利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，包括以下步骤：(1)将1D纳米填料和2D纳米填料与聚合物基体材料熔融共混，将所得共混物制备成成型坯体；该成型坯体中，1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％；(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡，在泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，2D纳米填料周围的1D纳米填料受到纳米限域剪切作用，能促进1D纳米填料在泡孔壁中的面内取向。当1D纳米填料为导电纳米纤维时，通过调控2D纳米填料的种类，以及1D纳米填料与2D纳米填料的含量和比例关系，通过本发明专利技术的方法即可提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能、电磁屏蔽性能或介电性能。电性能。

【技术实现步骤摘要】
利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法


[0001]本专利技术属于聚合物纳米复合材料制备
，涉及利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法。

技术介绍

[0002]高分子材料具有重量轻、柔性、耐腐蚀等优势，在诸多领域广泛应用。具有不同形貌结构的碳纳米材料，例如零维(0D)炭黑(CB)，一维(1D)碳纳米管(CNT)和二维(2D)石墨烯(GNS)等，常作为功能填料添加到高分子材料基体中，可以显著提高高分子材料的物理化学性能，使得所制备得到的高分子复合材料广泛应用于智能传感材料、电磁屏蔽材料、介电储能材料、导热材料以及抗老化材料等。
[0003]根据当前的研究发现，将具有高导电性的碳系填料添加到高分子材料基体中，可以赋予材料优异的电学性能。碳系填料填充的高分子纳米复合材料的电学性能主要包括介电性能和导电性能。在碳系填料填充的高分子材料的介电性能方面，大量碳系导电填料的加入，可以在高分子材料基体中形成大量的微电容结构，从而显著提高材料的介电常数。在碳系填料填充的高分子材料的导电性能方面，随着高分子纳米复合材料中导电填料浓度逐渐升高，相邻导电填料相互搭接，形成连通的3D导电网络结构时，材料的导电性能会得到显著提高，材料可以实现从绝缘材料到导电材料的转变。碳系填料填充的高分子纳米复合材料的电学性能与其内部导电填料的3D网络结构密切相关。
[0004]一维纳米填料的取向结构设计可用于增强纳米复合材料中的界面极化填料网络结构和联通的导电网络结构。对于介电纳米复合材料，Liu等人结合静电纺丝法和热压法制备具有取向填料网络结构的碳纳米管(CNT)/聚砜介电复合材料，在宽频率范围内(1kHz至40兆赫)提高了纳米复合材料的击穿性能和介电性能。对于导电纳米复合材料，Du等人发现CNT/聚(甲基丙烯酸甲酯)纳米复合材料的电导率(平行于排列方向)随着纳米填料取向程度的提高而提高。王等人发现，CNT取向排列形成了快速热传导和电子传输所需的路径，因此纳米复合材料表现出优异的面内热导率和电磁屏蔽性能。智久等人也发现取向的CNT网络结构有利于增强CNT/聚乙烯纳米复合薄膜的电磁屏蔽性能。因此，取向填料网络结构有利于提高纳米复合材料的介电性能和电磁屏蔽性能。
[0005]近年来，研究人员针对1D取向和2D取向纳米复合材料进行了大量研究，然而，1D取向和2D取向的纳米填料结构设计，不利于制备具有各向同性物理化学性能的介电材料和电磁屏蔽材料。如果能使得1D纳米材料在发泡材料的3D孔壁中取向，则有利于制备高性能的介电材料和电磁屏蔽材料。然而，在发泡材料制备过程中，孔壁的拉伸作用在促进1D填料取向的同时，会导致1D纳米填料的间距增大，从而破坏填料界面结构和搭接网络结构。因此，如果能在避免孔壁拉伸作用的同时提高1D纤维状填料在3D薄膜内部的取向，是有助于制备出高性能的介电、导电及电磁屏蔽材料的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，以促进一维填料在发泡材料的泡孔壁中的面内取向作用，进而增强纳米填料的界面极化作用和导电联通网络结构，从而制备高性能的聚合物纳米复合材料。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，包括以下步骤：
[0009](1)将1D纳米填料和2D纳米填料与聚合物基体材料熔融共混，将所得共混物制备成成型坯体；该成型坯体中，1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％；
[0010](2)利用高压流体对成型坯体进行发泡，在泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，2D纳米填料周围的1D纳米填料受到纳米限域剪切作用，能促进1D纳米填料在泡孔壁中的面内取向。
[0011]上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，所述1D纳米填料为导电纳米纤维，所述2D纳米填料为介电纳米片状材料或者导电纳米片状材料。
[0012]上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。进一步地，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料，且1D纳米填料和2D纳米填料的质量比为(8～8.5)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。更进一步地，当所述2D纳米填料为六方氮化硼纳米片，1D纳米填料为碳纳米纤维，1D纳米填料和2D纳米填料的质量比为(8～8.5)：1时，且1D纳米填料的量占聚合物基体材料的5wt％～6wt％时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。
[0013]上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，当所述2D纳米填料为导电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能。进一步地，当所述2D纳米填料为导电纳米片状材料，且1D纳米填料与2D纳米填料的质量比为(1～2)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能及电磁屏蔽性能。更进一步地，当所述2D纳米填料为石墨烯纳米片，1D纳米填料为碳纳米纤维，1D纳米填料与2D纳米填料的质量比为(1～2)：1时，且1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能及电磁屏蔽性能。
[0014]上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，步骤(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡的方法如下：
[0015]将成型坯体置于高压腔体中，向高压腔体中通入作为物理发泡剂的气体，控制高压腔体内的温度至发泡温度，控制高压腔体内的压力至物理发泡剂转变为超临界状态，保
持前述温度和压力条件进行溶胀直到发泡剂在坯体中达到饱和，然后泄压发泡。
[0016]步骤(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡时，所采用的发泡温度参照现有高压流体发泡技术进行确定即可，例如，对于半结晶高分子材料而言，发泡温度一般在半结晶高分子材料的熔点附近，对于非晶态高分子材料而言，发泡温度一般小于非晶态高分子材料的玻璃化温度。
[0017]本专利技术利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的原理主要如下：
[0018]高分子基体材料的分子链在二维纳米填料上会发生吸附，利用该吸附作用来限制高分子基体材料的分子链在二维纳米填料界面上的迁移率。在泡孔生长过程中，即在纳米尺度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将1D纳米填料和2D纳米填料与聚合物基体材料熔融共混，将所得共混物制备成成型坯体；该成型坯体中，1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％；(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡，在泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，2D纳米填料周围的1D纳米填料受到纳米限域剪切作用，能促进1D纳米填料在泡孔壁中的面内取向。2.根据权利要求1所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，所述1D纳米填料为导电纳米纤维，所述2D纳米填料为介电纳米片状材料或者导电纳米片状材料。3.根据权利要求2所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。4.根据权利要求3所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料，且1D纳米填料和2D纳米填料的质量比为(8～8.5)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。5.根据权利要求4所述利用二维填料促进一维填料在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光宪，马昊宇，龚鹏剑，陈登阳，
申请(专利权)人：长链轻材南京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：