一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽PEEK复合材料及其制备方法

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽peek复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着大功率电子器件小型化的快速推进，电子器件的散热问题已成为影响稳定性和可靠性的瓶颈。此外，电磁污染也是影响设备稳定运行和人类健康的不良元凶。因此，人们寄予厚望，希望同时制造具有出色导热性和电磁干扰(emi)屏蔽性能的材料。聚合物因其柔韧性、优异的加工性能、重量轻和优异的耐腐蚀性而引起人们的广泛关注，作为这种双功能复合材料的基体。然而，纯聚合物具有低导热系数(0.10-0.25wm-1·k-1)和不良的emi屏蔽效果(se)。通常，高导电填料被掺入聚合物中，通过构建连续的导热和导电网络来开发双官能复合材料。传统的导热复合材料需要用高体积分数(>50vol％)的热填料填充，才能在室温下获得<5w/m·k的高导热率。然而，填料的高负载导致聚合物基复合材料的加工困难、高密度、高成本等问题。此外，填料在基体中的随机分布和界面相互作用差，热能主要通过绝缘材料中的晶格振动(声子)传递，填料/填料界面和/或填料/聚合物基体界面之间存在不良耦合，导致明显的热阻，很难实现高导热、导电和电磁屏蔽性能。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽peek复合材料及其制备方法，解决上述问题。

2、为了解决上述高填料量和导热电磁屏蔽性能提升不足的问题，本发明设计了一种具有界面金属化的三维隔离结构peek(聚醚醚酮)复合材料。引入了碳基填料和金属填料，协同发挥两种填料的优势实现降低填料量的同时实现高导热高电磁屏蔽性能。不同于随机混合，本发明在peek基体中构建了高效的金属—碳三维隔离网络结构，利用界面粘合剂peek-二硫戊烷将碳基填料和金属镍固定在peek表面，降低填料使用量同时降低了界面热阻，实现了高导热电磁屏蔽性能。这种在聚合物基体中构建金属—碳三维隔离网络的可行方法为开发用于下一代通信应用的经济实惠的高性能emi屏蔽复合材料提供了新的可能性。

3、本发明的技术方案是这样实现的：

4、一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将可溶性的聚醚醚酮1,3-二硫戊环溶于甲基吡咯烷酮中，形成界面粘合剂溶液；

6、(2)将聚醚醚酮peek固体颗粒加入到所述界面粘合剂溶液中，超声分散；

7、(3)超声分散后再加入石墨烯和碳纳米管，继续超声，搅拌形成均匀的分散液；

8、(4)将步骤(3)的分散液缓慢地倒入乙醇溶液中，形成具有隔离结构的peek复合微粒；

9、(5)利用化学镀镍的方式，将金属镍镀在步骤(4)peek复合微粒表面，形成金属—碳三维隔离网络的peek复合微粒；

10、(6)在340～360℃温度下热压缩形成，金属—碳三维隔离网络的peek复合材料。

11、进一步的，步骤(1)，所述界面粘合剂溶液的浓度为1.5～2.5wt％。

12、进一步的，步骤(2)，所述peek固体颗粒与界面粘合剂溶液的料液比为90～110g:0.8～1.2l。

13、进一步的，步骤(2)，所述超声分散的时间为2～3h。

14、进一步的，步骤(3)，所述石墨烯和碳纳米管的质量比为7.5～8.5:1.5～2.5；所述碳基填料总重量为peek固体颗粒和碳基填料总重量的10％～40％。

15、进一步的，步骤(3)，所述超声时间为3～4h，搅拌时间为10～12h。

16、进一步的，步骤(3)，所述乙醇溶液的体积浓度为90～95％，所述分散液与乙醇溶液的体积比为0.8～1.2:2.5～3.5。

17、进一步的，步骤(6)，所述热压缩的温度为340～345℃。

18、进一步的，步骤(5)，所述化学镀镍的步骤：

19、s1、将具有隔离结构的peek复合微粒进行的碱洗，去离子水清洗至中性；

20、s2、将s1碱洗后的复合微粒置于敏化液中，超声敏化，过滤清洗备用；

21、s3、将s2敏化后的复合微粒加入到活化液中，超声活化，过滤清洗备用；

22、s4、取六水合氯化镍、二水合柠檬酸钠、磷酸二氢钠单水合物和水按混合，得到化学镀液；

23、s5、将s3活化好的复合微粒转移至s4化学镀液中，调ph值到4.5～4.8，加热到87～89℃，反应25～35min，过滤后反复清洗到无色，真空干燥得到具有金属化三维隔离结构的peek复合微粒。

24、更进一步的，步骤(5)，所述化学镀镍的步骤：

25、s1、将具有隔离结构的peek复合微粒进行75～85℃的碱洗0.8～1.2h，去离子水清洗至中性；

26、s2、将s1碱洗后的复合微粒置于敏化液中，超声敏化30～40min，过滤清洗备用；所述敏化液由氯化亚锡、浓盐酸和去离子水按照质量体积比为8～12g:35～45ml:0.8～1.2l制得；氯化亚锡与具有隔离结构的peek复合微粒的质量比为8～12:8～12；

27、s3、将s2敏化后的复合微粒加入到活化液中，超声活化20～30min，过滤清洗备用；所述活化液由氯化钯、浓盐酸和去离子水按照质量体积比为0.04～0.06g:8～12ml:0.8～1.2l制得；氯化钯与具有隔离结构的peek复合微粒的质量比为0.04～0.06:8～12；

28、s4、取六水合氯化镍、二水合柠檬酸钠、磷酸二氢钠单水合物和水按照质量体积比35～45g:55～65g:75～85g:2～3l混合，得到化学镀液；

29、s5、将s3活化好的复合微粒转移至s4化学镀液中，调ph值到4.5～4.8，加热到87～89℃，反应25～35min，过滤后反复清洗到无色，真空干燥得到具有金属化三维隔离结构的peek复合微粒。

30、一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽peek复合材料，由本发明任一项所述的制备方法制得。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、(1)本发明克服了传统导热电磁屏蔽复合材料需要高体积分数的(50vol％)填料填充下才能实现5w/m·k的高导热率的困难，构建了三维隔离结构，利用与peek基体结构相似的界面粘合剂将碳基填料石墨烯，碳纳米管固定在peek表面，使填料选择性分布在peek基体表面，在降低填料使用量的情况下实现了高导热率，同时选择与基体结构相似的界面粘合剂可以实现降低界面热阻。同时在复合微粒表面引入了磁性金属镍，进一步加强了复合材料的电磁屏蔽性能，实现在10wt％的低填充量下，实现大于20db的屏蔽效能，充分满足了军用应用领域对电磁屏蔽材料的要求。

33、(2)本发明制备金属化的三维隔离结构的peek复合材料，同步提升导热和电磁屏蔽性能。

技术特征：

1.一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)，所述界面粘合剂溶液的浓度为1.5～2.5wt％；步骤(2)，所述peek固体颗粒与界面粘合剂溶液的料液比为90～110g:0.8～1.2l。

3.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)，所述超声分散的时间为2～3h。

4.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)，所述石墨烯和碳纳米管的质量比为7.5～8.5:1.5～2.5；所述碳基填料总重量为peek固体颗粒和碳基填料总重量的10％～40％。

5.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)，所述超声时间为3～4h，搅拌时间为10～12h。

6.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)，所述乙醇溶液的体积浓度为90～95％，所述分散液与乙醇溶液的体积比为0.8～1.2:2.5～3.5。

7.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)，所述热压缩的温度为340～345℃。

8.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)，所述化学镀镍的步骤：

9.根据权利要求1所述的高导热电磁屏蔽peek复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)，所述化学镀镍的步骤：

10.一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽peek复合材料，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结本发明提供一种具有界面金属化三维隔离结构的高导热电磁屏蔽PEEK复合材料及其制备方法。制备方法包括以下步骤：(1)将可溶性的聚醚醚酮1,3‑二硫戊环溶于甲基吡咯烷酮中，形成界面粘合剂溶液；(2)将PEEK固体颗粒加入到所述界面粘合剂溶液中，超声分散；(3)超声分散后再加入石墨烯和碳纳米管，继续超声，搅拌形成均匀的分散液；(4)将分散液缓慢地倒入乙醇溶液中，形成具有隔离结构的PEEK复合微粒；(5)利用化学镀镍的方式，将金属镍镀在PEEK复合微粒表面，形成金属—碳三维隔离网络的PEEK复合微粒；(6)在340～360℃温度下热压缩形成，金属—碳三维隔离网络的PEEK复合材料。本发明制备金属化的三维隔离结构的PEEK复合材料，同步提升导热和电磁屏蔽性能。技术研发人员：牟建新,王祎璠,连鹏博,柏亚庚,贺雅姝,谷禹宣,成霖,温丰宇,谭皓元,马杰润受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12