[发明专利]一种低逾渗石墨烯/高分子电磁屏蔽材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电高分子复合材料领域，特别涉及低逾渗的石墨烯(以下简称GNS)/超高分子量聚乙烯(以下简称UHMWPE)高分子电磁屏蔽材料的制备方法。

背景技术

与常规熔融法制备的导电高分子材料相比较，隔离结构高分子导电复合材料可以在极低的导电粒子填料下显示出优异的电学性能(H.Pang，et al.Mater.Lett.2012，79：96-99.)。其原因是在隔离结构网络中，导电粒子选择性分布在高分子粒子界面之间而不是无规分布在聚合物基体内部。故隔离结构导电高分子复合材料在抗静电、自控温、限流、限温以及电磁屏蔽等领域都具有广泛的应用(H.Pang，et al.Appl.Phys.Lett.2010，96：251907.)。Gelves等制备了铜纳米线/聚苯乙烯隔离结构导电高分子复合材料，发现在填料体积含量仅为0.67％时复合材料就可以具备优异的电磁屏蔽性能(G.A.Gelves，et al.J.Mater.Chem.2011，21：829-836.)。

在导电填料中，GNS由于其较大的径厚比和优异的电导率在导电高分子复合材料领域受到广泛的关注(S.Stankovich，et al.Nature2006，442：282-286.)。近来，一些学者报道隔离结构GNS/高分子复合材料可以在极低的导电粒子含量下实现较高的电导率(H.Pang，et al.Mater.Lett.2010，64：2226-2229.)。但是和碳纳米管/高分子导电复合材料相比，含GNS的导电复合材料逾渗较高且电导率较低(J.F.Gao，et al.Mater.Lett.2008，62：3530-3532.)。这主要归因于GONS在化学还原成GNS的过程中发生了团聚，限制了GNS导电网络的形成，故复合材料表现出较差的电学性能(J.H.Du，et al.Carbon，2011，49：1094-1100.)。为了避免GNS的团聚，Hu等人利用两步法制备隔离结构GNS/UHMWPE复合材料，即首先通过溶液分散的方法使GONS均匀涂覆在UHMWPE粒子表面，再将复合粒子加入水合肼溶液中还原GONS。此种方法可以有效减少GNS在还原过程中的团聚，所制备的导电复合材料的电导率在体积含量仅为0.1％时就可以达到10^-2s/cm(H.L.Hu，et al.Carbon2012，50：4596-4599.)。但此方法制备过程较为复杂，且需要使用到剧毒的化学还原剂，如水合肼、对苯二酚等，不适合大规模工业化生产。

与常规的GNS/UHMWPE隔离结构材料不同，本发明中涉及的GNS是通过UHMWPE热压时的高温进行还原，其目的是尽可能避免GONS在还原过程中发生团聚和提高其均匀分散程度。作为导电填料，由于GNS具有大的径厚比和大的比表面积，可以在很低的含量下形成较完善的导电网络，故能成功制备出低逾渗值的GNS/UHMWPE高分子电磁屏蔽材料。

目前有关低逾渗导电高分子复合材料的专利并不多，而利用隔离结构实现材料优异的电磁屏蔽性能更是未见报道。也没有查阅到通过原位热还原一步法制备石墨烯/高分子导电复合材料的专利文献。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是探寻一种低逾渗石墨烯/高分子电磁屏蔽材料的制备方法，并使之具有制备过程简单，工艺易于掌握，无需复杂的化学还原，生产成本低，容易实现大批量生产的特点，且生产的复合材料具有更低的逾渗值和良好的电学性能以及电磁屏蔽性能。

本发明通过如下手段实现。

一种低逾渗石墨烯/高分子电磁屏蔽材料的制备方法，复合材料主要原料按如下重量百分比构成：

超高分子量聚乙烯UHMWPE            94～99.7％

氧化石墨烯GONS                     0.3～6％

其制备步骤如下：

(1)原料干燥：将直径200～1000nm，厚度0.9～1.5nm的GONS在烘箱中干燥，直到水分重量含量低于0.01％；

(2)GONS/UHMWPE复合粒子制备：将步骤(1)中干燥后的GONS和去离子水按质量比1∶40～1∶200配成悬浮液，超声搅拌GONS悬浮液直到均匀分散；再将UHMWPE粒子倒入分散好的GONS悬浮液中，通过超声搅拌均匀；然后，通过减压蒸馏除去溶剂；最后在低于60°C的烘箱中干燥，直到水分重量含量低于0.01％，得到GONS/UHMWPE导电复合粒子。