本發(fā)明涉及導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有取向隔離結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著高頻電子儀器以及通訊設(shè)備的廣泛使用，電磁輻射污染日益嚴(yán)重，各種不同能量的電磁波對(duì)人類身體健康和精密電子儀器都會(huì)造成不同程度的危害，因此，需要更多先進(jìn)的電磁屏蔽（EMI）材料來滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用；相比于傳統(tǒng)金屬材料，導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料（CPCs）具有質(zhì)輕、價(jià)廉、成型加工性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具應(yīng)用前景的新型電磁屏蔽材料（J. M. Thomassin, et al. Materials Science and Engineering: R: Reports 2013, 74, 211-232.）；在CPCs材料中，采用高電導(dǎo)率的導(dǎo)電填料有利于改善CPCs的電磁屏蔽性能（MH Al-Saleh et al. Carbon, 2013, 60(12):146-156），其中，碳基納米導(dǎo)電填料，如碳納米管（CNT），石墨烯（GNS），碳納米纖維（CNF）等，已被廣泛使用；但碳基納米導(dǎo)電填料由于極高的比表面積，在聚合物基體中容易發(fā)生團(tuán)聚，通常需要較高的填料含量才能獲得所需的電磁屏蔽效能（J. J. Liang, et al. Carbon, 2009, 47, 922-925）；例如，Al-Saleh等通過熔融共混制備了CNT/聚丙烯電磁屏蔽復(fù)合材料，當(dāng)CNT含量為5 vol%時(shí)，電磁屏蔽效能僅有16 dB，達(dá)不到商業(yè)化產(chǎn)品所需最低標(biāo)準(zhǔn)（20 dB），當(dāng)CNT含量增加到7.5 vol%，電磁屏蔽效能（EMI SE）達(dá)到34.8 dB（MH Al-Saleh, et al. Carbon 2009, 47, 1738-1746）；Arjmand等報(bào)道了當(dāng)CNT含量為5 wt%和10 wt%時(shí)，熔融法制備的CNT/聚苯乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料的EMI SE分別為20 dB和35 dB（M Arjmand, et al. Carbon, 2012, 50(14):5126–5134）；雖然隨著填料含量的上升，材料的電磁屏蔽性能有所上升，但過高的填料含量會(huì)增加材料生產(chǎn)成本，同時(shí)也會(huì)降低材料的加工性能和力學(xué)性能。

現(xiàn)有技術(shù)中，通過原位熱還原方法制備了石墨烯/UHMWPE隔離結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，石墨烯含量為0.5 wt%時(shí)材料EMI SE可達(dá)21 dB（李忠明等，一種低逾滲石墨烯/高分子電磁屏蔽材料的制備方法：中國(guó)，201310000913.9）；但由于導(dǎo)電填料處于基體界面之間，嚴(yán)重影響基體粒子之間的粘結(jié)，導(dǎo)致隔離結(jié)構(gòu)CPCs的力學(xué)性能較差，難以滿足結(jié)構(gòu)承重材料應(yīng)用要求，限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種力學(xué)性能好、工藝簡(jiǎn)單的具有取向隔離結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有取向隔離結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽復(fù)合材料，其組分及質(zhì)量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.00%～99.75%，碳納米管4.00%～0.25%。

進(jìn)一步的，其組分及質(zhì)量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.75%，碳納米管0.25%。

進(jìn)一步的，其組分及質(zhì)量百分比如下：超高分子量聚乙烯99. 5%，碳納米管0.5 %。

進(jìn)一步的，其組分及質(zhì)量百分比如下：超高分子量聚乙烯99.0%，碳納米管1.0%。

進(jìn)一步的，其組分及質(zhì)量百分比如下：超高分子量聚乙烯98.0%，碳納米管2.0%。

進(jìn)一步的，其組分及質(zhì)量百分比如下：超高分子量聚乙烯96.0%，碳納米管4.0%。

一種具有取向隔離結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照比例稱取原料，將碳納米管進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料在模具中在120 ℃條件下保溫10 min，然后在120 MPa條件下進(jìn)行固相擠出，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

進(jìn)一步的，所述步驟（1）中采用高速混合機(jī)進(jìn)行混合，混合2 min，混合過程中溫度小于等于80℃。

進(jìn)一步的，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm。

進(jìn)一步的，所述碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明通過固相擠出誘導(dǎo)超高分子量聚乙烯基體相分子鏈沿?cái)D出方向高度取向在不影響電性能和電磁屏蔽效能的基礎(chǔ)上，大幅增強(qiáng)力學(xué)性能，極限拉伸強(qiáng)度在100 MPa以上；

（2）本發(fā)明將CNT選擇性分散在UHMWPE粒子界面處構(gòu)筑隔離結(jié)構(gòu)，相比隨機(jī)分散體系來說，填料的有效濃度顯著上升，使得材料具有更高的電導(dǎo)率以及電磁屏蔽性能；

（3）本發(fā)明制備過程中不需要高能設(shè)備輔助分散和有機(jī)溶劑，工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備過程圖。

圖2為實(shí)施例5和對(duì)比例5制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的脆斷面的掃描電子顯微鏡圖；其中圖a為對(duì)比例，圖b為實(shí)施例。

圖3為實(shí)施例2-5制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖，圖a為實(shí)施例2，圖b為實(shí)施例3，圖c為實(shí)施例4，圖d為實(shí)施例5。

圖4為對(duì)比例2-5制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖；圖e為對(duì)比例2，圖f為對(duì)比例3，圖g為對(duì)比例4，圖h為對(duì)比例5。

圖5為對(duì)比例1-5制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的寬角X射線衍射圖；圖a為對(duì)比例1，圖b為對(duì)比例2，圖c為對(duì)比例3，圖d為對(duì)比例4，圖e為對(duì)比例5。

圖6為實(shí)施例1-5制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的寬角X射線衍射圖，圖f為實(shí)施例1，圖g為實(shí)施例2，圖h為實(shí)施例3，圖i為實(shí)施例4，圖j為實(shí)施例5。

圖7為實(shí)施例和對(duì)比例中制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料隨碳納米管含量變化其電性能變化曲線圖。

圖8為實(shí)施例4-6中制備的碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的電磁屏蔽效能圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

按照下述方法制備碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）100 wt%，碳納米管(CNT)0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料放入噴涂有脫模劑的固態(tài)擠出模具中；在模具中在120 ℃條件下保溫10 min，待溫度平衡后進(jìn)行固態(tài)擠出，擠出壓力為120 MPa，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為107.7±6.7 MPa。

對(duì)比例1

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）100 wt%，碳納米管(CNT)0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料壓制成型，首先將坯料在200℃條件下預(yù)熱10 min，然后在10 MPa下熱壓20min，最后在10 MPa下冷壓5 min得到目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為33.6±1.5 MPa。

實(shí)施例2

按照下述方法制備碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）99.75 wt%，碳納米管(CNT)0.25 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料放入噴涂有脫模劑的固態(tài)擠出模具中；在模具中在120 ℃條件下保溫10 min，待溫度平衡后進(jìn)行固態(tài)擠出，擠出壓力為120 MPa，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為95.9±5.0 MPa。

對(duì)比例2

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）99.75 wt%，碳納米管(CNT)0.25 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料壓制成型，首先將坯料在200℃條件下預(yù)熱10 min，然后在10 MPa下熱壓20 min，最后在10 MPa下冷壓5min得到目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為34.1±2.9 MPa。

實(shí)施例3

按照下述方法制備碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）99.5 wt%，碳納米管(CNT)0.5 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料放入噴涂有脫模劑的固態(tài)擠出模具中；在模具中在120℃條件下保溫10 min，待溫度平衡后進(jìn)行固態(tài)擠出，擠出壓力為120 MPa，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為120.3±9.2 MPa。

對(duì)比例3

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）99.5 wt%，碳納米管(CNT)0.5 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料壓制成型，首先將坯料在200℃條件下預(yù)熱10 min，然后在10 MPa下熱壓20 min，最后在10 MPa下冷壓5 min得到目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為35.4±0.6 MPa。

實(shí)施例4

按照下述方法制備碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）99.0 wt%，碳納米管(CNT)1.0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料放入噴涂有脫模劑的固態(tài)擠出模具中；在模具中在120 ℃條件下保溫10 min，待溫度平衡后進(jìn)行固態(tài)擠出，擠出壓力為120 MPa，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為102.1±8.6 MPa。

對(duì)比例4

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）99.0 wt%，碳納米管(CNT)1.0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料壓制成型，首先將坯料在200 ℃條件下預(yù)熱10 min，然后在10 MPa下熱壓20 min，最后在10 MPa下冷壓5 min得到目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為37.7±3.8 MPa。

實(shí)施例5

按照下述方法制備碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）98.0 wt%，碳納米管(CNT)2.0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料放入噴涂有脫模劑的固態(tài)擠出模具中；在模具中在120℃條件下保溫10 min，待溫度平衡后進(jìn)行固態(tài)擠出，擠出壓力為120 MPa，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為105.5±12.8 MPa。

對(duì)比例5

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）98.0 wt%，碳納米管(CNT)2.0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料壓制成型，首先將坯料在200℃條件下預(yù)熱10 min，然后在10 MPa下熱壓20 min，最后在10 MPa下冷壓5 min得到目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為36.5±2.4 MPa。

實(shí)施例6

按照下述方法制備碳納米管/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）96.0 wt%，碳納米管(CNT)4.0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料固相擠出成型，首先將坯料放入噴涂有脫模劑的固態(tài)擠出模具中；在模具中在120 ℃條件下保溫10 min，待溫度平衡后進(jìn)行固態(tài)擠出，擠出壓力為120 MPa，擠出的片材快速冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為103.3±4.0 MPa。

對(duì)比例6

（1）按照超高分子量聚乙烯（UHMWPE）96.0 wt%，碳納米管(CNT)4.0 wt%的比例稱取原料，將碳納米管在烘箱中進(jìn)行干燥至水分含量低于0.01 wt%，然后與超高分子聚乙烯粒料通過高速混合機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合，得到碳納米管/超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合粒子；混合速率為24000 rpm，混合時(shí)間2 min，混合溫度不超過80 ℃；超高分子量聚乙烯的粘均分子量為5×10⁶ ~ 6×10⁶ g/mol，密度為0.95 g/cm³，粒子直徑為100 μm；碳納米管直徑為9.5 nm，長(zhǎng)度為1.5 μm，密度為2.1 g/cm³；

（2）將步驟（1）中得到的導(dǎo)電復(fù)合粒子壓制成坯料，將導(dǎo)電復(fù)合粒子放入模具中在200 ℃、10 MPa條件下成型20 min，冷卻至110 ℃，開模后得到坯料；

（3）將步驟（2）中得到的碳納米管/超高分子量聚乙烯坯料壓制成型，首先將坯料在200 ℃條件下預(yù)熱10 min，然后在10 MPa下熱壓20 min，最后在10 MPa下冷壓5 min得到目標(biāo)產(chǎn)物。

對(duì)制得的碳納米管/超高分子量聚乙烯電磁屏蔽復(fù)合材料利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，其極限拉伸強(qiáng)度為43.4±1.3 MPa。

為了評(píng)價(jià)高強(qiáng)度隔離結(jié)構(gòu)CNT/UHMWPE電磁屏蔽復(fù)合材料制備的可行性及復(fù)合材料中CNT分布形態(tài)，利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)施例與對(duì)比例的脆斷面進(jìn)行表征，并通過光學(xué)顯微鏡觀察CNT隔離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)；如圖2a所示，通過模壓成型得到的比較例5成功構(gòu)建了CNT的隔離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，UHMWPE粒子呈無規(guī)則多邊形狀，CNT分布與粒子之間的表面形成一層清晰的導(dǎo)電通路；如圖2b所示，通過固相擠出成型得到的實(shí)施例5仍保留了上述的隔離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但基體粒子沿?cái)D出方向發(fā)生一定程度的變形，與之相適應(yīng)的CNT隔離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也發(fā)生了一定的取向；如圖3和圖4所示，其光學(xué)顯微鏡圖片也顯示實(shí)施例2-5和對(duì)比例2-5中的CNT選擇性分布與UHMWPE粒子的界面處形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

為了說明固相擠出對(duì)UHMWPE基體的影響，利用寬角X射線衍射實(shí)驗(yàn)（WAXD）進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析；其結(jié)果如圖5和圖6所示，如圖5所示對(duì)比例表現(xiàn)為兩個(gè)均勻的衍射環(huán)，從內(nèi)到外分別為聚乙烯PE晶體的（110）和（200）晶面的衍射信號(hào)，說明其內(nèi)部晶體是無規(guī)則取向的；相應(yīng)的如圖6所示，實(shí)施例在子午線方向上出現(xiàn)了兩對(duì)衍射弧，說明UHMWPE分子鏈?zhǔn)艿焦滔鄶D出時(shí)強(qiáng)剪切場(chǎng)的作用而沿?cái)D出方向高度取向。

為了考察制備的CNT/UHMWPE電磁屏蔽材料電性能，采用Keithley 4200 SCS電阻儀(Keithley，美國(guó))對(duì)不同CNT含量的實(shí)施例與比較例的電導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)試；結(jié)果如圖7所示，對(duì)比例與實(shí)施例的電導(dǎo)率基本相同，逾滲值分別為0.085vol%和0.093vol%，這說明雖然固相擠出基體相發(fā)生變形，但未對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生本質(zhì)破壞；當(dāng)CNT含量為1.0wt%時(shí)，實(shí)施例的電導(dǎo)率可達(dá)2.1S/m，隨著含量進(jìn)一步上升至4.0wt%，電導(dǎo)率可達(dá)30.1S/m，已遠(yuǎn)超電磁屏蔽材料對(duì)電導(dǎo)率的要求。

為了考察制備的取向隔離結(jié)構(gòu)CNT/UHMWPE復(fù)合材料對(duì)電磁波的屏蔽性能，采用N5274A型Agilent矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Agilent，美國(guó)）對(duì)實(shí)施例在8.2~12.4 GHz頻率范圍內(nèi)的EMI SE進(jìn)行了測(cè)試；其結(jié)果如圖8所示，當(dāng)CNT僅為2wt%時(shí)，材料的平均EMI SE已達(dá)到20.0dB；滿足商業(yè)電磁屏蔽材料的要求，且EMI SE對(duì)頻率依賴性比較小，說明材料在該波段內(nèi)有很好的屏蔽穩(wěn)定性；當(dāng)CNT含量增加到4wt%時(shí)，平均EMI SE從20.0dB增加到31.1dB，屏蔽性能進(jìn)一步增加。

為了考察制備的CNT/UHMWPE電磁屏蔽復(fù)合材料的力學(xué)性能，利用ASTM-D 638進(jìn)行拉伸性能測(cè)試；實(shí)施例中的極限拉伸強(qiáng)度均在100MPa以上；相比于對(duì)比例來說，拉伸強(qiáng)度上升約200%；對(duì)于含量較高的實(shí)施例樣品來說，其力學(xué)性能沒有出現(xiàn)大幅度的下降；CNT含量為4wt%時(shí)，材料極限拉伸強(qiáng)度可達(dá)103.3MPa，同時(shí)擁有31.1dB的電磁屏蔽效能。

本發(fā)明通過簡(jiǎn)單的高速機(jī)械混合得到CNT均勻包覆于UHMWPE微粒表面的CNT/UHMWPE導(dǎo)電復(fù)合粒子；經(jīng)過壓制成坯構(gòu)筑隔離結(jié)構(gòu)，使CNT主要分布在UHMWPE粒子界面間，獲得具有隔離結(jié)構(gòu)的坯料，保證材料具有優(yōu)異的電性能及電磁屏蔽性能；進(jìn)一步通過固相擠出誘導(dǎo)UHMWPE基體相分子鏈沿?cái)D出方向高度取向，經(jīng)過固相擠出后，UHMWPE粒子沿?cái)D出方向發(fā)生明顯變形，形成取向隔離結(jié)構(gòu)，在不影響材料電性能和電磁屏蔽效能的基礎(chǔ)上，大幅增強(qiáng)力學(xué)性能，最終獲得高強(qiáng)度隔離結(jié)構(gòu)CNT/UHMWPE電磁屏蔽復(fù)合材料；克服了常規(guī)隔離結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料力學(xué)性能不足的問題；整個(gè)制備過程無需任何高能設(shè)備輔助分散和任何有機(jī)溶劑，工藝易于掌握，綠色環(huán)保。

使用本發(fā)明所述方法制備的高強(qiáng)度隔離結(jié)構(gòu)CNT/UHMWPE電磁屏蔽復(fù)合材料在相對(duì)較低的填料含量下兼具優(yōu)異的電磁屏蔽性能以及超高的力學(xué)性能；隔離結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑使得填料有效含量大幅上升，賦予材料優(yōu)異的電性能及電磁屏蔽性能；同時(shí)，固相擠出的強(qiáng)剪切場(chǎng)誘導(dǎo)基體相分子鏈沿?cái)D出方向高度取向，顯著提高材料力學(xué)強(qiáng)度；另一方面，材料的制備過程簡(jiǎn)單，無需任何高能設(shè)備和有機(jī)溶劑，較易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。