Fe3O4/MWCNTs/PEEK电磁屏蔽材料的制备及性能研究

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随着现代科学技术的发展,各种电子、电气设备为社会生产提供了很高的效率,为日常生活带来了很大的便利。与此同时,电子设备所带来的的电磁污染作为一种新的污染源又影响着人们的生产生活。电磁污染不仅影响正常通信,也对人们的健康造成危害。所以如何防治电磁污染成为了研究工作者们关注的热点。理想的电磁屏蔽材料可由透波材料和吸波材料两部分组成。近年来,尽管许多有良好电磁吸收性能的吸波材料被研究出来,但是这些吸波材料因为其力学性能很难直接用作电磁屏蔽材料。所以对研究者来说研制一种兼具良好力学性能的电磁屏蔽材料成为一项有意义的工作。聚醚醚酮(PEEK)被广泛用于航空航天、能源、化工等领域,是一种拥有优异力学性能、热稳定性和耐腐蚀性等性能的半结晶的特种工程塑料。为了进一步提升PEEK的性能,研究者们做了大量工作将PEEK与各种填料进行复合,如碳纤维、玻璃纤维、纳米粒子等。碳纳米管(CNTs)因为其特殊的力学性能、电性能、热性能以及小直径、低密度的特点,成为一种提高复合材料性能的优选填料。多壁碳纳米管(MWCNTs)与单壁碳纳米管(SWCNTs)相比,价格便宜更适合于大型工业化生产。目前,PEEK的研究正逐渐从侧重于结构材料向结构和功能一体化材料转变以满足某些苛刻环境下的需求。四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子因其小尺寸效应和光学特性使其能在光吸收、光反射过程增加对能量的损耗,并且本身具备较好的磁性,有较高的磁损耗正切角,所以能够用于电磁波的吸收和衰减,目前利用Fe3O4纳米粒子制备磁损耗型吸波材料得到了广泛的研究和应用。尽管PEEK因为其力学性能、热稳定性、耐腐蚀性,是一种理想的基体材料。但是因为PEEK的高粘度,MWCNTs和Fe3O4很难在PEEK基体中实现均匀分散。如果填料不能在基体树脂中均匀分散,就有可能形成电击穿或者应力集中点等,不利于复合材料的电性能和力学性能等。在本论文中,为了实现复合材料的结构功能一体化,我们选用PEEK作为基体树脂,MWCNTs作为介电损耗填料,Fe3O4纳米粒子作为磁损耗填料,利用熔融共混法制备三元复合材料。为了解决MWCNTs在PEEK基体中的难于分散的问题,选用聚醚砜(PES)或者聚醚酰亚胺(PEI)对MWCNTs进行包覆改性。结果发现,用PEI对MWCNTs进行包覆后其在PEEK中的分散性更好。此外,Fe3O4纳米粒子也选用两种方法实现其在PEEK基体中的有效分散,分别是采用SiO2包覆或者将其沉积在多壁碳纳米管上。结果发现Fe3O4纳米粒子沉积在PEI包覆的碳管上可以更好地实现其在PEEK基体树脂中的分散。MWCNTs和Fe3O4纳米粒子在PEEK基体中的均匀分散有利于构筑高性能聚醚醚酮基电磁屏蔽复合材料。
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