CN116144063A - 利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，包括以下步骤：(1)将1D纳米填料和2D纳米填料与聚合物基体材料熔融共混，将所得共混物制备成成型坯体；该成型坯体中，1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％；(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡，在泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，2D纳米填料周围的1D纳米填料受到纳米限域剪切作用，能促进1D纳米填料在泡孔壁中的面内取向。当1D纳米填料为导电纳米纤维时，通过调控2D纳米填料的种类，以及1D纳米填料与2D纳米填料的含量和比例关系，通过本发明的方法即可提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能、电磁屏蔽性能或介电性能。

Description

利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法
技术领域
本发明属于聚合物纳米复合材料制备技术领域，涉及利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法。
背景技术
高分子材料具有重量轻、柔性、耐腐蚀等优势，在诸多领域广泛应用。具有不同形貌结构的碳纳米材料，例如零维(0D)炭黑(CB)，一维(1D)碳纳米管(CNT)和二维(2D)石墨烯(GNS)等，常作为功能填料添加到高分子材料基体中，可以显著提高高分子材料的物理化学性能，使得所制备得到的高分子复合材料广泛应用于智能传感材料、电磁屏蔽材料、介电储能材料、导热材料以及抗老化材料等。
根据当前的研究发现，将具有高导电性的碳系填料添加到高分子材料基体中，可以赋予材料优异的电学性能。碳系填料填充的高分子纳米复合材料的电学性能主要包括介电性能和导电性能。在碳系填料填充的高分子材料的介电性能方面，大量碳系导电填料的加入，可以在高分子材料基体中形成大量的微电容结构，从而显著提高材料的介电常数。在碳系填料填充的高分子材料的导电性能方面，随着高分子纳米复合材料中导电填料浓度逐渐升高，相邻导电填料相互搭接，形成连通的3D导电网络结构时，材料的导电性能会得到显著提高，材料可以实现从绝缘材料到导电材料的转变。碳系填料填充的高分子纳米复合材料的电学性能与其内部导电填料的3D网络结构密切相关。
一维纳米填料的取向结构设计可用于增强纳米复合材料中的界面极化填料网络结构和联通的导电网络结构。对于介电纳米复合材料，Liu等人结合静电纺丝法和热压法制备具有取向填料网络结构的碳纳米管(CNT)/聚砜介电复合材料，在宽频率范围内(1kHz至40兆赫)提高了纳米复合材料的击穿性能和介电性能。对于导电纳米复合材料，Du等人发现CNT/聚(甲基丙烯酸甲酯)纳米复合材料的电导率(平行于排列方向)随着纳米填料取向程度的提高而提高。王等人发现，CNT取向排列形成了快速热传导和电子传输所需的路径，因此纳米复合材料表现出优异的面内热导率和电磁屏蔽性能。智久等人也发现取向的CNT网络结构有利于增强CNT/聚乙烯纳米复合薄膜的电磁屏蔽性能。因此，取向填料网络结构有利于提高纳米复合材料的介电性能和电磁屏蔽性能。
近年来，研究人员针对1D取向和2D取向纳米复合材料进行了大量研究，然而，1D取向和2D取向的纳米填料结构设计，不利于制备具有各向同性物理化学性能的介电材料和电磁屏蔽材料。如果能使得1D纳米材料在发泡材料的3D孔壁中取向，则有利于制备高性能的介电材料和电磁屏蔽材料。然而，在发泡材料制备过程中，孔壁的拉伸作用在促进1D填料取向的同时，会导致1D纳米填料的间距增大，从而破坏填料界面结构和搭接网络结构。因此，如果能在避免孔壁拉伸作用的同时提高1D纤维状填料在3D薄膜内部的取向，是有助于制备出高性能的介电、导电及电磁屏蔽材料的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，以促进一维填料在发泡材料的泡孔壁中的面内取向作用，进而增强纳米填料的界面极化作用和导电联通网络结构，从而制备高性能的聚合物纳米复合材料。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，包括以下步骤：
(1)将1D纳米填料和2D纳米填料与聚合物基体材料熔融共混，将所得共混物制备成成型坯体；该成型坯体中，1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％；
(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡，在泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，2D纳米填料周围的1D纳米填料受到纳米限域剪切作用，能促进1D纳米填料在泡孔壁中的面内取向。
上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，所述1D纳米填料为导电纳米纤维，所述2D纳米填料为介电纳米片状材料或者导电纳米片状材料。
上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。进一步地，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料，且1D纳米填料和2D纳米填料的质量比为(8～8.5)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。更进一步地，当所述2D纳米填料为六方氮化硼纳米片，1D纳米填料为碳纳米纤维，1D纳米填料和2D纳米填料的质量比为(8～8.5)：1时，且1D纳米填料的量占聚合物基体材料的5wt％～6wt％时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。
上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，当所述2D纳米填料为导电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能。进一步地，当所述2D纳米填料为导电纳米片状材料，且1D纳米填料与2D纳米填料的质量比为(1～2)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能及电磁屏蔽性能。更进一步地，当所述2D纳米填料为石墨烯纳米片，1D纳米填料为碳纳米纤维，1D纳米填料与2D纳米填料的质量比为(1～2)：1时，且1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能及电磁屏蔽性能。
上述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法的技术方案中，步骤(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡的方法如下：
将成型坯体置于高压腔体中，向高压腔体中通入作为物理发泡剂的气体，控制高压腔体内的温度至发泡温度，控制高压腔体内的压力至物理发泡剂转变为超临界状态，保持前述温度和压力条件进行溶胀直到发泡剂在坯体中达到饱和，然后泄压发泡。
步骤(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡时，所采用的发泡温度参照现有高压流体发泡技术进行确定即可，例如，对于半结晶高分子材料而言，发泡温度一般在半结晶高分子材料的熔点附近，对于非晶态高分子材料而言，发泡温度一般小于非晶态高分子材料的玻璃化温度。
本发明利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的原理主要如下：
高分子基体材料的分子链在二维纳米填料上会发生吸附，利用该吸附作用来限制高分子基体材料的分子链在二维纳米填料界面上的迁移率。在泡孔生长过程中，即在纳米尺度的泡孔壁拉伸过程中，会在二维纳米填料周围形成速度梯度场。即利用二维纳米填料与二维泡孔壁的协同作用，诱导拉伸过程中泡孔壁与二维纳米填料之间的纳米约束剪切，从而增强二维填料周围的一维纳米填料的剪切取向。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案可以产生以下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，通过向聚合物基体材料中引入2D纳米填料并发泡，即可促进聚合物基体材料中的1D纳米填料在孔壁中取向，有助于制备带有1D纳米填料取向结构的、物理化学性能各相同性的聚合物纳米复合材料。
2.当1D纳米填料为导电纳米纤维时，通过调控2D纳米填料的种类，以及1D纳米填料与2D纳米填料的含量和比例关系，通过本发明的方法即可提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能、电磁屏蔽性能或介电性能。例如：当引入的2D纳米填料为2D介电纳米填料时，通过调控1D纳米填料与2D纳米填料的含量和比例关系，在步增强1D纳米填料在孔壁内的取向程度后，可以提高纳米复合材料介电性能；当引入的2D纳米填料为2D导电纳米填料时，通过调控1D纳米填料与2D纳米填料的含量和比例关系，在步增强1D纳米填料在孔壁内的取向程度后，可以提高纳米复合材料导电性能及电磁屏蔽性能。
3.本发明为高介电-低损耗聚合物纳米复合材料，高导电-高电磁屏蔽聚合物纳米复合材料的生产和产业化制备提供了可行的途径，并且该方法的操作简单、绿色环保，有利于这类材料的规模化生产。
附图说明
图1的(a)～(c)图是实施例1中的复合发泡材料的介电常数、介电损耗以及损耗角正切测试结果，图1的(d)～(f)图是实施例1制备的部分复合发泡材料的电场分布有限元模拟结果。图1的(a)～(c)图中，PC0-B0-168代表1#成型坯体在168℃发泡得到的样品，PC8-B0-5wt-168代表2#成型坯体在168℃发泡得到的样品，PC8-B1-5wt-168代表3#成型坯体在168℃发泡得到的样品，PC8-B2-5wt-168代表4#成型坯体在168℃发泡得到的样品，PC8-B4-5wt-168代表5#成型坯体在168℃发泡得到的样品。图1的(a)图中，从图的最左边看，从上至下的各条曲线依次对应样品PC8-B1-5wt-168，样品PC8-B0-5wt-168，样品PC8-B2-5wt-168，样品PC8-B4-5wt-168，样品PC0-B0-168。图1的(b)图中，从图的最左边看，从上至下的各条曲线依次对应样品PC8-B1-5wt-168，样品PC8-B2-5wt-168，样品PC8-B0-5wt-168，样品PC8-B4-5wt-168，样品PC0-B0-168。图1的(c)图中，从图的最左边看，从上至下的各条曲线依次对应样品PC8-B2-5wt-168，样品PC8-B1-5wt-168，样品PC8-B0-5wt-168，样品PC8-B4-5wt-168，样品PC0-B0-168。
图2的(a)(b)(c)图是实施例2中的1#～3#成型坯体的扫描电镜图，图2的(d)～(i)图是实施例2制备的各复合发泡材料进行扫描电镜图，图2的(j)(k)(l)图是复合发泡材料的泡孔模型图。
图3是实施例3制备的各成型坯体在发泡前(左图)、后(右图)的电导率测试结果。图2中的横坐标中，1:0代表单独添加CNF，2:1代表添加的CNF与GNP的质量比为2:1，1:1代表添加的CNF与GNP的质量比为1:1，0:1代表单独添加GNP的情况。
图4的(a)～(c)是实施例3中各未发泡的各成型坯体中，CNF和GNP的分布情况示意图，EMI屏蔽性能，以及在10GHz下的特定电磁干扰SE测试结果；图3的(d)～(f)图是实施例3中各复合发泡材料中CNF和GNP的分布情况示意图，EMI屏蔽性能，以及在10GHz下的特定电磁干扰SE测试结果。图4的(b)图中，PC1-G0-10wt代表1#成型坯体，PC0-G1-10wt代表2#成型坯体，PC2-G1-10wt代表3#成型坯体，PC1-G1-10wt代表4#成型坯体，PC1-G2-10wt代表5#成型坯体，图4的(e)图中，PC1-G0-10wt-164代表1#成型坯体在164℃发泡得到的样品，PC0-G1-10wt-164代表2#成型坯体在164℃发泡得到的样品，PC2-G1-10wt-164代表3#成型坯体在164℃发泡得到的样品，PC1-G1-10wt-164代表4#成型坯体在164℃发泡得到的样品，PC1-G2-10wt-164代表5#成型坯体在164℃发泡得到的样品。图3的(b)图中，从图的最右边看，从上至下的各条曲线依次对应PC1-G1-10wt，PC1-G0-10wt，PC2-G1-10wt，PC1-G2-10wt，以及PC0-G1-10wt。图4的(e)图中，从图的最左边看，从上至下的各条曲线依次对应样品PC2-G1-10wt-164，样品PC1-G1-10wt-164，样品PC1-G0-10wt-164，样品PC1-G2-10wt-164，以及样品PC0-G1-10wt-164。
图5是实施例4制备的各复合发泡材料以及未发泡的样品的电磁屏蔽性能测试结果，其中的(a)图是EMI屏蔽性能，(b)图是在10GHz下的特定电磁干扰SE测试结果。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法作进一步的说明，以下所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的发明内容和实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
以下的实施例中，聚偏氟乙烯(PVDF)由Solvay公司生产，型号6010；热塑性聚氨酯(TPU)由科思创公司生产，型号9385；碳纳米纤维(CNF)由中国科学院成都有机化学有限公司生产，规格TNGCF；石墨烯纳米片(GNP)由中国科学院成都有机化学有限公司生产，规格TNGNP；六方氮化硼纳米片(BN)由秦皇岛一诺高新材料开发有限公司生产。
实施例1
本实施例中，利用2D介电纳米材料BN促进1D CNF在发泡材料孔壁中的取向，并对制备得到的复合发泡材料进行介电性能表征，步骤如下：
(1)将CNF和BN在80℃真空干燥12h，将PVDF粒料在80℃真空干燥4h。
(2)将干燥后的CNF、BN以及PVDF加入密炼机中，在200℃、转子转速50rpm的条件下熔融共混8min，得到共混物。将所得共混物在200℃热压成型，得到厚度为3.5mm的片状成型坯体。
该步骤中，通过调整共混物中CNF和BN的含量，制备了5组共混物，进而制备得到了5种成型坯体，记作1#～5#成型坯体。1#成型坯体中，不含CNF和BN；2#成型坯体中不含BN，CNF的量为PVDF量的5wt％；3#～5#成型坯体中，CNF的量均为PVDF量的5wt％，CNF与BN的质量比分别为8:1、8:2、8:4。
(3)将各成型坯体分别置于高压反应釜中，向高压反应釜中通入作为物理发泡剂的二氧化碳，控制高压反应釜的温度为168℃、压力为12MPa，溶胀渗透1.5h，然后卸压发泡，得到复合发泡材料。
对步骤(3)制备的各复合发泡材料的正反两面进行喷金以消除接触电阻，利用宽频介电谱测试其介电常数、介电损耗以及损耗角正切，结果如图1的(a)～(c)图所示，同时对由2#、3#和5#成型坯体发泡制备得到的复合发泡材料的电场分布进行有限元模拟，结果如图1的(d)～(f)图所示。
图1的(a)～(c)图显示了含有不同比例的CNF与BN的复合发泡材料的介电常数、虚介电常数和介电损耗。对于在168℃发泡得到的不含BN和CNF的样品PC0-B0-168，由于空气相的引入和泡孔壁中碳质填料之间缺乏界面极化，其介电常数极低。对于在168℃发泡得到的含CNF但不含BN的样品PC8-B0-5wt-168，其泡孔壁中存在大量CNF-CNF微电容器，因此在100Hz时，其介电常数从2.4大幅提高到了16.4。加入BN后，当CNF与BN的质量比为8:1时，发泡得到的样品PC8-B1-5wt-168的介电常数比样品PC8-B0-5wt-168的介电常数提高了54.3％，在100Hz时，其介电常数从16.4提高到了25.3。这归因于泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，BN周围的CNF受到纳米限域剪切作用，提高了CNF在泡孔壁中的面内取向程度。
利用有限元模拟方法模拟PC8-B0-5wt-168和PC8-B1-5wt-168的电场分布情况，结果如图1的(d)(e)两图所示。由图可知，引入BN作为二维纳米填料，增强了一维纳米填料CNF在泡孔壁中的取向度，从而减小了相邻CNF之间的距离，增强了界面极化，提高了复合发泡材料的介电常数。
当CNF含量一定时，随着BN含量的增加，发泡得到的复合发泡材料的介电常数会逐渐下降，例如，当CNF的量为PVDF量的5wt％且CNF与BN的质量比达到8:4时，发泡制备得到的PC8-B4-5wt-168中，较多的BN阻碍了CNF之间的界面极化，如图1的(f)图所示，导致PC8-B4-5wt-168的介电常数下降。
综合图1的内容可知，对于本实施例而言，当CNF量为聚合物基体材料量的5wt％且CNF与BN的质量比为8:1时，可以有效改善发泡制备的复合发泡材料的介电性能。
实施例2
本实施例中，利用2D导电纳米材料GNP促进1D CNF在发泡材料孔壁中的取向，并对制备得到的复合发泡材料进行SEM表征，步骤如下：
(1)将CNF和GNP在80℃真空干燥12h，将PVDF粒料在80℃真空干燥4h。
(2)将干燥后的CNF、GNP以及PVDF加入密炼机中，在200℃、转子转速50rpm的条件下熔融共混8min，得到共混物。将所得共混物在200℃热压成型，得到厚度为3.5mm的片状成型坯体。
该步骤中，通过调整共混物中CNF和GNP的含量，制备了3组共混物，进而制备得到了3种成型坯体，记作1#～3#成型坯体。1#成型坯体中，含有CNF、不含GNP，CNF的量为PVDF量的5wt％；2#成型坯体中，CNF与GNP的质量比为2:1，CNF与GNP的总量为PVDF量的5wt％；3#成型坯体中，含有GNP、不含CNF，GNP的量为PVDF量的5wt％。
(3)将各成型坯体分别置于高压反应釜中，向高压反应釜中通入作为物理发泡剂的二氧化碳，控制高压反应釜的温度为168℃、压力为12MPa，溶胀渗透1.5h，然后卸压发泡，得到复合发泡材料。
对步骤(2)中的1#～3#成型坯体进行扫描电镜测试，结果分别如图2的(a)(b)(c)图所示，对步骤(3)中制备的各复合发泡材料进行扫描电镜测试，如图2的(d)～(i)图所示，其中的(d)(e)(f)图分别是(g)(h)(i)图的局部放大图，展示的是复合发泡材料的泡孔壁，以图2的(g)(h)(i)图为基础构建复合发泡材料的泡孔模型，结果分别如图2的(j)(k)(l)图所示。
结合图2的(a)(b)(c)图和(d)(e)(f)图可知，发泡过程会改变填料在聚合物基体材料中的分布状况，由图2的(j)图可知，一维纳米填料CNF在泡孔壁中随机取向，而由图2的(k)图可知，二维纳米填料GNP的加入，可以阻碍一维纳米填料CNF的随机取向，增强一维纳米填料CNF在复合发泡材料的孔壁中的面内取向。一维纳米纤维的取向增强有利于缩短相邻纳米填料之间的距离。
实施例3
本实施例中，利用2D导电纳米材料GNP促进1D CNF在发泡材料孔壁中的取向，并对制备得到的复合发泡材料进行导电性能和电磁屏蔽性能表征，步骤如下：
(1)将CNF和GNP在80℃真空干燥12h，将PVDF粒料在80℃真空干燥4h。
(2)将干燥后的CNF、GNP以及PVDF加入密炼机中，在200℃、转子转速50rpm的条件下熔融共混8min，得到共混物。将所得共混物在200℃热压成型，得到厚度为3.5mm的片状成型坯体。
该步骤中，通过调整共混物中CNF和GNP的含量，制备了5组共混物，进而制备得到了5种成型坯体，记作1#～5#成型坯体。1#成型坯体中，含有CNF、不含GNP，CNF的量为PVDF量的10wt％；2#成型坯体中，含有GNP、不含CNF，GNP的量为PVDF量的10wt％；3#～5#成型坯体中，CNF与GNP的质量比分别为2:1、1:1、1:2，CNF与GNP的总量为PVDF量的10wt％。
(3)将各成型坯体分别置于高压反应釜中，向高压反应釜中通入作为物理发泡剂的二氧化碳，控制高压反应釜的温度为168℃、压力为12MPa，溶胀渗透1.5h，然后卸压发泡，得到复合发泡材料。
利用高阻计和矢量网络分析仪测试步骤(2)制备的各成型坯体和步骤(3)制备的各CNF/GNP/PVDF复合发泡材料的电导率和电磁屏蔽性能。电导率测试结果如图3所示，电磁屏蔽性能测试结果如图4所示。
由图3中复合发泡材料的电导率随填料CNF与GNP的质量比的变化图(图3的右图)可知，在含CNF的复合发泡材料的基础上引入GNP，提高了复合发泡材料的电导率。值得注意的是，在相应的未发泡的成型坯体中则未观察到该现象，1#～5#成型坯体的电导率几乎是相同的。但经过超临界二氧化碳发泡后，当CNF与GNP的质量比为2:1和1:1时，在164℃发泡得到的样品PC2-G1-10wt-164和样品PC1-G1-10wt-164的电导率均高于仅含CNP的成型坯体在168℃发泡得到的PC1-G0-10wt-168的电导率。这是因为经过超临界二氧化碳发泡(纳米级拉伸工艺)，在泡孔壁中形成了独特的1D/2D填充网络结构。由于二维GNP的约束，一维CNF的在泡孔壁内的取向程度增加。因此，碳质填料在相邻填料之间隧穿的可能性增加，整体电导率增加。
图4的(a)～(c)图展示的是各未发泡的各成型坯体中，CNF和GNP的分布情况示意图，EMI屏蔽性能，以及在10GHz下的特定电磁干扰SE测试结果。由图3的(b)(c)图可知，在未发泡的各成型坯体中，未观察到电磁屏蔽性能的1D/2D填料的协同效应，随着GNP与CNF质量比的增加，材料的电磁屏蔽性能下降。这是由于GNP的纵横比较小，增加了碳填料之间的隧穿间隙，从而降低了电学屏蔽性能和EMI屏蔽性能。
图4的(d)～(f)图展示的是各复合发泡材料中CNF和GNP的分布情况示意图，EMI屏蔽性能，以及在10GHz下的特定电磁干扰SE测试结果。由图3的(e)(f)图可知，当CNF与GNP的质量比为2:1和1:1时，在164℃发泡得到的PC2-G1-10wt-164和PC1-G1-10wt-164，均具有较好的电磁屏蔽性能。这是由于纳米尺度拉伸增强的2D填料的约束结构引起了一维CNF面内取向效应，从而减小了导电纳米填充物之间的间隙，从而提高了复合发泡材料的导电性。
综合图3、4的内容可知，对于本实施例而言，当CNF和GNP的总量为聚合物基体材料量的10wt％且CNF与GNP的质量比为2:1和1:1时，可以有效改善发泡制备的复合发泡材料的导电性能和电磁屏蔽性能。
实施例4
本实施例中，利用2D导电纳米材料GNP促进1D CNF在发泡材料孔壁中的取向，并比较发泡温度对制备得到的复合发泡材料的电磁屏蔽性能的影响，步骤如下：
(1)将CNF和GNP在80℃真空干燥12h，将PVDF粒料在80℃真空干燥4h。
(2)将干燥后的CNF、GNP以及PVDF加入密炼机中，在200℃、转子转速50rpm的条件下熔融共混8min，得到共混物，共混物中CNF与GNP的质量比为2:1，CNF与GNP的总量为PVDF量的10wt％。将所得共混物在200℃热压成型，得到厚度为3.5mm的片状成型坯体。
(3)该步骤共进行以下4组实验：
第一组，不对成型坯体进行发泡操作，将得到的样品记作PC2-G1；
第二组，将成型坯体分别置于高压反应釜中，向高压反应釜中通入作为物理发泡剂的二氧化碳，控制高压反应釜的温度为164℃、压力为12MPa，溶胀渗透1.5h，然后卸压发泡，得到复合发泡材料，记作PC2-G1-164；
第三组，与第二组的操作基本相同，不同之处仅在于，控制高压反应釜的温度为167℃，将制备得到的复合发泡材料记作PC2-G1-167；
第四组，与第二组的操作基本相同，不同之处仅在于，控制高压反应釜的温度为168℃，将制备得到的复合发泡材料记作PC2-G1-168。
利用矢量网络分析仪测试步骤(3)制备的各复合发泡材料以及未发泡的样品PC2-G1的电磁屏蔽性能，结果如图4所示。由图4可知，相对于未发泡的样品PC2-G1，本实施例在164～168℃发泡制备的复合发泡材料的电磁屏蔽性能都得到了提升。

Claims (9)

1.一种利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将1D纳米填料和2D纳米填料与聚合物基体材料熔融共混，将所得共混物制备成成型坯体；该成型坯体中，1D纳米填料与2D纳米填料的总量占聚合物基体材料的5wt％～10wt％；
(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡，在泡孔生长过程中，泡孔壁受到二维拉伸作用，2D纳米填料周围的1D纳米填料受到纳米限域剪切作用，能促进1D纳米填料在泡孔壁中的面内取向。
2.根据权利要求1所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，所述1D纳米填料为导电纳米纤维，所述2D纳米填料为介电纳米片状材料或者导电纳米片状材料。
3.根据权利要求2所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。
4.根据权利要求3所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，当所述2D纳米填料为介电纳米片状材料，且1D纳米填料和2D纳米填料的质量比为(8～8.5)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的介电性能。
5.根据权利要求4所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，所述2D纳米填料为六方氮化硼纳米片，1D纳米填料为碳纳米纤维。
6.根据权利要求2所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，当所述2D纳米填料为导电纳米片状材料时，通过调控1D纳米填料和2D纳米填料的含量，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能及电磁屏蔽性能。
7.根据权利要求6所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，当所述2D纳米填料为导电纳米片状材料，且1D纳米填料与2D纳米填料的质量比为(1～2)：1时，步骤(2)能促进1D纳米填料在发泡材料孔壁中的面内取向，并能提高发泡制备得到的复合发泡材料的导电性能及电磁屏蔽性能。
8.根据权利要求7所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，所述2D纳米填料为石墨烯纳米片，1D纳米填料为碳纳米纤维。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述利用二维填料促进一维填料在发泡材料孔壁中取向的方法，其特征在于，步骤(2)利用高压流体对成型坯体进行发泡的方法如下：
将成型坯体置于高压腔体中，向高压腔体中通入作为物理发泡剂的气体，控制高压腔体内的温度至发泡温度，控制高压腔体内的压力至物理发泡剂转变为超临界状态，保持前述温度和压力条件进行溶胀直到发泡剂在坯体中达到饱和，然后泄压发泡。
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