具有疏水功能的PVDF复合织物制备以及电磁屏蔽性能的研究

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在现代技术的快速发展下,电磁干扰问题日趋严重,研发高性能的电磁干扰屏蔽材料具有十分重要的意义和商业应用前景。近年来,电磁屏蔽材料不断朝着“薄、轻、宽、强”以及耐腐蚀的方向发展,国内外众多学者已经研发了种类繁多性能优良的电磁屏蔽材料,导电聚合物电磁屏蔽复合材料是目前极具研发和应用价值的电磁屏蔽材料,改善导电聚合物复合材料的电磁屏蔽性能并投入应用仍有很多的挑战。本文以聚偏氟乙烯PVDF为基体,碳纳米管CNT和石墨烯片GnP为填料,以简单易行的工艺方法,通过调控组分和微观结构的方法设计了一系列具有不同电磁屏蔽效能的PVDF基导电聚合物电磁屏蔽材料。(1)通过溶液纺丝法和热压法制备PVDF/CNT复合材料,碳系导电填料一维CNT的引入能够改变复合材料的导电性,进而对电磁屏蔽性能产生影响。当CNT含量从0.5 wt%加到10 wt%,PVDF/CNT复合薄片的电导率从5.7×10-6 S/cm提高到0.05 S/cm,电磁屏蔽效能从2 dB增加到21.1 dB,能够满足商业应用的需求。该PVDF/CNT复合薄片的屏蔽机理以吸收损耗为主,反射损耗为辅。PVDF/CNT复合薄片具有一定的疏水性。(2)通过溶液纺丝法和热压法制备PVDF/GnP复合材料,GnP为非磁性填料,主要靠导电性来影响电磁屏蔽性能,因此重点研究了GnP对复合材料电导率和电磁屏蔽性能的影响。GnP含量从10 wt%增加到80 wt%时,PVDF/GnP复合薄片的电导率5.5×10-4 S/cm到0.11 S/cm,电磁屏蔽效能从5.7 dB增加到22.4 dB。文中采用N-N二甲基甲酰胺(DMF)对PVDF/GnP复合薄片进行处理,溶解掉部分PVDF后,复合材料的电磁屏蔽性能发生改变。(3)同样采用溶液纺丝法和热压法制备PVDF/CNT/GnP复合材料,控制CNT含量保持5 wt%,随着GnP含量增加,CNT和GnP的共同作用使复合材料内部产生了大量的界面损耗、极化损耗以及介电损耗,PVDF/CNT/GnP复合薄片的屏蔽效能不断增大,并优于只有同样GnP浓度的PVDF/GnP复合薄片。当GnP含量为80 wt%,PVDF/CNT/GnP复合薄片的电导率达到0.35 S/cm,电磁屏蔽效能达到25.4dB。此外,本论文研究了样品厚度对电磁屏蔽性能的影响,GnP含量60 wt%,1层,2层,3层叠加的PVDF/CNT/GnP复合薄片电磁屏蔽效能分别为19.9 dB,22.3dB,26.5 dB。文中同时也研究了PVDF/CNT/GnP复合薄片对水的亲疏性,发现随着GnP的增加,该材料的疏水性得到提高。结果表明,通过简单易操作的溶液纺丝法和热压法能够制备出在较低填料含量下满足商业要求的电磁屏蔽复合织物,并且发现材料的复合化和多元化更有利于提高材料的电磁屏蔽性能,为PVDF基复合织物在智能可穿戴电磁屏蔽领域的应用提供一些理论依据和指导意义。
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