聚合物/碳系填料发泡复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2020.10.018

中国塑料 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (10): 110-118.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2020.10.018

• 综述 • 上一篇

聚合物/碳系填料发泡复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

王星然¹^,², 王明昊¹^,², 顿东星¹^,², 李善哲¹^,², 张雪冬¹^,², 周洪福¹^,²()

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室，北京 100048

收稿日期:2020-07-19 出版日期:2020-10-26 发布日期:2020-10-26
基金资助:
北京工商大学2020年大学生科学研究与创业行动计划(G039);北京工商大学2019年度“科创杯”学术科技立项

Research Progress in Electromagnetic Shielding Performance of Polymer/Carbon Fillers Foaming Composites

WANG Xingran¹^,², WANG Minghao¹^,²,DUN Dongxing¹^,², LI Shanzhe¹^,², ZHANG Xuedong¹^,², ZHOU Hongfu¹^,²()

^1.College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.Beijing Key Laboratory of Quality Evaluation Technology for Hygiene and Safety of Plastics，Beijing 100048，China

Received:2020-07-19 Online:2020-10-26 Published:2020-10-26
Contact: ZHOU Hongfu E-mail:zhouhongfu@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

综述了聚合物/碳系填料发泡复合材料在电磁屏蔽领域应用的研究进展，重点讨论了各种碳系填料（石墨烯、碳纳米管、碳纤维）以及多组分碳系填料对发泡复合材料电磁屏蔽性能的影响及相关电磁屏蔽原理。结果表明，碳系填料的功能化、泡孔结构的调控、材料多层次结构的设计、制备工艺的优化等是改善聚合物/碳系填料发泡复合材料电磁屏蔽性能的有效途径。

关键词: 聚合物, 碳系填料, 发泡复合材料, 电磁屏蔽性能, 作用机理

Abstract:

In this paper， the research progress of polymer/carbon fillers foaming composites （PCFC） applied in the field of electromagnetic shielding was introduced. The effect of various carbon fillers （graphene， carbon nanotubes， carbon fibers） on the electromagnetic shielding performance of PCFC as well as their electromagnetic shielding mechanism were discussed systematically. Research demonstrated that the functionalization of carbon fillers， the regulation of cell structure， the design of multi level structures， the optimization of preparation process， etc. are effective approaches to improve the electromagnetic shielding performance of PCFC.

Key words: polymer, carbon filler, foaming composite, electromagnetic shielding performance, effect mechanism

中图分类号:

TQ 321

王星然, 王明昊, 顿东星, 李善哲, 张雪冬, 周洪福. 聚合物/碳系填料发泡复合材料电磁屏蔽性能的研究进展[J]. 中国塑料, 2020, 34(10): 110-118.

WANG Xingran, WANG Minghao, DUN Dongxing, LI Shanzhe, ZHANG Xuedong, ZHOU Hongfu. Research Progress in Electromagnetic Shielding Performance of Polymer/Carbon Fillers Foaming Composites[J]. China Plastics, 2020, 34(10): 110-118.

图/表 7

图1 电磁屏蔽材料的技术应用

Fig.1 The technology applications of electromagnetic shielding materials

图2 PCFC中电磁波耗散的作用机理

Fig.2 Effect mechanism of electromagnetic wave dissipation in PCFC

图3 PCFC的微观结构随泡孔生长的变化

Fig.3 The changes of microstructure in PCFC with cell growth

图4 PEI/GnP发泡复合材料的电磁屏蔽效能

Fig.4 SE of PEI/GnP foaming composites

图5 TPU/GnP发泡复合材料的三明治结构

Fig.5 Sandwich configurations of TPU/GnP foaming composites

图6 PLA/MWCNTs发泡复合材料的隔离导电网络示意图

Fig.6 Schematic diagram of the segregated conductive networks of PLA/ MWCNTs foaming composites

图7 EP/NCCF/ACET发泡复合材料和EP/NCCF/CNTs发泡复合材料的电磁波耗散机理示意图

Fig.7 Schematic diagram of the electromagnetic wave dissipation mechanism of EP/NCCF/ACET foaming composites and EP/NCCF/CNTs foaming composites

参考文献 53

1	凌建强. 微孔发泡聚酰亚胺电磁屏蔽复合材料的制备与表征［D］. 宁波：宁波大学， 2013.
2	KUMAR A S， SHISHKIN， ANDREI， et al. A Review of Porous Lightweight Composite Materials for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Composites Part B⁃Engineering， 2018， 149：188⁃197.
3	SANKARAN， SOWMYA， DESHMUKH， et al. Recent Advances in Electromagnetic Interference Shielding Properties of Metal and Carbon filler Reinforced Flexible Polymer Composites： A Review ［J］. Composites Part A⁃Applied Science and Manufacturing， 2018， 114：49⁃71.
4	DHAKATE S R， SUBHEDAR K M， SINGH B P. Polymer Nanocomposite Foam Filled with Carbon Nanomaterials as an Efficient Electromagnetic Interference Shielding Material ［J］. Royal Society of Chemistry Advances， 2015， 5（54）：43 036⁃43 057.
5	ESWARAIAH V， SANKARANARAYANAN V， RAMAPRABHU S. Functionalized Graphene–PVDF Foam Composites for EMI Shielding ［J］. Macromolecular Materials and Engineering， 2011， 296（10）：894⁃898.
6	李克训，马江将，张泽奎，等. 环氧树脂基碳纳米复合电磁屏蔽材料研究［J］. 强激光与粒子束， 2019， 31（10）：1⁃7.
	LI K X， MA J J， ZHANG Z K， et al. Study on Epoxy Resin⁃based Carbon Nanocomposite for Electromagnetic Shielding ［J］. High Power Laser and Particle Beams， 2019， 31（10）：1⁃7.
7	AMELI A， JUNG P U， PARK C B. Electrical Properties and Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness of Polypropylene/Carbon Fiber Composite Foams ［J］. Carbon an International Journal Sponsored by the American Carbon Society， 2013， 60：379⁃391.
8	李俊. Fe基磁性金属及其石墨烯复合吸波材料研究［D］. 南京：南京邮电大学， 2019.
9	王慧. PVDF基复合材料的微观结构设计与电磁屏蔽性能研究［D］. 合肥：中国科学技术大学， 2018.
10	LIU P S， QING H B， HOU H L， et al. EMI Shielding and Thermal Conductivity of a High Porosity Reticular Titanium Foam ［J］. Materials and Design， 2016， 92：823⁃828.
11	ZHANG L， WANG L B， SEE K Y， et al. Effect of Carbon Nanofiber Reinforcement on Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness of Syntactic Foam ［J］. Journal of Materials Science， 2013， 48（21）：7757⁃7763.
12	余凤斌，夏祥华，王文华，等. 导电聚合物电磁屏蔽材料及其应用［J］. 绝缘材料， 2008（1）：16⁃19.
	YU F B， XIA X H， WANG W H， et al. Shielding Mechanism and Application of Conductive Polymer Electromagnetic Shielding Material ［J］. Insulating Materials， 2008（1）：16⁃19.
13	赵灵智，胡社军，何琴玉，等. 电磁屏蔽材料的屏蔽原理与研究现状［J］. 包装工程， 2006， 27（2）：1⁃4.
	ZHAO L Z， HU S J， HE Q Y， et al. Shielding Principle and Research Progress of Electromagnetic Shielding Materials ［J］. Packaging Engineering， 2006， 27（2）：1⁃4.
14	THOMASSIN J M， VULUGA D， ALEXANDRE M， et al. A Convenient Route for the Dispersion of Carbon Nanotubes in Polymers： Application to the Preparation of Electromagnetic Interference （EMI） Absorbers ［J］. Polymer， 2012， 53（1）：169–174.
15	YANG Y， GUPTA M C， DUDLEY K L， et al. Novel Carbon Nanotube⁃Polystyrene Foam Composites for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Nano Letters， 2005， 5（11）：2 131⁃2 134.
16	WANG G L， ZHAO G Q， WANG S， et al. Injection⁃Molded Microcellular PLA/Graphite Nanocomposites with Dramatically Enhanced Mechanical and Electrical Properties for Ultra⁃Efficient EMI Shielding Applications ［J］. Journal of Materials Chemistry C， 2018（6）：6 847⁃6 859.
17	FRACKOWIAK S， LUDWICZAK J， LELUK K， et al. Foamed Poly （lactic acid） Composites with Carbonaceous Fillers for Electromagnetic Shielding ［J］. Materials and Design， 2015， 65：749⁃756.
18	YANG J M， YANG Y Q， DUAN H J， et al. Light⁃Weight Epoxy/Nickel Coated Carbon Fibers Conductive Foams for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics， 2017， 28（8）：5 925⁃5 930.
19	LI J T， ZHANG G C， MA Z L， et al. Morphologies and Electromagnetic Interference Shielding Performances of Microcellular Epoxy/Multi⁃wall Carbon Nanotube Nanocomposite Foams ［J］. Composites Science and Technology， 2016， 129：70⁃78.
20	王丽君，尧银海，鲁云. 碳系填料填充型电磁屏蔽材料的研究进展［J］. 西华大学学报， 2020， 39（3）：90⁃96.
	WANG L J， YAO Y H， LU Y. Research Progress in Carbon Filler⁃Filled Electromagnetic Shielding Materials ［J］. Journal of Xihua University， 2020， 39（3）：90⁃96.
21	JIANG Q Y， LIAO X， LI J S， et al. Flexible Thermoplastic Polyurethane/Reduced Graphene Oxide Composite Foams for Electromagnetic Interference Shielding with High Absorption Characteristic ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2019， 123：310⁃319.
22	胡琪卉. 通过超临界二氧化碳发泡技术制备导电聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料微孔泡［D］.北京：北京化工大学， 2014.
23	ZHANG H B， YAN Q， ZHENG W G， et al. Tough Graphene⁃Polymer Microcellular Foams for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. ACS Applied Materials and Interfaces， 2011， 3（3）：918⁃924.
24	LING J Q， ZHAI W T， FENG W W， et al. Facile Preparation of Lightweight Microcellular Polyetherimide/Graphene Composite Foams for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. ACS Applied Materials and Interfaces， 2013， 5（7）：2 677⁃2 684.
25	李建通. 环氧树脂/碳纳米复合材料的微孔发泡及其电磁屏蔽性能研究［D］. 西安：西北工业大学， 2018.
26	ZAKIYAN S E， AZIZI H ， GHASEMI I. Effect of Cell Morphology on Electrical Properties and Electromagnetic Interference Shielding of Graphene⁃Poly （methyl methacrylate） Microcellular Foams ［J］. Composites Science and Technology， 2018， 157（22）：217⁃227.
27	LI Y， SHEN B， YI D， et al. The Influence of Gradient and Sandwich Configurations on the Electromagnetic Interference Shielding Performance of Multilayered Thermoplastic Polyurethane/Graphene Composite Foams ［J］. Composites Science and Technology， 2016， 138（18）：209⁃216.
28	LI Y， PEI X， SHEN B， et al. Polyimide/Graphene Composite Foam Sheets with Ultrahigh Thermostability for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Royal Society of Chemistry Advances， 2015， 5（31）：24 342⁃24 351.
29	GAVGANI J N， ADELNIA H， ZAAREI D， et al. Lightweight Flexible Polyurethane/Reduced Ultralarge Graphene Oxide Composite Foams for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Royal Society of Chemistry Advances， 2016， 6（33）：27 517⁃27 527.
30	赵慧慧，姬科举，许银松，等. GNS/PMMA泡沫复合材料的制备及其电磁屏蔽性能［J］. 材料科学与工程学报， 2014， 32（3）：358⁃365.
	ZHAO H H， JI K J， XU Y S， et al. Preparation of GNS/PMMA Foams for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Journal of Materials Science and Enginering， 2014， 32（3）：358⁃365.
31	HAYASHIDA K， MATSUOKA Y. Electromagnetic Interference Shielding Properties of Polymer⁃Grafted Carbon Nanotube Composites with High Electrical Resistance ［J］. Carbon， 2015， 85：363⁃371.
32	GE C B， WANG G L， LI X Y， et al. Large Cyclic Deformability of Microcellular TPU/MWCNT Composite Film With Conductive Stability， and Electromagnetic Interference Shielding and Self⁃Cleaning Performance ［J］. Composites Science and Technology， 2020， 197（8）：1⁃27.
33	KUANG T R， CHANG L Q， CHEN F， et al. Facile Preparation of Lightweight High⁃Strength Biodegradable Polymer/Multi⁃walled Carbon Nanotubes Nanocomposite Foams for Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Carbon， 2016， 105：305⁃313.
34	韩冰. 轻质聚醚醚酮电磁屏蔽材料的制备及性能研究［D］. 长春：吉林大学， 2017.
35	FAN X， ZHANG G G， LI J T， et al. Study on Foamability and Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness of Supercritical CO₂ Foaming Epoxy/Rubber/MWCNTs Composite ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2019， 121：64⁃73.
36	WANG G L， WANG L， MARK L H， et al. Ultralow⁃Threshold and Lightweight Biodegradable Porous PLA/MWCNT with Segregated Conductive Networks for High⁃Performance Thermal Insulation and Electromagnetic Interference Shielding Applications ［J］. ACS Applied Materials and Interfaces， 2017， 9（1）：1 195⁃1 203.
37	CAI J H， LI J， CHEN X， et al. Multifunctional Polydimethylsiloxane Foam with Multi⁃walled Carbon Nanotube and Thermo⁃expandable Microsphere for Temperature Sensing， Microwave Shielding and Piezoresistive Sensor ［J］. Chemical Engineering Journal， 2020， 393（1）：.1⁃10.
38	ALKUH M S， FAMILI M H N， SHIRVAN M M M， et al. The Relationship between Electromagnetic Absorption Properties and Cell Structure of Poly （methyl methacrylate）/Multi⁃walled Carbon Nanotube Composite Foams ［J］. Materials and Design， 2016， 100（15）：73⁃83.
39	YUAN H， XIONG Y L，SHEN Q， et al. Synthesis and Electromagnetic Absorbing Performances of CNTs/PMMA Laminated Nanocomposite Foams in X⁃Band ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2018， 107：334⁃341.
40	MONNEREAU L， URBANCZYK L， THOMASSIN J M， et al. Gradient Foaming of Polycarbonate/Carbon Nanotube Based Nanocomposites with Supercritical Carbon Dioxide and Their EMI Shielding Performances ［J］. Polymer， 2015， 59：117⁃123.
41	HWANG S S. Electrical Conductivity and EMI Shielding Properties of Solid and Foamed PBT/Carbon Fiber Composites ［J］. Composites Part B： Engineering， 2016， 98：1⁃8.
42	杨建明. 环氧树脂/镀镍碳纤维导电复合泡沫的制备及性能研究［D］. 太原：中北大学， 2017.
43	李婷婷. PMMA/MWCNTs微孔发泡复合材料制备方法及电磁屏蔽性能研究［D］. 济南：山东大学， 2019.
44	贾亚兰，张文焕，刘涛，等. 胶泡沫材料的制备与性能研究［J］. 功能材料， 2020， 51（3）：3 056⁃3 065.
	JIA Y L， ZHANG W H， LIU T， et al. Properties of Conductive Silicone Rubber Foams ［J］. Functional Materials， 2020， 51（3）：3 056⁃3 065.
45	KIM J M， LEE Y， JANG M G， et al. Electrical Conductivity and EMI Shielding Effectiveness of Polyurethane Foam–Conductive Filler Composites ［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2016， 133：44373.
46	JU J J， KUANG T R， KE X P， et al. Lightweight Multifunctional Polypropylene/Carbon Nanotubes/Carbon Black Nanocomposite Foams with Segregated Structure， Ultralow Percolation Threshold and Enhanced Electromagnetic Interference Shielding Performance ［J］. Composites Science and Technology， 2020， 193（16）：1⁃22.
47	YANG H L， YU Z， WU P， et al. Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness of Microcellular Polyimide/in Situ Thermally Reduced Graphene Oxide/Carbon Nanotubes Nanocomposites ［J］. Applied Surface Science， 2017， 434（15）：318⁃325.
48	DUAN H J， ZHU H X， YANG J M， et al. Effect of Carbon Nanofiller Dimension on Synergistic EMI Shielding Network of Epoxy/Metal Conductive Foams ［J］. Composites Part A Applied Science and Manufacturing， 2019， 118：41⁃48.
49	ZHANG H M， ZHANG G C， GAO Q， et al. Electrically Electromagnetic Interference Shielding Microcellular Composite Foams with 3D Hierarchical Graphene⁃Carbon Nanotube Hybrids ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2020， 130：1⁃44.
50	YANG J M， LIAO X， Li J S， et al. Light⁃weight and Flexible Silicone Rubber/MWCNTs/Fe₃O₄ Nanocomposite Foams for Efficient Electromagnetic Interference Shielding and Microwave Absorption ［J］. Composites Science and Technology， 2019， 181：2⁃9.
51	程浩然. 聚偏氟乙烯基纳米复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究［D］. 郑州：郑州大学， 2019.
52	SHEN B， ZHAI W T， et al. Lightweight， Multifunctional Polyetherimide/Graphene@Fe₃O₄ Composite Foams for Shielding of Electromagnetic Pollution ［J］. ACS Applied Materials and Interfaces， 2013， 5（21）：11 383⁃11 391.
53	ZHANG H M， ZHANG G C， LI J T， et al. Lightweight， Multifunctional Microcellular PMMA/Fe₃O₄@MWCNTs Nanocomposite Foams with Efficient Electromagnetic Interference Shielding ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2017， 100：128⁃138.

[1]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[2]	孙旗, 高兴, 崔雪梅, 连慧琴, 崔秀国, 汪晓东. 黑磷烯纳米阻燃剂研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 133-139.
[3]	田驰锋, 张洪申. 基于翅片式摩擦桶的车用聚合物粒子荷电及静电分离探索[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 75-80.
[4]	宋立健, 张有忱, 左夏华, 张政和, 安瑛, 杨卫民, 谭晶, 程礼盛. 自组装单分子层调控界面热输运的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 60-69.
[5]	程曼芳, 白继峰, 王文清, 雷良才, 李海英, 韩向艳, 胡跃鑫. 基于超支化聚对氯甲基苯乙烯聚合离子液体共混体系的制备与表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 40-47.
[6]	张庭, 金清平, 宋仕娥, 曹南南, 邓思远. 不同腐蚀环境下FRP筋耐久性与寿命预测研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 75-81.
[7]	郝春波, 刘万胜, 赵欣麟, 王岩, 王月. 本体ABS用橡胶国产化替代分析及评价[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 89-95.
[8]	安瑛, 刘宇亮, 谭晶, 杨卫民, 阎华, 李好义. 聚合物离心静电纺丝技术研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 172-177.
[9]	董星彤, 王向东, 孙晓红, 陈士宏. 密度泛函理论在聚合物发泡领域中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 126-133.
[10]	周国发, 张馨予, 傅彬益. 模内微装配成型运动副界面损伤变形模拟分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(6): 60-67.
[11]	宫美华, 章晓娟, 温变英. 聚吡咯/无机纳米粒子复合材料的制备及其电磁屏蔽性能研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 126-134.
[12]	刘彤, 魏建斐, 王锐. 金属催化剂在聚合物降解成炭阻燃中的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 135-145.
[13]	吴悠, 王博华, 孙健健, 靳玉娟. 端环氧基型超支化聚合物对PPC/PBS共混物的改性研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 5-11.
[14]	张泽, 刘帅东, 崔永岩. 植酸在聚合物材料阻燃应用领域的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 139-150.
[15]	计操, 周国发. 金属基聚合物复合材料短纤维桥接界面强化机理[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 59-66.

聚合物/碳系填料发泡复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

Research Progress in Electromagnetic Shielding Performance of Polymer/Carbon Fillers Foaming Composites

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 53

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价