天然植物纖維增強聚乳酸復合材料具有可生物降解、強重比高和環(huán)境友好等特性，是未來連接綠色材料與高端建筑材料應(yīng)用的橋梁。然而，隨著建筑材料對電磁性能要求的不斷升級，需要深化對現(xiàn)有建筑材料電磁性能的研究。電磁功能復合材料是通過在復合材料中添加一定量的電磁功能助劑制備的一種復合材料。電磁功能型天然植物纖維增強聚乳酸復合材料，不僅符合生態(tài)環(huán)保需求，又可實現(xiàn)“一材多用”，滿足其在導電、電磁屏蔽等建筑場景下的應(yīng)用需求。
目前，針對電磁功能生物質(zhì)復合材料的研究主要集中在單一種類電磁功能助劑的性能優(yōu)化、電磁屏蔽原理與導電原理解析等方面。科研人員以天然椰膠、聚丙烯為原料，以導電炭黑為電磁功能助劑，采用熔融共混工藝制備了聚丙烯/天然椰膠/炭黑復合材料。結(jié)果表明，導電炭黑能夠在復合材料內(nèi)部形成導電網(wǎng)絡(luò)，改善復合材料的電磁功能。當導電炭黑添加量為12%(質(zhì)量分數(shù))及天然椰膠添加量為3%(質(zhì)量分數(shù))時，復合材料電磁屏蔽效能達到最優(yōu)值23dB。另據(jù)研究以聚氯乙烯和玉米秸稈為原料，以石墨烯、碳纖維作為電磁功能助劑，采用熱壓成型工藝制備了石墨烯/碳纖維/聚氯乙烯/玉米秸稈復合材料。結(jié)果表明，氧化還原石墨烯沉積碳纖維中的缺陷及含氧化學鍵改善了復合材料的電磁功能，當氧化還原石墨烯沉積碳纖維添加量為4%(質(zhì)量分數(shù))時，復合材料電磁屏蔽效能達到最優(yōu)值29dB。在此，特別介紹以沙柳和聚乳酸為原料、馬來酸酐為偶聯(lián)劑，多壁碳納米管(MWCNTs)、納米導電炭黑(CCB)和可膨脹石墨(EG)為電磁功能助劑，構(gòu)建電磁功能助劑復配體系，探究復配體系對沙柳/聚乳酸復合材料抗彎強度、抗沖擊強度、表面電阻率、電磁屏蔽效能的影響規(guī)律及其“協(xié)同增效”機理。研究成果對開發(fā)高性能、功能型植物纖維增強復合材料，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。該研究結(jié)論為：
(1)MWCNTs/EG、MWCNTs/CCB 復配體系下，復合材料的力學性能隨著MWCNTs占比減少而增加，2種復配體系的最優(yōu)復配比均為1?4；CCB/EG復配體系下，復合材料的力學性能隨著EG占比的增加而下降，最優(yōu)復配比為1?1。3種復配體系下，復合材料的電磁性能均隨復配比的增加而提高，電磁屏蔽效能最優(yōu)時復配比均為1?1。
(2)在 MWCNTs/EG、CCB/EG、MWCNTs/CCB復配體系下，3種復合材料的靜曲強度和彈性模量分別滿足LY/T 3274—2021《木塑復合材料分級》中未發(fā)泡室內(nèi)用木塑復合材料二級指標、三級指標、三級指標要求；3種復合材料的表面電阻率均達到 GB/T 32511-2016《電磁屏蔽塑料通用技術(shù)要求》中電性能要求EP-3等級，電磁屏蔽效能分別滿足GB/T32511—2016《電磁屏蔽塑料通用技術(shù)要求》中的SE-3等級(20dB)、SE-3 等級(20dB)、SE-2 等級(40dB)要求。
(3)MWCNTs/EG、CCB/EG、CCB/MWCNTs復配體系下，MWCNTs/EG復配比為1?4時復合材料的力學性能最優(yōu)，復合材料的靜曲強度、彈性模量、沖擊強度最優(yōu)值分別為32.12MPa、3754MPa、3.012kJ/m2；MWCNTs/CCB復配比為1?1時復合材料的電磁屏蔽效能最優(yōu)，復合材料的lg(ps)為2，電磁屏蔽效能為48dB。
來源：《電磁功能助劑復配體系對沙柳/聚乳酸復合材料力學及電磁性能的影響》胡建鵬等
