电子束交联作为一种后处理技术，用于稳定LDPE中渗透的碳纳米管（CNT）网络，以实现宽带电磁干扰（EMI）屏蔽效果

《Journal of Vinyl and Additive Technology》：Electron-Beam Cross-Linking as a Post-Processing Strategy to Stabilize Percolated CNT Networks in LDPE for Broadband EMI Shielding

碳纳米管（CNT）填充低密度聚乙烯（LDPE）复合材料通过电子束（EB）辐照改性，实现电磁屏蔽效能（25-32dB）与热机械稳定性（弹性模量提升、耐高温性能增强）的协同优化。EB辐照剂量（150-200kGy）使绝缘性提升（非绝缘成分>60%），同时保持电导率阈值（2.5wt% CNT）以下材料导电性稳定，构建了成分-剂量-性能的定量关系模型。

　　

摘要

填充有碳纳米管（CNTs）的低密度聚乙烯（LDPE）是一个可用于轻质电磁干扰（EMI）屏蔽的可扩展平台。然而，渗透碳纳米管网络在热机械载荷下的稳定性仍然是电线和电缆应用中的一个关键限制因素。在这项研究中，引入了电子束（EB）辐照作为后处理控制参数，以独立于填料含量来稳定碳纳米管的导电网络。通过熔融复合制备了含有0–10%碳纳米管的LDPE/多壁碳纳米管复合材料，并使用三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯作为交联剂，在0–200 kGy的吸收剂量下进行辐照。未经辐照的复合材料在碳纳米管含量约为2.5%时表现出电导渗透阈值，此时其直流电导率增加了近九个数量级。电子束辐照使复合材料的不可溶分数从几乎为零增加到150–200 kGy时的60%以上。与此同时，复合材料的拉伸强度、弹性模量和200°C下的热固性显著提高，而熔化温度（<2°C）和结晶度（<6%）的变化则较小。对于碳纳米管含量≥5%的复合材料，经过电子束处理后，直流和交流电导率基本保持不变，表明碳纳米管之间的传输路径得到了稳定而非破坏。因此，经过电子束交联的CNT/LDPE复合材料在厚度约为1.5毫米的情况下，在10 MHz–3 GHz的频率范围内实现了宽带、以吸收为主导的EMI屏蔽效果，总屏蔽效率（SE）约为25–32 dB。这些结果建立了一个定量的组成-剂量-性能框架：碳纳米管的含量决定了电导渗透和屏蔽效果的大小，而电子束诱导的交联则决定了材料的热机械稳定性和使用寿命。所提出的解耦策略为开发耐用的、通过添加剂改性的聚烯烃EMI屏蔽材料提供了实际途径，这些材料兼容工业电子束加工工艺。

亮点

• 电子束交联稳定了LDPE中的碳纳米管网络。
• 碳纳米管的含量控制电导渗透；电子束剂量决定了热机械稳定性
• 实现了宽带、以吸收为主导的EMI屏蔽效果（25–32 dB）
• 电子束辐照后电导率保持不变。
• 交联提高了热固性，同时结晶度变化很小。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向相应作者索取。