碳纳米管复合材料的制备与电磁屏蔽性能分析.pdf
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1、塑料助剂2023 年第 2 期(总第 158 期)24碳纳米管复合材料的制备与电磁屏蔽性能分析韩蕙宇(陕西工业职业技术学院,咸阳 712000)摘要:为提升聚醚醚酮的电磁屏蔽性能,本次研究通过碳纳米管、3,3,5,5-四甲基联苯二酚、N-溴代琥珀酰亚胺、叠氮化聚芳醚酮等材料制备 PAEK-g-MWCNTs 填料,并通过该填料对聚醚醚酮实施改性处理,进而制备出 PAEK-g-MWCNTs/PEEK 复合材料,在此基础上通过矢量网络分析仪对该复合材料的电磁屏蔽性能进行检测。经实验研究发现,PAEK-g-MWCNTs 填料能够显著提升聚醚醚酮在 X波段频率范围内的透射系数、吸收系数、反射系数以及综合
2、电磁屏蔽效率,强化聚醚醚酮的电磁屏蔽性能。关键词:碳纳米管;聚醚醚酮;聚芳醚酮;电磁屏蔽 doi:10.3969/j.issn.1671-6294.2023.02.0006Preparation and Electromagnetic Shielding Properties of Carbon Nanotube CompositesHan Huiyu(Shaanxi Polytechnic Institute,Xianyang 712000,China)Abstract:In order to improve the electromagnetic shielding performance
3、 of PEEK,PAEK-g-MWCNTs filler was prepared by carbon nanotubes,3,3,5,5-tetramethylbisphenol,N-bromosuccinimide,azide polyaryl ether ketone and other materials,and PEEK-g-MWCNTs/PEEK composites were prepared by modifying PEEK with the filler.On this basis,the electromagnetic shielding performance of
4、the composite was tested through the measuring network analyzer.Through experimental research,it is found that PAEK-g-MWCNTs filler can significantly improve the transmission coefficient,absorption coefficient,reflection coefficient and comprehensive electromagnetic shielding efficiency of PEEK in t
5、he X-band frequency range,and strengthen the electromagnetic shielding performance of PEEK.Keywords:carbon nanotubes;polyether ether ketone;poly(aryl ether ketone);electromagnetic shielding收稿日期:2022-09-26碳纳米管(MWCNTs)具有导电性能优异、长径比大、质量轻等特性,通常被用于与聚醚醚酮(PEEK)相结合生产高性能电磁屏蔽复合材料1-2。然而,由于受到熔融复合工艺的限制,PEEK 基质中 M
6、WCNTs 难以实现均匀分散,一定程度上阻碍了 MWCNTs 电磁屏蔽性能的进一步提升3-4。因此,本次研究通过叠氮化聚芳醚酮(az-PAEK)对碳纳米管实施改性处理,改善PEEK 基质中 MWCNTs 的分布状态,进而提升碳纳米管复合材料的电磁屏蔽性能。1实验部分1.1实验原料与试剂甲苯,AR,济南双盈化工有限公司;环丁材料与应用25砜,99%,辽阳光华化工有限公司;无水碳酸钾,99%,上海源叶生物科技有限公司;4,4-二氟二苯酮,99%,湖北瑞伯信化工有限公司;3,3,5,5-四甲基联苯二酚(TMBP),98%,南京晖康生物科技有限公司;乙醇,AR,眉山华庆化工有限公司;过氧化二苯甲酰(B
7、PO),AR,东营市海京化工有限公司;N-溴代琥珀酰亚胺(NBS),99%,上海齐奥化工科技有限公司;三氯甲烷,AR,南京卓诚石油化工有限公司;叠氮化钠(NaN3),AR,西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司;N-甲基吡咯烷酮(NMP),AR,南京瑞泽精细化工有限公司;多壁碳纳米管(MWCNTs),95%,外径 15 nm,北京德科岛金科技有限公司;聚醚醚酮(PEEK),22,104 g/10 min,上海普聚塑料科技有限公司。1.2实验仪器与测试方法台式鼓风干燥箱,DHG-9013A 型,上海善志仪器设备有限公司;矢量网络分析仪,VNA5000A型,成都玖锦科技有限公司。1.3合成与制备1.3
8、.1az-PAEK的合成于 250 mL 三口烧瓶中分别加入 45 mL 甲苯、65 mL 环丁砜、8.29 g 无水碳酸钾、10.91 g 4,4-二氟二苯酮、12.16 g 3,3,5,5-四甲基联苯二酚,向三口烧瓶中通入氮气后采用油浴处理的方式实施加热回流操作,130 带水 4 h,带水完成后排除甲苯,升温至 180 后聚合 4 h 并在水中出料,经过乙醇清洗和干燥处理后获得 PAEK。于 100 mL 三口烧瓶中加入 0.1 g BPO、0.9 g NBS、4.2 g PAEK,在此基础上加入 42 mL 三氯甲烷并通入氮气,采用油浴处理的方式将整个体系升温至 80 并回流 12 h;
9、经过充分反应后于乙醇中出料,经过乙醇清洗和干燥处理后获得 Br-PAEK5-7。于 100 mL 三口烧瓶中加入 0.422 g NaN3和3.931 g Br-PAEK,在此基础上加入 42 mL NMP 并通入氮气,采用油浴处理的方式将整个体系升温至 45;经过 2 d 反应后于水中出料,经过乙醇清洗和干燥处理后获得 az-PAEK。az-PAEK 的整体合成路线见图 1。H3CHOH3CCH3CH3HO+FCOFH3CHOH3CCH3CH3O COF甲苯,K2CO3环丁砜,180 NBSBPONaN3nPAEKH3CHOH3CCH2BrCH3O COFnBr-PAEKH3CHOH3CCH
10、2N3CH3O COFnaz-PAEK图 1az-PAEK的整体合成路线Fig.1Overall synthesis route of az-PAEK1.3.2PAEK-g-MWCNTs的合成将 MWCNTs 和 az-PAEK 按 一 定 的 比 例 添加至适量的 NMP 中,于氮气环境下采用油浴处理的方式将整个体系升温至 130,经过 4 d 反应后自然冷却,经干燥处理后获得 PAEK-g-MWCNTs,具体合成路线如图 2 所示。+R-N3NMP130,96 hR-NR-NN-RN-RMWCNTsPAEK-g-MWCNTsH3CHOH3CCH2CH3O COFnR图 2PAEK-g-MW
11、CNTs的合成路线Fig.2Synthesis route of PAEK-g-MWCNTs1.3.3制备PAEK-g-MWCNTs/PEEK对 PEEK 粉 料 和 PAEK-g-MWCNTs 实 施 烘干处理,通过高速搅拌对经过烘干处理的 PEEK和 PAEK-g-MWCNTs 实施 5 min 的高速搅拌处理,搅拌速度为 25 000 r/min;通过挤出机对上韩蕙宇:碳纳米管复合材料的制备与电磁屏蔽性能分析塑料助剂2023 年第 2 期(总第 158 期)26述预混料实施熔融挤出处理,熔融挤出速度为80 r/min,挤出温度为 365,得到 PAEK-g-MWCNTs/PEEK 样条,
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