剂起到额外润滑的作用，同时耐高温，高温下不易分解。
15.优选的，所述成核剂为纳米矿物粒子或p22。
16.上述成核剂耐高温，使得材料的成核效率更高。
17.一种导电吸波pps复合材料的制备方法，包括如下步骤：
18.(1)采用球磨法制备片状羰基铁粉；
19.(2)热还原go@cofe2o4的制备：
20.(21)将go分散在去离子水中，制备浓度为10mg/ml的go悬浮液；
21.(22)将片状羰基铁粉加入到go悬浮液中制备go包覆cofe2o4浆料；
22.(23)将go包覆cofe2o4浆料用尖端超声室温下处理20min后搅拌10min，得预混料；
23.(24)将预混料经液氮冷冻干燥得go@cofe2o4气凝胶；
24.(25)将go@cofe2o4气凝胶在惰性气体氛围下加热到1000℃后热退火20min，以获得热还原go@cofe2o4；
25.(3)将所述热还原go@cofe2o4与pps、润滑剂和成核剂混合均匀，通过双螺杆挤出造粒，即得导电吸波pps复合材料。
26.上述制备方法可确保热还原go@cofe2o4在pps材料建立三维导通网络结构，相比于其他二维结构的材料，具有更佳的导电和吸波性能。
27.优选的，所述步骤(1)中，球磨过程中使用乙醇浸泡羰基铁粉，球磨时间为10～15h。
28.优选的，所述步骤(22)中go与片状羰基铁粉的质量比为1：(4～6)。
29.采用上述质量比可确保导电和吸波性能的均衡。
30.优选的，所述步骤(3)中双螺杆挤出造粒第一区到机头温度共十区段温度均为260～300℃，螺杆转速为200～250rpm。
31.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：本发明提供了一种在聚合物基体构建的三维导通网络结构，使导电和吸波网路在体系中建立，为实现更高性能和多元化的新型导电/吸波复合材料提供一种解决途径。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
33.图1附图为本发明实施例4制备的导电吸波pps复合材料图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明实施例中所需药剂为常规实验药剂，采购自市售渠道，例如：
36.pps为pps11100c，购自新和成；
37.氧化石墨烯(go)为直径0.5～3μm,厚度在0.55～1.2nm，购自北京德科；
38.纳米矿物粒子为纳米滑石粉粉体，购自优托科(utc)公司。
39.p22购自布吕格曼；
40.含氟材料ppa9000h购自鲁聚化学；
41.pets为硬脂酸酯类高分子化合物，购自广州韦伯。
42.实施例中未提及的实验方法为常规实验方法，在此不再一一赘述。
43.实施例1
44.一、配方：pps11100c：94kg；热还原go@cofe2o4：5kg；成核剂p22：0.5kg；润滑剂pets：0.5kg。
45.二、制备方法：
46.(1)采用球磨法制备片状羰基铁粉：球磨过程中使用乙醇浸泡羰基铁粉，球磨时间为12h；
47.(2)go@cofe2o4的制备：
48.(21)将go分散在去离子水中，得浓度为10mg/ml的go悬浮液；
49.(22)将片状羰基铁粉加入到go悬浮液中制备go包覆cofe2o4浆料，go与片状羧基铁粉的质量比为1:6；
50.(23)将go包覆cofe2o4浆料用尖端超声常温处理20min后搅拌10min，得预混料；
51.(24)将预混料倒入塑料模具中并放置于真空烘箱中以去气泡，然后将装有样品的模具放在金属圆台上，将圆台浸没在液氮中，冷冻后得到go@cofe2o4气凝胶；
52.(25)将go@cofe2o4气凝胶放置在管式炉中在惰性气体氛围下加热到1000℃后热退火20min，以获得热还原go@cofe2o4；
53.(3)将所述热还原go@cofe2o4与pps11100c、润滑剂pets和成核剂p22混合均匀，通过双螺杆挤出造粒，获得改性粒子，挤出机第一区到第十区设定温度依次为：260℃、280℃、280℃、280℃、280℃、290℃、290℃、295℃、295℃、300℃。螺杆转速设定为低速220rpm。再将改性粒子进行注塑成iso标准样条和色板(长宽厚：60*60*3mm)。注塑机第一区到注塑机头共五区温度依次为290℃、290℃、300℃、300℃、300℃。
54.实施例2
55.步骤(22)中go与片状羧基铁粉的质量比为1:4，配方和其余操作步骤同实施例1。
56.实施例3
57.配方：pps11100c：89kg；热还原go@cofe2o4：10kg；成核剂p22：0.5kg；润滑剂pets：0.5kg。
58.制备方法同实施例1。
59.实施例4
60.步骤(22)中go与片状羧基铁粉的质量比为1:4，配方和其余操作步骤同实施例3。
61.对比例1
62.一、配方：pps11100c：89kg；go：1.5kg；cofe2o4：8.5kg；成核剂p22：0.5kg；润滑剂pets：0.5kg。
63.二、制备方法：
64.将上述各原料加入高速混合机中混合2min，然后将混合均匀的物料通过双螺杆挤出机挤出造粒，获得改性粒子，挤出机第一区到第十区设定温度依次为：260℃、280℃、280℃、280℃、280℃、290℃、290℃、295℃、295℃、300℃，螺杆转速设定为低速220rpm。再将改性粒子进行注塑成iso标准样条和色板(长宽厚：60*60*3mm)。
65.对比例2
66.配方：pps11100c：89kg；go：2kg；cofe2o4：8kg；成核剂p22：0.5kg；润滑剂pets：0.5kg。
67.制备方法同对比例1。
68.实验1
69.为进一步说明本发明技术方案的有益效果，对实施例1
‑
4、对比例1
‑
2所得样品，进行力学性能，导电性和吸波性能测试。测试结果如下表1所示，其中测试标准为iso标准。
70.表1
[0071][0072][0073]
材料的吸波能力通常由反射损耗(rl)表示，当rl的值低于
‑
10db时，所对应的吸波频段的频带宽度可以定义为有效吸收带宽。根据吸波材料的介电损耗机制，材料电导率的增加会增大涡流损耗和导电损耗，进而提高吸波性能，但是对于高导电率的材料，其阻抗相对于空气的阻抗比较小，导致趋肤深度非常小，并且几乎大部分电磁波将被材料反射；从实施例1到实施例4例，随着导电物质气凝胶含量增加，材料的电导率有增加，材料的反射率吸波性能上升到
‑
20db以下，说明cofe2o4提供的磁性和氧化石墨烯提供的高导电性提供了良好的界面匹配，增强的界面极化和偶极子极化，协同增强了材料的吸波性能。
[0074]
对比实施例1
‑
4与对比例1
‑
2看，对比例1
‑
2中当导电物质氧化石墨烯和cofe2o4含量与实施例3
‑
4中导电物质对应含量一致，但与实施例1
‑
2比，虽然电导率有所提升，但是材
料的吸波能力没有改善；说明如果导电物质只是简单的物理混合，没有形成导通的三维结构，就没有良好的吸波性能，所以在材料设计时必须使其拥有适当的导电性和合理的微观结构以获得更好的吸波效果；
[0075]
综上所述，本发明实施例提供的一种导电吸波pps复合材料及其制备方法，通过定向冷冻技术和高温热处理的方法制备新型海绵状go@cofe2o4气凝胶，最后将多孔结构的气凝胶与pps挤出加工，由于该材料拥有氧化石墨烯和羰基铁粉构成的三维导通网络结构，可以增强材料匹配阻抗，增强电磁波吸收能力，拓宽吸波材料吸收频率。进而对电磁波的多层反射和散射现象对吸波效能的提升起到了重要的作用。最终使其拥有较高导电损耗和优异的吸波性能。
[0076]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0077]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。