1.一种兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的复合材料，其特征在于：它包含碳纳米管、聚合物和偶联剂三种组分，三种组分的重量配比为：碳纳米管0.05～20份，聚合物40～99.9份，偶联剂0.05～40份。

2.根据权利要求1所述的兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的复合材料，其特征在于：碳纳米管是外径为0.4～100nm、长度为10nm～1mm的单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的复合材料，其特征在于：偶联剂是蒙旦蜡、OP、那巴蜡、聚乙烯醋酸乙烯、十二烷基苯磺酸钠、低分子量聚酰胺、硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂中的至少一种。

4.按照权利要求1所述的兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的复合材料，其特征在于：聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、ABS、聚丙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂和/或橡胶中的至少一种。

5.一种制备权利要求1所述兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的复合材料的方法，其特征在于包括步骤：

1)按重量取碳纳米管0.05～20份、聚合物40～99.9份、偶联剂0.05～40份，将三种组分加入到高速混合机中混合均匀；

2)将步骤1所得混合物通过计量泵加入到双螺杆挤出机或密炼机中，螺杆转速为40-150转/分，温度为180-280℃，经挤出、切粒后得到含碳纳米管的复合母粒；

3)将步骤2所得母粒采用注塑或模压方法，制成板材、管材及复杂形状的制品；或将步骤2所得母粒在真空烘箱中干燥后，采用常规纺丝工艺制备成复合纤维。

6.一种制备权利要求1所述兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的复合材料的方法，其特征在于包括步骤：

1)将碳纳米管及偶联剂在有机溶剂中超声分散；将聚合物溶于其良溶剂中。

2)将上述两种溶液混合，用超声波进行分散处理，分散处理温度为20-50℃，处理时间为0.5-24小时，然后加入固化剂，继续超声处理。

3)将步骤b中制得的混合溶液浇铸到模具中，在室温下自然固化，或在50-150℃下加热固化成型，得到具有电磁屏蔽及雷达波吸收功能的碳纳米管/聚合物复合材料。

技术领域

[0001]本发明涉及一种兼具电磁屏蔽及雷达波吸收功能的碳纳米管/聚合物复合材料及其制备方法，属于功能复合材料领域。

背景技术

[0002]现代电子技术的飞速发展，推动了社会经济的全面进步。与此同时，随着电子设备走进千家万户，也使电磁辐射无处不在。电磁波没有方向性，几乎可以穿透绝大部分非金属物体，无法将它限制在某个空间，也不易与人群隔离。

[0003]电磁辐射会对各种电子设备、信息系统造成电磁干扰，造成数据传输错误，引发各种事故。更为严重的是，人体长期暴露于电磁辐射之下，可能使细胞膜和蛋白质结构发生改变，破坏人体的生物结构和神经系统，产生视力下降、记忆减退、精神紊乱等后果，严重者甚至会诱发癌症、白血病等。

[0004]一些发达国家早就颁布了控制电磁辐射的法规，我国从1998年起开始推行电磁兼容标准，并从2000年起强制执行。国家对电磁辐射的防护明确规定了职业照射导出限值，即电磁辐射的功率密度不能超过20μW/cm2；在生活环境中不能超过40μW/cm2。

[0005]传统的方法是采用金属壳体来屏蔽电磁波，但具有成本较高、比重大、难于制成复杂形状等缺点。高分子材料具有质量轻、综合性能好、成型加工性好、价格低廉等优点，在国防、军工、建筑及服装等众多的领域得到大规模推广应用。由于绝大部分高分子材料对电磁波几乎是透明的，为了使其具有屏蔽效果，一种方法是再添加一层金属网或金属箔(中国专利，申请号0254299.6，03107505.3)，但制作工艺复杂，层与层之间容易分离。另一种方法是采用电镀(或化学镀)在聚合物表面覆盖金属导电层，从而产生屏蔽性能，该方法的缺点是工艺复杂、成本较高、产品尺寸受到限制等。

[0006]雷达波吸收(RAM)材料是另一类在高新技术，尤其是在国防军工领域起到重要作用的新材料。在现代战争中，飞机、导弹、舰艇和坦克等先进武器的威力是极其巨大的，他们几乎影响着整个战争的进程。但随着以雷达为代表的各种侦察技术的迅速发展，这些重型武器的生存受到了致命的威胁。雷达的使用不分昼夜，不受气候限制，能够在很远的距离快速、准确地发现和测定目标位置，并引导火炮、导弹等对目标进行致命的打击。

[0007]雷达吸波技术作为增加武器系统生存和突防能力，提高总体作战效能的有效手段，受到世界各军事大国的高度重视。美国在这方面处于领先地位，洛克希德公司研制的F-117战斗机在采用特殊结构的同时，使用了多达六种雷达波吸收材料，其雷达散射截面仅相当于一只小鸟。

[0008]雷达吸波材料主要是通过谐振、电损耗和磁损耗等方式将入射雷达波转换成热能而损耗掉。雷达波吸收剂是吸波材料核心，它应具备密度小、频带以及适应特殊环境等特性。现有的雷达波吸收剂主要是以铁氧体为代表的金属粉末及纤维(中国专利，申请号00135713.1，00816488.6)。此类吸波材料的加工工艺复杂，密度较大，环境适应性较差等弱点。据报道，F-117很少在雨天出击，就是因为潮湿会使吸波材料的性能下降。

[0009]电磁屏蔽和雷达波吸收是两种截然不同的性质，现有的电磁屏蔽技术主要是利用材料高的导电性将入射电磁波反射或折射掉，防止其进入材料内部。而雷达波吸收是希望电磁波进入吸波材料内部，并通过电、磁损耗将它转变为热能，尽量减少电磁波的反射率。这两种性能之间存在较大的矛盾，然而，在航空航天等尖端技术领域，往往既需要二者兼备。以新型战斗机和轰炸机为例，为了防止外来信号干扰通讯和控制系统，需要具备电磁屏蔽的功能；为了避免被敌方雷达过早发现，提高生存和突击能力，希望它具有雷达波吸收的效果。

[0010]传统材料很难达到兼具屏蔽和吸波效果的要求。近年来，新型纳米材料的出现使实现这一目标的成为可能。碳纳米管既具有电磁屏蔽的能力，同时表现出较强的宽频雷达波吸收性质。同时，碳纳米管具有优异的力学性能(可达钢的100倍)、很好的导电性(可达铜的1000倍)、导热性和高温稳定性，其质量轻，容易成形加工。美国航空航天局(NASA)非常重视碳纳米管及其相关产品的研究，已成立了专门的项目组开发航天用特种功能复合材料。针对屏蔽和吸波材料“薄、轻、宽、强”等方面的要求，碳纳米管在这一领域有广阔的应用前景。

[0011]Glatkowski等(US Patent 6265466，July 24，2001)制备了具有电磁屏蔽效果的碳纳米管/聚合物复合材料，并对材料的反射率和介电常数作了检测。宁金威等(中国专利，申请号03129563.0)研制了具有微波吸收功能的碳纳米管/陶瓷复合材料，并测定了其吸波效果。但是到目前为止，还未见兼具屏蔽和吸波性能的复合材料的报道。

发明内容

[0012]本发明的目的是提供一种质量轻、成型加工性好、兼具电磁屏蔽和雷达波吸效果的复合材料及其制备方法。

[0013]本发明复合材料包含碳纳米管、聚合物和偶联剂三种组分组成，这三种组分的重量配比为：碳纳米管0.05～20份，聚合物40～99.9份，偶联剂0.05～40份。

[0014]较佳地，碳纳米管选自外径为0.4～100nm，长度为10nm～1mm的单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管中的至少一种。

[0015]聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、ABS、聚丙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂和/或橡胶中的至少一种。

[0016]偶联剂选自蒙旦蜡、OP、那巴蜡、聚乙烯醋酸乙烯、十二烷基苯磺酸钠、低分子量聚酰胺、硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂中的至少一种。

[0017]本发明复合材料的一种制备方法包括步骤：

[0018]1.按重量取碳纳米管0.05～20份、聚合物40～99.9份、偶联剂0.05～40份，将三种组分同时加入到高速混合机中，混合温度为70-120℃，混合均匀；

[0019]2.将步骤1所得混合物通过计量泵加入到双螺杆挤出机或密炼机中，螺杆转速为40-150转/分，温度为180-280℃，经挤出并切粒后得到含碳纳米管的复合母粒；

[0020]3.将步骤2所得母粒采用注塑或模压方法，制成板材、管材及复杂形状的制品；或将步骤2所得母粒在真空烘箱中干燥后，采用常规纺丝工艺制备成复合纤维。

[0021]本发明复合材料的另一种制备方法包括步骤：

[0022]1、将碳纳米管及偶联剂在丙酮或DMF等有机溶剂中超声分散；将聚合物溶于丙酮或DMF中。

[0023]2、将上述两种溶液混合，用超声波进行分散处理，处理温度为20-50℃，处理时间为30-480分钟，然后加入胺类固化剂，继续超声处理。

[0024]3、将步骤2制得的混合溶液浇铸到模具中，在室温下自然固化，或在50-150℃下加热固化成型，得到具有电磁屏蔽及雷达波吸收功能的碳纳米管/聚合物复合材料。

[0025]本发明具有如下优点：

[0026]1、本发明复合材料具备很好的电磁屏蔽效果同时又具有吸收雷达波的功能。

[0027]2、由于碳纳米管具有优异的力学性能，使得本发明复合材料具有较高的强度和模量，可在航空航天等特殊条件下使用。

[0028]3、由于碳纳米管的密度仅为钢的1/7，使得本发明复合材料的密度大大低于传统的金属及金属氧化物复合材料。

[0029]4、由于碳纳米管具有优良的导电及导热性能，使得本发明复合材料具有抗静电及易于散热等优点，可望在精密仪器及微电子等领域获得应用。

附图说明

[0030]图1为碳纳米管的透射电镜照片

[0031]图2为碳纳米管的扫描电镜照片

[0032]图3为碳纳米管/环氧树脂复合材料的扫描电镜照片

[0033]图4为碳纳米管/环氧树脂复合材料(实施例5)的电磁屏蔽性能曲线

[0034]图5为碳纳米管/聚酯复合材料(实施例2)的雷达波吸收性能曲线

具体实施方式

[0035]下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属本发明保护范围。

[0036]实施例1：

[0037]将真空干燥后的ABS树脂70份，外径1～10nm、长度1～500μm的单壁碳纳米管碳纳米管20份，OP蜡10份，加入到高速混合机中，混合30分钟。再将该混合物放入密炼机中，螺杆转速控制在40转/分，混炼温度控制在220℃，时间为20分钟。然后用平板硫化机热压成型，得到厚度为1mm，碳纳米管含量为20％的复合材料，该复合材料的电磁屏蔽效果达34dB，雷达波反射率达-21dB。

[0038]实施例2：

[0039]将真空干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)67.2份，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)16.8份，外径2～30nm、长度1μm～1mm的多壁碳纳米管8份，蒙旦蜡8份，加入到高速混合机中，混合30分钟。再通过计量泵将混合物加入双螺杆挤出机中，螺杆转速控制在60转/分，挤出温度控制在230-250℃，经挤出、牵伸，然后使用切粒机切粒，得到复合母粒。将母粒在真空烘箱中干燥，并经注塑机注射成型，获得含碳纳米管的复合材料制品。此产品的厚度为1mm，碳纳米管含量为8％，其电磁屏蔽效果达50dB，雷达波反射率达-26dB。

[0040]实施例3：

[0041]将真空干燥后的尼龙66(PA66)98份，外径1～10nm、长度1～500μm的单壁碳纳米管碳纳米管1份，聚乙烯醋酸乙烯1份，加入到高速混合机中混合30分钟。再通过计量泵将混合物加入到双螺杆挤出机中，螺杆转速控制在60转/分，挤出温度控制在260-280℃，经挤出、切粒得到复合母粒。将母粒在真空烘箱中干燥，然后经纺丝及牵伸获得含单壁碳纳米管的复合纤维，并通过针织获得织物。此织物的碳纳米管含量为1％，其电磁屏蔽效果达20dB。

[0042]实施例4：

[0043]将外径2～50nm、长度1μm～1mm的多壁碳纳米管碳纳米管4份，与8份正硅酸乙酯充分混合，然后将其与酚醛树脂粉末80份及固化剂六次甲基四胺8份一起加入到高速混合机中，混合30分钟。将混合粉末倒入模具中，在平板硫化机上热压固化成型。该复合材料的厚度为1mm，碳纳米管含量为4％，其电磁屏蔽效果达30dB，雷达波反射率达-12dB。

[0044]实施例5：

[0045]将外径1～10nm、长度1～50μm的单壁碳纳米管15份加入到丙酮中，超声分散；取环氧树脂55份溶解于丙酮中。将上述两种溶液混合，并在20℃下超声分散24小时，然后再加入低分子量聚酰胺30份，并继续用超声波处理1小时。将所得混合物浇铸到模具中，在室温下晾干，最后在120℃高温下固化成型。该复合材料的厚度为1mm，碳纳米管含量为15％，其电磁屏蔽效果达49dB，雷达波反射率达-15dB。

[0046]实施例6：

[0047]将外径1～10nm、长度10nm～10μm的单壁碳纳米管0.05份及十二烷基苯磺酸钠0.05份，加入到DMF中，超声分散；取环氧树脂59.9份溶解于DMF中。将上述两种溶液混合，并在50℃下超声分散24小时，然后再加入低分子量聚酰胺40份，并继续用超声波处理0.5小时。将所得混合物浇铸到模具中，在分别在50℃、100℃及150℃下真空固化6小时。所得复合材料的厚度为1mm，碳纳米管含量为0.05％，其电磁屏蔽效果达8dB，雷达波反射率达-5dB。