[发明专利]一种兼具优异阻燃和电磁屏蔽性能的柔性聚氨酯基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具优异阻燃和电磁屏蔽性能的柔性聚氨酯基复合材料及其制备方法，该方法制得的材料由导电复合材料和阻燃复合材料构成，并通过熔融共混热压成型得到具备隔离结构的样品。其中，导电复合材料是导电填料填充的高分子基复合材料，阻燃复合材料是阻燃剂粒子填充的高分子基复合材料。本发明提供的制备方法所制得的具备隔离结构复合材料的导电相和阻燃相的质量比，样品厚度以及性能均可控，原料配方可调；电磁屏蔽性能与阻燃性能优良；本发明使用的原料均为市售，来源广泛，成本低，且制备过程不涉及任何化学反应与有机溶剂，制作工艺简单，安全环保，适宜工业化生产。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种兼具优异阻燃和电磁屏蔽性能的柔性聚氨酯基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电磁波广泛地应用于人们的工作生活中。但电磁波给我们带来便利的同时，逸散在空气中的电磁波不仅会影响设备的正常运转，还会影响人们的身体健康，增加癌变风险，解决电磁波危害的最直接方法就是使用电磁屏蔽材料。相比于金属基电磁屏蔽材料而言，导电填料填充的聚合物基电磁屏蔽材料具有质轻，易加工，耐腐蚀，电性能可调等优点，在电子电气，航空航天等领域有更广泛的应用。同时，电磁屏蔽材料作为一种防护材料，被广泛的应用于日常生活中，因此除了其屏蔽效能外，对其阻燃性能也有极高的要求；而聚合物基复合材料大都属于易燃材料，所以设计制备出兼具电磁屏蔽性能和阻燃性能的复合材料具有重要的理论和现实意义。

研究指出，由导电粒子填充的聚合物基电磁屏蔽材料，要获得优异的屏蔽效能，最直接的解决方法就是构筑完善的导电网络，提高复合材料的电导率，增加复合材料与电磁波的相互作用，从而提高屏蔽效能。在实际生产中常用来提高材料阻燃性能的方法就是加入一定量的阻燃剂；同时，研究发现在传统共混体系中，少量导电粒子和阻燃剂有协效阻燃作用，而过量导电粒子会破坏材料的阻燃性能。如Ji等（Ji X , Chen D , Wang Q , etal.Composites Science and Technology, 2018, 163:49-55.）在热塑性聚氨酯（TPU）中，通过熔融共混，加入阻燃剂（IFR）和碳纳米管（CNT），使材料同时具备阻燃性能和电磁屏蔽性能，研究发现，当10wt%IFR和1wt%CNT复配使用时，材料的阻燃级别从V-2提升至V-0，同时屏蔽效能从10.3dB提升至20dB；但当CNT含量增加至2wt%时，虽然屏蔽效能增加，但是阻燃级别下降至V-1级别。因此，如何制备出兼具优异阻燃性能与屏蔽性能的核心关键是如何在聚合物基体中构筑高效的导电-阻燃网络。

相比于传统共混体系，通过构筑特殊结构，也可以使材料同时获得阻燃和电磁屏蔽性能。比如在专利CN106413367A中提出了一种新型多功能高分子基多层电磁屏蔽材料的制备方法，先将导电填料和阻燃剂分别与高分子基体熔融共混，制成阻燃母粒和导电母粒，再通过自制的微纳层共挤出设备制备出具备不同层数和厚度的样品，使材料同时获得阻燃性能与电磁屏蔽性能。但在实际操作中发现，该样品是通过自制设备制成，对设备要求高，难以广泛使用。

而隔离结构可以在相同的导电粒子含量下形成更完善的导电网络，获得更优异的电性能，并且制备过程简单，设备要求低，被广泛使用。隔离结构还可以实现填料的选择性分散，选择将填料分散在聚合物颗粒之间的界面处或者聚合物颗粒中，实现材料的高性能化与多功能化。比如Wu等（Wu K, Lei C, Huang R, et alACS Applied Materials Interfaces, 2017, 9(8):7637-7647.）通过隔离结构使石墨烯纳米片（GNPs）和多壁碳纳米管（MWCNT）在聚苯乙烯（PS）基体中实现选择性分布大幅提高了基体的导热率，其中MWCNT分散在PS中，GNPs分散在PS/MWCNT周围，通过该方法，使材料的导热率比直接共混PS/MWCNT/GNPs复合材料提高了1.8倍。所以通过合理的结构设计，引入隔离结构，构筑高效的导电-阻燃协效网络，使导电相分散在隔离相周围，形成致密的导电网络，增加材料和电磁波的相互作用，提高材料的屏蔽效能；与此同时，隔离相以聚氨酯为基体，将阻燃剂粒子分散在隔离相中，赋予材料优异的阻燃性能和柔性，应用范围广。

发明内容