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电磁辐射对人类生产和生活的困扰无处不在,轻者影响电子设备正常工作,重者危害人类健康,采取电磁屏蔽措施是克服这一问题的有效手段。随着电子技术的迭代升级,电子设备元件也愈加复杂,并向小型化、轻量化、密集化和高效化的方向发展,对新型电磁屏蔽材料提出了轻质高效的更高要求。聚氨酯复合材料因其具有易加工成型、耐化学腐蚀、性能可控和施工方便等优点成为理想的新型电磁屏蔽复合材料基体。为赋予聚氨酯纳米复合材料质轻和高电磁屏蔽性能的双重性能,调控聚氨酯纳米复合材料的微孔结构和导电填料的分散与分布,进而构筑完善的三维导电网络成为新型高性能聚氨酯基电磁屏蔽复合材料的研究关键。本课题的研究工作以水性聚氨酯,聚氨酯硬质泡沫和热塑性聚氨酯为基体,碳纳米材料为导电填料,通过对碳纳米材料表面的非共价键修饰,提高填料在聚氨酯基体内的分散性,并通过改变制备工艺调控填料在基体内的分布和复合材料的微观结构,进而制备一系列具有特定微观结构、高强度、轻质量、高电磁屏蔽效能的聚氨酯复合材料,研究填料形貌和分散状态对复合材料微观结构、导电、电磁屏蔽和力学性能的影响,并探究复合材料结构与性能之间的相互作用机理。主要研究内容如下:1)含离子液体基元的水性聚氨酯纳米复合材料的制备与电磁屏蔽性能研究采用石墨烯/四氧化三铁(GNs/Fe3O4)或多壁碳纳米管/四氧化三铁(MWCNTs/Fe3O4)为混合纳米填料,以绿色环保的水性聚氨酯(WPU)为基体,经共混复合制备功能性WPU纳米复合材料。研究了离子液体(IL)非共价键修饰下GNs和MWCNTs的几何构型对填料分散性,对复合材料PU/GNs-IL和PU/MWCNTs-IL介电性能和电磁屏蔽性能的影响。研究结果表明,碳纳米材料和氨基离子液体(NH2-IL)封端的WPU链段之间存在的阳离子-π键相互作用增强了填料在基体内的分散性和界面相容性,与PU/GNs-IL相比,PU/MWCNTs-IL表现出更为优异的电磁屏蔽和介电性能。进一步采用磁性Fe3O4纳米粒子与碳纳米材料协同增强复合材料的电磁屏蔽效能,结果表明二维几何形貌的GNs可抑制Fe3O4的聚集趋势,并在GNs/Fe3O4混合纳米填料的电磁协同作用下复合材料PU/12GNs-IL/10Fe3O4的电磁屏蔽效能可达到27 d B。2)多壁碳纳米管混合填料对聚氨酯泡孔结构及电磁屏蔽性能影响的研究以长碳纳米管(MWCNT-L)和短碳纳米管(MWCNT-S)为混合填料,采用环境友好的全水发泡法制备聚氨酯纳米复合材料(PU/MWCNT-L-S)。研究多尺度混合填料的长径比和含量对聚氨酯复合材料的泡孔结构、电导率、力学性能和电磁屏蔽性能的影响,探究复合材料结构与性能之间的关系。研究结果表明:在相同填料含量下采用MWCNT-L和MWCNT-S混合填料的PU/MWCNT-L-S复合材料与PU/MWCNT-L相比具有更均匀的泡孔结构,更高的电导率,更优异的力学性能和更高效的电磁屏蔽性能。短长径比的短杆状MWCNT-S具有较高的机械灵敏度,可消除发泡过程中填料对泡孔结构生长的物理屏障作用,形成完整的泡孔结构和构筑三维导电网络。复合材料PU/MWCNT-4L-4S的密度为0.30 g/cm3,压缩强度3.3 MPa,在X波段的电磁屏蔽效能可达20 d B,比屏蔽效能为60.6 d B/(g/cm3),高于同等含量碳纳米管的复合泡沫型电磁屏蔽材料。3)非溶剂诱导相分离法制备具有微孔结构的聚氨酯纳米复合材料及其电磁屏蔽性能研究采用特定结构的聚离子液体(PIL)非共价键修饰多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,以非溶剂诱导相分离法(NIPS)制备具有微孔结构的聚氨酯纳米复合材料(PU/MWCNT/PIL),具有工艺简洁和环境友好等特点。研究了离子液体修饰、填料含量和表干时间对微孔结构和电磁屏蔽性能的影响,探究微孔结构调控和对电磁屏蔽性能影响的机理。研究结果表明,PIL和MWCNT之间存在的阳离子-π键相互作用,提高MWCNT在铸膜液中的分散性,为物理凝胶化相分离成孔提供均匀的异相成核位点,微孔结构完整且均匀,填料含量对复合材料的电导率和电磁屏蔽效能存在正相关性,PU/25MWCNT/PIL的电导率和电磁屏蔽效能分别可达到15.39 S/cm和34 d B。随着表干时间的延长,复合材料微孔结构尺寸减小、电导率和电磁屏蔽性能均逐渐增大,PU/20MWCNT/PIL-120的电导率和电磁屏蔽性能分别可达到8.72 S/cm和58 d B,比屏蔽效能可达到216.1 d B/(g/cm3)。4)磁导与电导协同增强聚氨酯纳米复合材料电磁屏蔽性能研究采用具有高磁导率的包镍碳纳米管(Ni-CNT)和高电导率的多壁碳纳米管为混合填料,在特定结构聚离子液体(PIL)修饰下构筑电导磁导网络,以非溶剂诱导相分离法(NIPS)制备具有微孔结构的聚氨酯复合材料(PU/Ni-CNT/MWCNT/PIL),研究了填料表面修饰机理,分散与分布状态,表干时间和电磁协同作用对复合材料微孔结构、电导率和电磁屏蔽性能的影响。研究结果表明:PIL与填料之间存在阳离子-π键相互作用,增强填料在铸膜液中的分散性,调控形成的微孔结构更致密,分布更均匀,尺寸更小。电磁协同作用增强了复合材料的电磁屏蔽性能,PU/Ni-CNT/PIL和PU/Ni-CNT/MWCNT/PIL的电磁屏蔽效能分别可达到32 d B和64 d B,其中吸收效能占主要作用,比屏蔽效能分别可达到88.9 d B/(g/cm3)和148.8d B/(g/cm3)。