一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜及其制备方法

本发明涉及电磁屏蔽、聚合物复合纳米材料制备，具体为一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜及其制备方法。

背景技术：

1、高速发展的电子信息产业给生活带来了极大的便利，但是其所产生的电磁辐射也成为了一大污染源。电磁辐射会给人体带来极大的伤害，比如使得癌症、白血病等的发病率提高，破坏人体的生命系统，诱发各种疾病等等。此外，还会对一些电子信息系统造成破坏，影响信号的传播、卫星的检测、导航的定位等。除了从源头去除电磁波的污染，高性能电磁屏蔽材料的研究也迫在眉睫。金属屏蔽材料是市面上最常见的，但是由于金属的结合力差、柔韧性弱、厚度较大以及生产过程中的重金属污染问题，其应用受到了很大的限制。目前聚合物基电磁屏蔽复合薄膜，由于其优异的柔韧性、易加工、较低的密度等特点，受到广泛关注。

2、20世纪60年代末，芳纶纤维(全称“芳香族聚酰胺纤维”)率先由美国杜邦公司实现商业化，其因具有低密度、高模量、高阻燃、高绝缘、耐温好等特性，在轻质结构、高温防护、电气绝缘材料领域有着广泛的研究与应用。将芳纶纤维或芳纶液晶通过技术手段加工处理，可使其直径达到十几到几百纳米，长度达到几至几十微米，这种纤维称为纳米化芳纶纤维或芳纶纳米纤维(anfs)。芳纶纳米纤维的化学组成、化学结构和晶体结构与芳纶纤维无差异，但其较大的比表面积和长径比，使得芳纶纳米纤维可与其他聚合物和无机材料复合。多壁碳纳米管(cnt)是由单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成一维量子材料，具有极高的抗拉强度、弹性模量以及最高的比强度，同时具有强柔韧性、良好的导电性和化学稳定性。pedot：pss是一种高分子聚合物的水溶液，pedot是edot(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，pss是聚苯乙烯磺酸盐，这两种物质在一起极大的提高了pedot的溶解性。pedot：pss导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。将pedot：pss、多壁碳纳米管(cnt)分散在芳纶纳米纤维膜中，有望制备出耐温、高强、强吸收损耗的电磁屏蔽复合材料，用于电子通讯、智能制造、航空航天等领域。但是，至今为止由于纳米纤维的团聚效应的问题，尚无基于这三种材料开发的高性能电磁屏蔽复合材料。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜及其制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，包括以下步骤：

4、s1，将碱液、芳纶纤维和二甲基亚砜密封搅拌制备芳纶纳米纤维溶液，之后加入去离子水疏解获得芳纶纳米纤维分散液a；

5、s2，将多壁碳纳米管、pedot:pss加入芳纶纳米纤维分散液a中，并在磁搅拌条件下获得混合体系b；

6、s3，将混合体系b进行真空抽滤处理，获得复合湿膜；

7、s4，将复合湿膜进行热压干燥处理，获得超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜。

8、优选的，在s1中，芳纶纤维为对位芳纶纤维，包括对位芳纶纺纱、对位短切或者对位芳纶浆粕。

9、优选的，在s1中，碱液、二甲基亚砜、对位芳纶纤维的配比为(1～5)ml：(400～500)ml：(0.5～2.0)g。

10、优选的，在s1中，碱液为氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钠的任意一种。

11、优选的，在s1中，碱液的浓度为10mol/l～20mol/l。

12、优选的，在s1中，芳纶纳米纤维溶液与去离子水的比例为(100～200)ml：(800～1000)ml。

13、优选的，在s2中，多壁碳纳米管与pedot:pss的体积比为(5：1)～(5：30)。

14、优选的，在s3中，真空抽滤处理时真空度为5～8mpa，采用的抽滤膜为0.45μm纳滤膜，时间为500～600min。

15、优选的，在s4中，热压干燥处理时温度为110～125℃，时间为10～20min。

16、一种所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法制备的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法包括芳纶纳米纤维制备、芳纶纳米纤维疏解、混合溶液的配置、抽滤复合薄膜、热压机干燥薄膜等步骤，在保证实现薄膜的电磁屏蔽性能的同时，工艺过程具备低能耗、高效等优势。首先，本发明利用碱液/有机溶剂去质子化原理，通过较为工艺过程温和的氢键裂解，实现了芳纶纤维的原纤化处理，细小纤维含量增加，触角最低达到纳米级别，得到芳纶纳米纤维。其次，本发明采用羧基化多壁碳纳米管(c-mwcnt)、pedot：pss这两种非金属材料作为导电填料，两种材料本身具有良好的电磁屏蔽性能、柔韧性，且在制备成的复合材料过程可实现芳纶纳米纤维膜的强韧化，使得复合膜综合性能更佳。

19、进一步的，本发明所采用的试剂均为常规药品试剂，低毒、廉价、易获得，所采用设备均为常规仪器设备，为超薄pedot:pss/多壁碳纳米管/芳纶纳米纤维电磁屏蔽复膜的工程化奠定了基础，提高了工艺过程的可实施性。

20、进一步的，本发明工艺技术针对的是所有具有对位结构的芳纶纤维产品，可实现对芳纶边角料、废弃物的再利用，同时提升复合膜的耐温、耐热、力学强度。

21、进一步的，本发明提供的是一种超薄的电磁屏蔽复膜制备技术，所有材料中不含金属，既解决了目前金属屏蔽材料柔韧性差、金属结合力差的问题，也为电磁屏蔽材料的研究提供了一种绿色、简便，且适用性广的方案。

22、进一步的，本发明相较于传统直接添加不同类型碳纳米管作为导电组分，本发明引入高分子导电聚合物pedot:pss，更有利于调控复合材料的介电性质，实现低反射电磁屏蔽材料的制备。

23、进一步的，本发明优选芳纶纳米纤维作为聚合物基体，避免了导电组分的团聚现象，主要依据原理是芳纶纳米纤维具有亲水性，同时纳米化的芳纶纤维表面酰胺基团中氢易电离形成聚阴离子体，聚阴离子体静电作用平衡促使各个组分维持相对均匀的分散，避免了团聚效应，因此，复合膜具有较高的拉伸强度。

24、进一步的，多壁碳纳米管、pedot:pss加入芳纶纳米纤维分散液a共同混合进行磁力搅拌，磁搅拌时瓶口进行密封，这是为了避免水分子进入，影响水分子含量。

技术特征：

1.一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s1中，芳纶纤维为对位芳纶纤维，包括对位芳纶纺纱、对位短切或者对位芳纶浆粕。

3.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s1中，碱液、二甲基亚砜、对位芳纶纤维的配比为(1～5)ml：(400～500)ml：(0.5～2.0)g。

4.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s1中，碱液为氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钠的任意一种。

5.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s1中，碱液的浓度为10mol/l～20mol/l。

6.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s1中，芳纶纳米纤维溶液与去离子水的比例为(100～200)ml：(800～1000)ml。

7.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s2中，多壁碳纳米管与pedot:pss的体积比为(5：1)～(5：30)。

8.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s3中，真空抽滤处理时真空度为5～8mpa，采用的抽滤膜为微孔直径为0.2～0.5μm，时间为500～600min。

9.根据权利要求1所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法，其特征在于，在s4中，热压干燥处理时温度为110～125℃，时间为10～20min。

10.一种由权利要求1～9任一项所述的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法制备的超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜。

技术总结
本发明涉及电磁屏蔽、聚合物复合纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：S1，将碱液、芳纶纤维和二甲基亚砜密封搅拌制备芳纶纳米纤维溶液，之后加入去离子水疏解获得芳纶纳米纤维分散液A；S2，将多壁碳纳米管、PEDOT:PSS加入芳纶纳米纤维分散液A中，并在磁搅拌条件下获得混合体系B；S3，将混合体系B进行真空抽滤处理，获得复合湿膜；S4，将复合湿膜进行热压干燥处理，获得超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜。本发明一种超薄芳纶纳米纤维基电磁屏蔽复膜制备方法可实现碳纳米管和PEDOT:PSS与芳纶纤维均匀稳定地结合，且工艺过程低功耗、易得、高效，具有良好的社会经济效益和应用价值。

技术研发人员：陆赵情,贾峰峰,蔡蕴嘉,郭子瞻,李思齐,王阮玉,花莉,徐明源
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14