【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于功能高分子，具體而言，涉及一種具有阻燃和電磁屏蔽特性的有機(jī)-無機(jī)雜化的仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、目前，電磁波污染被認(rèn)為是僅次于空氣、水和噪聲污染的第四大污染，高密度的電磁能量被輻射到空氣中，造成嚴(yán)重的電磁波污染，不僅危及人體健康，還危及信息安全和精密儀器的運(yùn)行可靠性。傳統(tǒng)金屬屏蔽材料因密度低、柔韌性差、吸收帶寬窄和耐化學(xué)腐蝕性低，在一定程度上限制了它們的廣泛應(yīng)用；此外，人們對電子產(chǎn)品的輕量化、便攜性、可穿戴性等要求也逐漸提高，因此，為適應(yīng)人們對先進(jìn)材料的需求，亟需尋找傳統(tǒng)金屬電磁屏蔽材料的可代替品。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料(cpcs)具有柔韌性好、導(dǎo)電性能好、加工方便等優(yōu)勢，已被公認(rèn)為是最有前途的電磁屏蔽材料。將cpcs材料和智能材料結(jié)合，賦予智能化，也是未來電磁屏蔽材料發(fā)展的前景方向。
2、形狀記憶聚合物，簡稱smp，是一種在外界環(huán)境刺激下主動發(fā)生形狀變化的智能材料，因其質(zhì)輕、價廉、變形大、易加工等特點，在航空航天、空間可展開結(jié)構(gòu)、生物醫(yī)學(xué)工程、防偽工程、軟機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。形狀記憶聚酰亞胺(smpi)具有耐高低溫、力學(xué)性能好、柔性、尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕和耐輻射等優(yōu)點，受到了研究者的廣泛青睞。但由于smpi電阻率高、介電常數(shù)低，需要對其改性以滿足電磁屏蔽方面的應(yīng)用需求。過渡金屬碳/氮化合物(mxene)是一種多元素組成的二維納米材料，通過選擇性刻蝕max相中的活潑金屬元素得到的，其中ti3c2tx是目前研究最為廣泛的，其表面含有豐富的-oh、-o、
3、綜上，電磁波污染不僅危及人體健康，同時也危及信息安全和精密儀器的運(yùn)行可靠性，如何對電磁波進(jìn)行有效防護(hù)，使設(shè)備免受電磁波輻射和干擾是亟待解決的問題。另外，電磁屏蔽功能材料吸收電磁波并將其轉(zhuǎn)化為熱量，導(dǎo)致設(shè)備工作溫度升高，因此保護(hù)設(shè)備免受火災(zāi)危害也是必須解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料電磁屏蔽效能低，無法兼顧高阻燃性的問題，提供一種具有阻燃和電磁屏蔽特性的有機(jī)-無機(jī)雜化的仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。本專利技術(shù)利用智能聚合物材料和二維插層復(fù)合物耦合設(shè)計了具有阻燃和電磁屏蔽特性的有機(jī)-無機(jī)雜化的形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，形成類似蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)，賦予復(fù)合材料優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能，未來可應(yīng)用于自適應(yīng)柔性熱管理電磁屏蔽器件及智能穿戴設(shè)備等。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案如下：
3、一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，所述復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)式如下所示：
4、
5、其中，n的取值范圍為100-165。化學(xué)式中斜杠左邊是聚合物基體樹脂，右邊是粒子，兩者形成復(fù)合材料。
6、進(jìn)一步地，所述復(fù)合材料由聚苯胺和mxene插層復(fù)合物(ti3c2tx@pani)和含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺(smpi)制備而成；其中，所述含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺由4，4’-二氨基二苯醚(oda)、六氟異丙基鄰苯二甲酸酐(6fda)、阻燃劑2，4，6-三溴苯胺(tba)三元單體合成，4，4’-二氨基二苯醚和2，4，6-三溴苯胺的總物質(zhì)的量與六氟異丙基鄰苯二甲酸酐的物質(zhì)的量比為1：1-1.05，2，4，6-三溴苯胺質(zhì)量占含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺質(zhì)量的2wt％-10wt％。
7、阻燃劑2，4，6-三溴苯胺(tba)通過化學(xué)接枝到形狀記憶聚酰亞胺分子鏈段當(dāng)中，解決了阻燃劑物理填充易析出、填充不均勻的缺點，同時6fda當(dāng)中含有f元素，也具有阻燃功能，兩者可共同提高smpi的阻燃性；另外，smpi復(fù)合材料燃燒時，ti3c2tx在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)，ti-oh逐步受熱轉(zhuǎn)變?yōu)閠i-o-ti，并與氧氣和水進(jìn)一步反應(yīng)生成tio2和c，產(chǎn)生的tio2可以在mxene-smpi界面上形成一層物理保護(hù)層，包裹住smpi炭化后產(chǎn)生的殘渣，有效防止材料燃燒和火焰的進(jìn)一步傳播，提高材料阻燃和耐火性能。
8、進(jìn)一步地，所述聚苯胺和mxene插層復(fù)合物(ti3c2tx@pani)與含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺的質(zhì)量比為5～20：100。
9、進(jìn)一步地，所述聚苯胺和mxene插層復(fù)合物中，聚苯胺的質(zhì)量百分比為10％。ti3c2tx@pani插層復(fù)合物作為電磁屏蔽粒子，其中片層褶皺結(jié)構(gòu)的插層復(fù)合物可作為仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)，提高基體smpi的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能，且增強(qiáng)粒子與樹脂之間的界面結(jié)合力。
10、一種上述的仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，所述方法為：
11、步驟s1、取少片層或單片層ti3c2tx樣品分散于n，n-二甲基乙酰胺(dmac)溶劑中，于40℃下充分?jǐn)嚢?8h，超聲處理4h，再稱取聚苯胺粉末加入上述dmac溶液中繼續(xù)超聲4h進(jìn)行插層反應(yīng)，即得ti3c2tx@pani插層復(fù)合物懸濁液；
12、步驟s2、將oda和tba溶解于dmac溶劑中，得到含-nh2基團(tuán)的混合溶液；
13、步驟s3、將6fda分4-6次加入所述含-nh2基團(tuán)的混合溶液中，n2氛圍，室溫反應(yīng)20h，得到聚酰胺酸溶液，命名為paa；
14、步驟s4、將ti3c2tx@pani插層復(fù)合物懸濁液倒入所述paa溶液中，攪拌均勻，得到含有ti3c2tx@pani插層復(fù)合物的paa混合溶液；
15、步驟s5、將上述paa混合溶液澆注至基板上，置于真空烘箱中進(jìn)行真空干燥處理，去除氣泡，得到不含氣泡的paa混合溶液基板；
16、步驟s6、將所述不含氣泡的paa混合溶液基板置于高溫烘箱中，梯度升溫進(jìn)行熱亞胺化，得到含聚酰亞胺薄膜的基板；
17、步驟s7、將所述含聚酰亞胺薄膜的基板置于水中保持1-2h，完成脫模，經(jīng)過干燥后，得到具有阻燃和電磁屏蔽特性的有機(jī)-無機(jī)雜化的仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料。
18、進(jìn)一步地，步驟s3中，所述聚酰胺酸溶液中，聚酰胺酸的濃度為17-24wt％。
19、進(jìn)一步地，步驟s5中，所述真空干燥處理，包括：控制烘箱溫度為50℃，保持6h，然后升溫至80℃，保持6h，再抽真空。
20、進(jìn)一步地，步驟s6中，所述梯度升溫包括：升溫速率為5℃/min，升溫至140℃，保持2h；升溫速率為5℃/min，升溫至200℃，保持2h；升溫速率為5℃/min，升溫至260℃，保持2h；升溫速率為5℃/min，升溫至300℃，保持2h。
21、一種上述的制備方法制備的仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料在自適應(yīng)主動變形的先進(jìn)飛行器、電子電器、熱管理電磁屏蔽器件及智能穿戴設(shè)備等尖端科技領(lǐng)域的應(yīng)用。比如：自適應(yīng)熱管理電磁屏蔽保護(hù)罩，可保護(hù)內(nèi)部設(shè)備免受電磁屏蔽干擾，當(dāng)設(shè)備溫度過高，達(dá)到smpi復(fù)合材料玻本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)式如下所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述復(fù)合材料由聚苯胺和MXene插層復(fù)合物和含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺制備而成；其中，所述含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺由4，4’-二氨基二苯醚、六氟異丙基鄰苯二甲酸酐、2，4，6-三溴苯胺三元單體合成，4，4’-二氨基二苯醚和2，4，6-三溴苯胺的總物質(zhì)的量與六氟異丙基鄰苯二甲酸酐的物質(zhì)的量比為1：1-1.05，2，4，6-三溴苯胺質(zhì)量占含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺質(zhì)量的2wt％-10wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述聚苯胺和MXene插層復(fù)合物與含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺的質(zhì)量比為5～20：100。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述聚苯胺和MXene插層復(fù)合物中，聚苯胺的質(zhì)量百分比為10％。
5.一種權(quán)利要求1～4任一項所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中，所述聚酰胺酸溶液中，聚酰胺酸的濃度為17-24wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟S5中，所述真空干燥處理，包括：控制烘箱溫度為50℃，保持6h，然后升溫至80℃，保持6h，再抽真空。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟S6中，所述梯度升溫包括：升溫速率為5℃/min，升溫至140℃，保持2h；升溫速率為5℃/min，升溫至200℃，保持2h；升溫速率為5℃/min，升溫至260℃，保持2h；升溫速率為5℃/min，升溫至300℃，保持2h。
9.一種權(quán)利要求5～8任一項所述的制備方法制備的仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料在自適應(yīng)變形的先進(jìn)飛行器、電子電器、熱管理電磁屏蔽器件及智能穿戴設(shè)備方面的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)式如下所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述復(fù)合材料由聚苯胺和mxene插層復(fù)合物和含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺制備而成；其中，所述含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺由4，4’-二氨基二苯醚、六氟異丙基鄰苯二甲酸酐、2，4，6-三溴苯胺三元單體合成，4，4’-二氨基二苯醚和2，4，6-三溴苯胺的總物質(zhì)的量與六氟異丙基鄰苯二甲酸酐的物質(zhì)的量比為1：1-1.05，2，4，6-三溴苯胺質(zhì)量占含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺質(zhì)量的2wt％-10wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述聚苯胺和mxene插層復(fù)合物與含氟、溴類形狀記憶聚酰亞胺的質(zhì)量比為5～20：100。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種仿蜘蛛絲微結(jié)構(gòu)形狀記憶聚酰亞胺復(fù)合材料，其特征在于：所述聚苯胺和mxene插層復(fù)合物中，聚苯胺的質(zhì)量百分比為10％。
5.一種權(quán)利要求1～4任一項所述的一...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉彥菊，王曉飛，冷勁松，戴瑛，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。