CN115401960A - 一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料及其成型方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料及其成型方法和应用。本发明属于电磁屏蔽材料领域。本发明的目的是为了解决现有电磁屏蔽树脂基复合材料在10KHz‑40GHz频率范围内屏蔽效能不高的技术问题。本发明的复合材料由金属箔和碳纤维层交替层叠而成，最外层为碳纤维层，相邻碳纤维层的碳纤维排布方向垂直。方法：将金属箔和碳纤维层交替叠布置后固化成型。本发明的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料用于制备电磁屏蔽结构件。本发明的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料可设计性极强，可实现多种形状的结构件成型，操作简便，适合工业化生产，在10KHz‑40GHz频率范围内屏蔽效能高达45dB，电磁屏蔽效果优异。
Description
技术领域
本发明属于电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料及其成型方法和应用。
背景技术
电磁屏蔽材料是指通过反射或者吸收电磁波的原理达到防止电磁波透射穿过的一类材料，目前电磁屏蔽作为电磁兼容技术的重要组成部分越来越凸现出它的重要性，新材料、新工艺逐渐成为当前电磁屏蔽研究领域的热点。
传统的电磁屏蔽复合材料多采用共混工艺将聚合物树脂与填料混合，屏蔽效能取决于导电网络的连续程度，石墨烯、碳纳米管和炭黑等具有优良导电性的碳材料逐渐被应用于电磁屏蔽材料领域，但是碳材料在使用过程中存在一定缺陷，首先，碳材料的小尺寸使得其具有极大的比表面积，而大比表面积带来的高表面能使得碳材料极易团聚从而限制碳材料的使用效率，碳材料的利用率低；其次，填料在基体内部容易团聚往往需要大量添加导电填料(如金属粉、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等)才能获得良好的导电性能。由于同时填料在树脂基体中的大量添加会导致复合材料与空气之间的阻抗不匹配，造成大量的电磁反射，造成二次电磁波污染。此外，填料在树脂基体中的大量添加也会导致复合材料力学性能的大大降低，不能满足实际应用。
随着复合材料的应用越来越广，复合材料的电磁屏蔽性能不能满足复合材料的应用，亟需一种新型轻质化的电磁屏蔽复合材料，通过优化设计满足复合材料的结构功能一体化。但现有电磁屏蔽树脂基复合材料在10KHz-40GHz频率范围内屏蔽效能仍不高，无法满足需求，因此，开发一种轻质高电磁屏蔽效能的复合材料显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电磁屏蔽树脂基复合材料在10KHz-40GHz频率范围内屏蔽效能不高的技术问题，而提供一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料及其成型方法和应用。
本发明的目的之一在于提供一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料，所述高电磁屏蔽效能树脂基复合材料由金属箔和碳纤维层交替层叠而成，最外层为碳纤维层，相邻碳纤维层的碳纤维排布方向垂直。
进一步限定，相邻金属箔之间的碳纤维层数为1-2层。
进一步限定，金属箔包括铜箔、镍箔、铝箔，金属箔层数为3-6层。
进一步限定，单层金属箔厚度为0.1-0.15mm，复合材料厚度为2.2-2.6mm。
本发明的目的之二在于提供一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法，该成型方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳纤维预浸料铺设在模具内，形成底层碳纤维层；
步骤2：将金属箔表面用化学试剂处理后，涂刷胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上；
步骤3：重复步骤1-2至目标厚度，然后固化成型，冷却脱模后打磨、表面清理，得到高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
进一步限定，步骤2中化学试剂为丙酮或乙酸乙酯。
进一步限定，步骤2中胶粘剂为橡胶改性树脂胶粘剂。
进一步限定，重复步骤1时碳纤维预浸料铺设方向与上一层垂直。
进一步限定，步骤3中固化温度为120-150℃，固化时间为5-10h。
本发明的目的之三在于一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳纤维以湿法缠绕的方式，在芯模表面进行纵向缠绕或环向缠绕，形成底层碳纤维层；
步骤2：将金属箔表面用化学试剂处理后，涂刷胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上；
步骤3：重复步骤1-2至目标厚度，然后固化成型，冷却脱模后打磨、表面清理，得到高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
进一步限定，步骤1中纵向缠绕时缠绕1周，环向缠绕时缠绕2周。
进一步限定，步骤2中化学试剂为丙酮或乙酸乙酯。
进一步限定，步骤2中胶粘剂为橡胶改性树脂胶粘剂。
进一步限定，重复步骤1时碳纤维缠绕方向与上一层垂直。
进一步限定，步骤3中固化温度为120-150℃，固化时间为5-10h。
本发明的目的之四在于一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料用于制备电磁屏蔽结构件。
进一步限定，结构件包括平面结构、筒形、锥形或异形。
本发明与现有技术相比具有的显著效果：
1)本发明的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料可设计性极强，可实现平面电磁屏蔽复合材料、筒形电磁屏蔽复合材料、锥形电磁屏蔽复合材料以及其它异形电磁屏蔽复合材料的结构件成型。
2)本发明的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法工艺简单、操作简便，适合规模性工业化生成。
3)本发明的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料在10KHz-40GHz频率范围内电磁屏蔽树脂基复合材料屏蔽效能高达45dB，电磁屏蔽效果优异。
附图说明
图1为实施例1的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的结构示意图；
其中1-碳纤维层，2-金属箔，3-碳纤维层。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料，所述高电磁屏蔽效能树脂基复合材料由金属箔和碳纤维层交替层叠而成，最外层为碳纤维层，相邻碳纤维层的碳纤维排布方向垂直，相邻金属箔之间的碳纤维层数为1-2层，金属箔包括铜箔、镍箔、铝箔，金属箔层数为3-6层，单层金属箔厚度为0.1-0.15mm，复合材料厚度为2.2-2.6mm。
本实施方式的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料在10KHz-40GHz频率范围内电磁屏蔽树脂基复合材料屏蔽效能高达45dB，电磁屏蔽效果优异。
具体实施方式二：本实施方式的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳纤维预浸料铺设在模具内，形成底层碳纤维层；
步骤2：将金属箔表面用化学试剂处理后，涂刷胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上；步骤2中所述化学试剂为丙酮或乙酸乙酯，所述胶粘剂为橡胶改性树脂胶粘剂；
步骤3：另取碳纤维预浸料，铺设于金属箔上，铺设方向以碳纤维预浸料中碳纤维的排布方向与底层碳纤维层中碳纤维的排布方向垂直为准，形成第n+1层碳纤维层；
步骤4：重复步骤2-3至目标厚度，铺设方向与前一次铺设方向垂直，然后于120-150℃固化5-10h成型，冷却脱模后打磨、表面清理，得到厚度为2.2-2.6mm的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
本实施方式的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法工艺简单、操作简便，适合规模性工业化生成。
具体实施方式三：本实施方式的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳纤维以湿法缠绕的方式，在模具端面挂纱，然后在芯模表面进行纵向缠绕或环向缠绕，形成底层碳纤维层；
步骤2：将金属箔表面用化学试剂处理后，涂刷胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上；步骤2中所述化学试剂为丙酮或乙酸乙酯，所述胶粘剂为橡胶改性树脂胶粘剂；
步骤3：另取碳纤维以湿法缠绕的方式在芯模表面进行纵向缠绕或环向缠绕，纵向缠绕时缠绕1周，环向缠绕时缠绕2周，其中缠绕方向与步骤1中底层碳纤维缠绕方向垂直，形成第n+1层碳纤维层；
步骤4：重复步骤2-3至目标厚度，缠绕方向与前一次缠绕方向垂直，然后于120-150℃固化5-10h成型，冷却脱模后打磨、表面清理，得到厚度为2.2-2.6mm的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
本实施方式的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法工艺简单、操作简便，适合规模性工业化生成。
具体实施方式四：本实施方式的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料用于制备电磁屏蔽结构件。
本实施方式的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料可设计性极强，可实现平面电磁屏蔽复合材料、筒形电磁屏蔽复合材料、锥形电磁屏蔽复合材料以及其它异形电磁屏蔽复合材料的结构件成型。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：结构件包括平面结构、筒形、锥形或异形。其他步骤及参数与具体实施方式四相同。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
下述实施例中所述相邻碳纤维层的碳纤维排布方向垂直是指第n层碳纤维层的碳纤维排布方向与第n+1层碳纤维层的碳纤维排布方向垂直。
下述实施例中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。
实施例1：本实施例的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法按以下步骤进行：
步骤1：将厚度为0.15mm的碳纤维预浸料铺设在模具内，形成底层碳纤维层；
步骤2：将厚度为0.1mm的铜箔表面用丙酮处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上；
步骤3：另取2层厚度为0.15mm的碳纤维预浸料，先将其中1层碳纤维预浸料层叠铺设于铜箔上，形成第2层碳纤维层，再将另1层碳纤维预浸料层叠铺设于第2层碳纤维层上，形成第3层碳纤维层，其中第2层碳纤维层的纤维排布方向与底层纤维排布方向垂直，第3层碳纤维层的纤维排布方向与第2层碳纤维层的纤维排布方向垂直；
步骤4：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用丙酮处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第3层碳纤维层上，形成第2层铜箔；
步骤5：另取2层厚度为0.15mm的碳纤维预浸料，先将其中1层碳纤维预浸料层叠铺设于第2层铜箔上，形成第4层碳纤维层，再将另1层碳纤维预浸料层叠铺设于第4层碳纤维层上，形成第5层碳纤维层，其中第4层碳纤维层的纤维排布方向与第3层碳纤维层的纤维排布方向垂直，第5层碳纤维层的纤维排布方向与第4层碳纤维层的纤维排布方向垂直；
步骤6：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用丙酮处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第5层碳纤维层上，形成第3层铜箔；
步骤7：另取2层厚度为0.15mm的碳纤维预浸料，先将其中1层碳纤维预浸料层叠铺设于第3层铜箔上，形成第6层碳纤维层，再将另1层碳纤维预浸料层叠铺设于第6层碳纤维层上，形成第7层碳纤维层，其中第6层碳纤维层的纤维排布方向与第5层碳纤维层的纤维排布方向垂直，第7层碳纤维层的纤维排布方向与第6层碳纤维层的纤维排布方向垂直；
步骤8：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用丙酮处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第7层碳纤维层上，形成第4层铜箔；
步骤9：另取2层厚度为0.15mm的碳纤维预浸料，先将其中1层碳纤维预浸料层叠铺设于第4层铜箔上，形成第8层碳纤维层，再将另1层碳纤维预浸料层叠铺设于第8层碳纤维层上，形成第9层碳纤维层，其中第8层碳纤维层的纤维排布方向与第7层碳纤维层的纤维排布方向垂直，第9层碳纤维层的纤维排布方向与第8层碳纤维层的纤维排布方向垂直；
步骤10：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用丙酮处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第9层碳纤维层上，形成第5层铜箔；
步骤11：另取2层厚度为0.15mm的碳纤维预浸料，先将其中1层碳纤维预浸料层叠铺设于第5层铜箔上，形成第10层碳纤维层，再将另1层碳纤维预浸料层叠铺设于第10层碳纤维层上，形成第11层碳纤维层，其中第10层碳纤维层的纤维排布方向与第9层碳纤维层的纤维排布方向垂直，第11层碳纤维层的纤维排布方向与第10层碳纤维层的纤维排布方向垂直；
步骤12：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用丙酮处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第11碳纤维层上，形成第6层铜箔；
步骤13：另取1层厚度为0.15mm的碳纤维预浸料，层叠铺设于第6层铜箔上，形成第12层碳纤维层，其中第12层碳纤维层的纤维排布方向与第11层碳纤维层的纤维排布方向垂直；
步骤14：于130℃固化5h成型；
步骤15：随炉冷却至室温后出炉，并脱模；
步骤16：对加工完的试件单面边缘30mm范围内进行打磨、表面清理，得到厚度为2.4mm的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
实施例2：本实施例的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法按以下步骤进行：
步骤1：将厚度为0.26mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，在模具端面挂纱，然后在芯模表面进行纵向缠绕，缠绕1周，形成底层碳纤维层；
步骤2：将厚度为0.1mm的铜箔表面用乙酸乙酯处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设底层碳纤维层上；
步骤3：另取厚度为0.13mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，进行环向缠绕，缠绕2周，形成第2层碳纤维层；
步骤4：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用乙酸乙酯处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第2层碳纤维层上，形成第2层铜箔；
步骤5：另取厚度为0.26mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，进行纵向缠绕，缠绕1周，形成第3层碳纤维层；
步骤6：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用乙酸乙酯处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，然后铺设于第3层碳纤维层上，形成第3层铜箔；
步骤7：另取厚度为0.13mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，进行环向缠绕，缠绕2周，形成第4层碳纤维层；
步骤8：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用乙酸乙酯处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，铺设于第4层碳纤维层上，形成第4层铜箔；
步骤9：另取厚度为0.26mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，进行纵向缠绕，缠绕1周，形成第5层碳纤维层；
步骤10：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用乙酸乙酯处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，铺设于第5层碳纤维层上，形成第5层铜箔；
步骤11：另取厚度为0.13mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，进行环向缠绕，缠绕2周，形成第6层碳纤维层；
步骤12：另取厚度为0.1mm的铜箔，表面用乙酸乙酯处理后，涂刷橡胶改性树脂胶粘剂，铺设于第6层碳纤维层上，形成第6层铜箔；
步骤13：另取厚度为0.26mm的碳纤维以湿法缠绕的方式，进行纵向缠绕，缠绕1周，形成第7层碳纤维层；
步骤14：于130℃固化5h成型；
步骤15：随炉冷却至室温后出炉，并脱模；
步骤16：对加工完的试件单面边缘30mm范围内进行打磨、表面清理，得到厚度为2.42mm的高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
检测试验：
检测标准为《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》，结果如表1所示。
表1电磁屏蔽效能树脂基复合材料的电磁屏蔽效能
| 检测频率 | 场型 | 屏蔽效能(dB) |
| 10kHz | 磁场 | 49.5 |
| 50kHz | 磁场 | 60.3 |
| 1MHz | 磁场 | 78.5 |
| 30MHz | 磁场 | 92.1 |
| 30MHz | 电场 | 94.1 |
| 40GHz | 电场 | 107.9 |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料，其特征在于，它由金属箔和碳纤维层交替层叠而成，最外层为碳纤维层，相邻碳纤维层的碳纤维排布方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料，其特征在于，相邻金属箔之间的碳纤维层数为1-2层。
3.根据权利要求1所述的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料，其特征在于，金属箔包括铜箔、镍箔、铝箔，金属箔层数为3-6层。
4.根据权利要求1所述的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料，其特征在于，单层金属箔厚度为0.1-0.15mm，复合材料厚度为2.2-2.6mm。
5.权利要求1-4任一项所述的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳纤维预浸料铺设在模具内，形成底层碳纤维层；
步骤2：将金属箔表面用化学试剂处理后，涂刷胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上；
步骤3：重复步骤1-2至目标厚度，然后固化成型，冷却脱模后打磨、表面清理，得到高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2中化学试剂为丙酮或乙酸乙酯，胶粘剂为橡胶改性树脂胶粘剂，重复步骤1时碳纤维预浸料铺设方向与上一层垂直，步骤3中固化温度为120-150℃，固化时间为5-10h。
7.权利要求1-4任一项所述的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料的成型方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳纤维以湿法缠绕的方式，在芯模表面进行纵向缠绕或环向缠绕，形成底层碳纤维层；
步骤2：将金属箔表面用化学试剂处理后，涂刷胶粘剂，然后铺设于底层碳纤维层上
步骤3：重复步骤1-2至目标厚度，然后固化成型，冷却脱模后打磨、表面清理，得到高电磁屏蔽效能树脂基复合材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1中纵向缠绕时缠绕1周，环向缠绕时缠绕2周，步骤2中化学试剂为丙酮或乙酸乙酯，胶粘剂为橡胶改性树脂胶粘剂，重复步骤1时碳纤维缠绕方向与上一层垂直，步骤3中固化温度为120-150℃，固化时间为5-10h。
9.权利要求1-4任一项所述的一种高电磁屏蔽效能树脂基复合材料用于制备电磁屏蔽结构件。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，结构件包括平面结构、筒形、锥形或异形。
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