一种非对称结构电磁功能聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种非对称结构电磁功能聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法。

背景技术

随着互联网通信技术的快速发展，具有低反射、高吸收特性的电磁屏蔽材料已经成为当前研究领域的热点。目前比较常见的有金属基电磁屏蔽材料，但其高反射、重量大、耐腐蚀性差且加工成本较高，严重限制了其作为吸收型电磁屏蔽材料的应用。聚合物基电磁屏蔽材料与其他材料相比具有密度低、耐腐蚀性好、易于加工、安装使用便捷以及柔韧性好等优势。以聚酰亚胺泡沫为基体的电磁屏蔽材料相对于其他高分子材料具有耐燃等级高、耐高低温、低烟和低有毒气体释放、耐腐蚀性强等优点，在电磁屏蔽复合材料领域表现出优异的应用潜力。

导电聚合物又被称为导电高分子，它是指通过掺杂等手段获得良好电导率的聚合物，常见的导电聚合物有聚乙炔、聚吡咯等。近年来由于其独特的性质，导电聚合物不仅可以作为导电材料，而且在能源、光电子器件、电磁屏蔽等领域也存在着潜在的应用价值。例如CN115678393A专利公开采用聚脲乳液中加入吡咯来制备聚吡咯/聚脲涂层，可以获得良好的电磁屏蔽效果。另外，磁损耗对于电磁波的吸收也发挥着重要的作用。比较常见的磁损耗物质有Fe

但以上材料以及报道的电磁屏蔽材料均很少能够实现低反射特性或者兼具电磁屏蔽和吸波特性。随着微电子信息、国防、通讯领域的快速发展，现有电磁屏蔽材料已无法满足以上产业技术发展的要求。

发明内容：

为解决现有聚合物基电磁屏蔽材料热稳定性差以及电磁屏蔽和低反射特性不能兼顾等问题，本发明提供了一种非对称结构电磁功能聚酰亚胺泡沫及其制备方法。该非对称结构电磁功能泡沫是指将电磁功能体引入到聚酰亚胺泡沫中，并进一步将其在FeCl

本发明所采用的技术方案是：

一种非对称结构电磁功能聚酰亚胺泡沫的制备方法，其制备过程包括以下步骤：

将芳香四羧酸二酐、二元胺加入到有机溶剂中，溶解并加热进行反应，得到预聚体溶液，然后加入一定量磁性粉末并充分搅拌，混合形成发泡基料；

在发泡基料中加入泡沫稳定剂、发泡剂和异氰酸酯，搅拌均匀后，倒入模具中自由发泡，发泡结束后进行加热后固化得到磁性聚酰亚胺泡沫；

将制得的磁性聚酰亚胺泡沫浸泡在FeCl

将得到的复合聚酰亚胺泡沫的单面进一步通过磁控溅射进行表面金属化，并用树脂对金属表面进行封装，得到具有非对称结构的电磁功能聚酰亚胺泡沫材料。

发明的特点在于：

所述的芳香性二元酸酐为均苯四甲酸二酐、六氟二酐、4,4’-联苯四甲酸二酐或3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐等中的一种，二元胺单体为对苯二胺、2,2’-三氟甲基-4,4’-二氨基二苯醚或4,4’-二氨基二苯醚，4,4’-二氨基二苯砜等中的一种，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合液，二元胺的添加量为二元酸酐摩尔量的0.1％～0.6％。

所述的磁性粉末为Fe

所述的发泡剂为水，催化剂为二月桂酸二丁基锡和三乙醇胺，表面活性剂为聚乙二醇，异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。

聚酰亚胺泡沫后固化温度为160℃-220℃，后固化的时间为1～2小时。

所述的FeCl

所述的磁控溅射的金属靶材为金属铜、金属铝或金属银中的一种。

所述的磁控溅射功率为100-200W，溅射时间为480s，气压为0.5Pa，所用惰性气体为氩气。

所述的封装树脂为聚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂中的一种。

与现有技术相比，本发明提供了一种非对称结构电磁功能聚酰亚胺泡沫的制备方法，取得了以下显著技术优势：

(1)与传统制备的电磁屏蔽材料相比，本发明所制备的电磁功能聚酰亚胺泡沫将电磁功能体与聚酰亚胺泡沫基体进行复合，有效提高了泡沫的使用稳定性，满足复合泡沫在特殊环境下的使用，具有结构稳定、耐高温、制备周期短、兼具优异电磁屏蔽和吸波性能等优势。

(2)通过对磁性聚酰亚胺泡沫内原位化学气相沉积聚吡咯，不仅使得泡沫内部形成聚吡咯导电功能层，有利于电磁波的导电损耗和介电损耗；而且通过掺杂磁性纳米粒子发泡，赋予复合泡沫以阻抗匹配特性，显著提升了电磁功能泡沫对电磁波的衰减效果。

(3)非对称结构的存在使得电磁功能聚酰亚胺泡沫实现对电磁波的二次反射，并结合电磁功能泡沫材料所特有的多重反射和多重吸收特性，有效实现了材料对电磁波的低反射电磁屏蔽。

附图说明

图1为实施例1制备的电磁功能聚酰亚胺泡沫的电子显微镜图像；

图2为实施例3制备的电磁功能聚酰亚胺泡沫的红外图像；

图3为实施例4制备的电磁功能聚酰亚胺泡沫的电磁屏蔽效能图；

图4为实施例5制备的电磁功能聚酰亚胺泡沫的电磁屏蔽吸收系数A值。下面将对本发明实施例中的技术方案进行说明。

实施例1：

(1)在反应釜中加入8.0g均苯四甲酸酐和20ml N,N-二甲基甲酰胺和5.1ml甲醇的混合液，加热至50℃后充分溶解并反应。而后加入1.9g对苯二胺，充分反应2h后加入3.4g镍粉，搅拌均匀形成发泡基料。在发泡基料中依次加入1.1g水，0.25g二月桂酸二丁基锡和0.5g三乙醇胺充分溶解，然后加入表面活性剂聚乙二醇(PEG)和有机硅表面活性剂各1.25g，再加入14g多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)并快速搅拌均匀后倒入模具中自由发泡。发泡结束后，将泡沫在烘箱中200℃加热2h，得到磁性聚酰亚胺泡沫。

(2)将磁性聚酰亚胺泡沫裁成4mm厚度的薄片，而后浸泡在0.25mol/L的FeCl

(3)在常温下，利用磁控溅射对聚合后的聚酰亚胺泡沫表面镀铜，溅射时使用的功率为100W，溅射的时间为480s，气压为0.5Pa，然后再用树脂对金属表面进行封装，得到具有不对称表面结构的电磁功能聚酰亚胺泡沫。

实施例2：

(1)在反应釜中加入7.6g 3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐和20ml N,N-二甲基甲酰胺和3.3ml甲醇的混合液，加热至50℃后充分溶解并反应。而后加入2.3g 4,4’-二氨基二苯醚，充分反应2h后加入1.7g Fe

(2)将磁性聚酰亚胺泡沫裁成4mm厚度的薄片，而后将其浸泡在0.5mol/L的FeCl

(3)在常温下，利用磁控溅射对聚合后的聚酰亚胺泡沫表面镀铝，溅射时使用的功率为200W，溅射的时间为480s，气压为0.5Pa，然后再用树脂对金属表面进行封装，得到具有不对称表面结构的电磁功能聚酰亚胺泡沫。

实施例3：

(1)在反应釜中加入8.0g 3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐和20ml N,N-二甲基甲酰胺和3.5ml甲醇的混合液，加热至50℃后充分溶解并反应。而后加入1.8g4,4’-二氨基二苯砜，充分反应2h后加入5.0g Fe

(2)将磁性聚酰亚胺泡沫裁成6mm厚度的薄片，而后浸泡在0.25mol/L的FeCl

(3)在常温下，利用磁控溅射对聚合后的聚酰亚胺泡沫表面镀银，溅射时使用的功率为100W，溅射的时间为480s，气压为0.5Pa，然后再用树脂对金属表面进行封装，得到具有不对称表面结构的电磁功能聚酰亚胺泡沫。

实施例4：

(1)在反应釜中加入8.0g 4,4’-联苯四甲酸二酐和20ml N,N-二甲基甲酰胺和3.8ml甲醇的混合液，加热至50℃后充分溶解并反应。而后加入3.2g 4,4’-二氨基二苯砜，充分反应2h后加入1.7g镍粉，搅拌均匀形成发泡基料。在发泡基料中依次加入1.0g水，0.25g二月桂酸二丁基锡和0.5g三乙醇胺充分溶解，然后加入表面活性剂聚乙二醇(PEG)和有机硅表面活性剂各1.25g，再加入16gPAPI并快速搅拌均匀后倒入模具中自由发泡。发泡结束后，将泡沫在烘箱中220℃加热2h，得到磁性聚酰亚胺泡沫。

(2)将磁性聚酰亚胺泡沫裁成9mm厚度的薄片，而后将其浸泡在0.5mol/L的FeCl

(3)在常温下，利用磁控溅射对聚合后的聚酰亚胺泡沫表面镀金属铜，溅射时使用的功率为100W，溅射的时间为480s，气压为0.5Pa，然后再用树脂对金属表面进行封装，得到具有不对称表面结构的电磁功能聚酰亚胺泡沫。

图3为本实施例所制备材料在X波段的电磁屏蔽效能图，可以发现其在X波段表现出优异的电磁屏蔽性能，远超30dB的电磁屏蔽商业化价值标准。

实施例5：

(1)在反应釜中加入8.0g六氟二酐和15ml N,N-二甲基甲酰胺和2.5ml甲醇的混合液，加热至50℃后充分溶解并反应。而后加入2.1g 4,4’-二氨基二苯醚，充分反应2h后加入3.4g Fe

(2)将磁性聚酰亚胺泡沫裁成9mm厚度的薄片，而后将其浸泡在0.5mol/L的FeCl

(3)在常温下，利用磁控溅射对聚合后的聚酰亚胺泡沫表面镀铜，溅射时使用的功率为200W，溅射的时间为480s，气压为0.5Pa，然后再用树脂对金属表面进行封装，得到具有不对称表面结构的电磁功能聚酰亚胺泡沫。

图4为本实施例所制备试样的电磁屏蔽吸收系数值，从中可以发现所制备的非对称结构聚酰亚胺泡沫对电磁波的吸收系数A值达到了0.95-0.98，属于超高电磁吸收性能的电磁屏蔽材料。

以上实施例用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不是对发明内容的限定，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行局部改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。