CN106671502A - 一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括步骤：(1)根据所需的纤维毡面密度先后将一定比例的短切ES纤维和短切碳纤维放入分散液中分散、混合，并用搅拌机搅拌，之后静置；(2)将分散好的溶液倒入抄纸机中，通过抄纸机上面的铜网进行抄造，接下来将抄造好的短切碳纤维屏蔽毡层进行烘干；(3)将烘干短切碳纤维屏蔽毡层夹入两层绝缘树脂层间放在平板硫化机中进行热压，得到短切碳纤维电磁屏蔽复合材料。本发明还公开了一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料。本发明具有屏蔽性能可调、超薄、重量轻等特点，同时还有优良的抗氧化和抗腐蚀性能，制备方法简便易行，成本低廉，应用广泛，适合大批量生产。

Description

一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子通信及可穿戴电磁屏蔽材料领域,具体而言,涉及一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代社会电子信息技术的迅速发展，无线网络设备数量剧增。电磁波辐射的电磁能量正在逐年增长，电磁辐射污染会人类的生活及身体健康，同时还会干扰电子设备的正常运行降低设备的可靠性、稳定性。目前,采用的电磁屏蔽层通常采用金属片或金属填料复合材料制作，将其覆盖在需要防护的部件上,起到电磁屏蔽的作用。但是金属密度大,增加了设备的重量,此外,还存在价格昂贵、易氧化、易腐蚀、加工性差、难以调节屏蔽性能、吸波性能差、使用不方便等缺点，在某些特殊场合,还容易引起精密仪器及设备的内部短路，带来不必要的损失，严重限制了金属在电磁屏蔽领域的实际应用。因此急需一种质量轻，造价低，抗腐蚀，柔性好同时具有优异吸波性能的屏蔽材料。
发明内容
本发明的目的在于克服传统金属电磁屏蔽材料重量大，造价高的缺点，提供一种成本低廉、加工方便、性能优异的短切碳纤维电磁屏蔽复合材料及其制备方法，解决了现有传统金属电磁屏蔽材料价格昂贵、易氧化、易腐蚀、难加工，吸波性能差,使用不方便等缺点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，具有三层结构，包括位于外侧的两绝缘树脂层、夹于两绝缘树脂层之间的短切碳纤维屏蔽毡层。
进一步地，所述绝缘树脂层的材料为PE或PC膜。
进一步地，所述的绝缘树脂层和短切碳纤维屏蔽毡层通过热压形成整体，所述的短切碳纤维屏蔽毡层内的碳纤维通过热压搭接形成三维导电网络，保证了良好的导电性以及电磁屏蔽性能。
一种如所述短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)先后将碳纤维丝束和ES纤维丝束用纤维短切机切割成特定的长度，根据所需的纤维毡面密度先后将一定比例的短切ES纤维和短切碳纤维放入分散液中分散、混合，并用搅拌机搅拌，之后静置；
(2)将分散好的溶液倒入抄纸机中，通过抄纸机上面的铜网进行抄造。接下来将抄造好的短切碳纤维屏蔽毡层放入恒温干燥箱中烘干，烘干温度为60~80℃，烘干时间为30~45min；
(3)将烘干好的短切碳纤维屏蔽毡层夹入两层绝缘树脂层间放在平板硫化机中进行热压，得到短切碳纤维电磁屏蔽复合材料。
进一步地，步骤(1)中所述短切ES纤维为聚乙烯/聚丙烯纤维，具有皮芯结构，皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯；所述短切碳纤维与短切ES纤维质量比为1:9~2:3。
进一步地，步骤(1)中所述分散液是浓度为0.8~1.5%的羟乙基纤维素。
进一步地，步骤(1)中所述搅拌机的搅拌速率为600~700rpm，搅拌时间为4~5min；静置时间为4~5min。
进一步地，步骤(2)中所述抄纸机容量大于10L，以便纤维能够充分分散。
进一步地，步骤(2)中所述铜网目数为80目。
进一步地，步骤(3)中所述热压时间为10~15min，热压温度150~180℃，热压压力3~6MPa。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1）本发明采用湿法抄纸技术对短切碳纤维和ES纤维进行抄造，方便快捷，成本较低适合大批量生产。
2）通过热压技术对抄造的预成型屏蔽毡进行热压，使得纤维相互压合，形成：ES纤维-ES纤维热压结点和ES纤维-碳纤维热压结点，为屏蔽毡提供了足够的强度以及良好的柔性；碳纤维之间相互搭接形成三维导电网络，使其具有良好的导电性和电磁屏蔽性能。
3）ES纤维由于其独特的皮芯结构，在热压过程中皮层熔融，芯层保持原有纤维状，热压结束后皮层又由于表面张力作用重新附在芯层表面，避免了因树脂溢出，阻碍电子流通，从而降低材料导电性，由于ES纤维的存在，预制备屏蔽毡与树脂膜结合更好。
4）材料两侧树脂膜避免了因材料表面导电影响其绝缘性能的缺点，同时树脂膜通过热压可与中间层屏蔽毡中ES纤维皮层熔融结合，提高了复合材料的结合性能，具有屏蔽性能可调，超薄，重量轻，还有优良的抗氧化，抗腐蚀性能。
5）本发明技术手段简便易行，成本低廉，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例一的短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的结构示意图。
图2为本发明实施例二制备的电磁屏蔽复合材料屏蔽层的纤维毡SEM图。
图3为本发明实施例二制备的电磁屏蔽复合材料屏蔽层的纤维毡的ES纤维-ES纤维热压结点处SEM图。
图4为本发明实施例二制备的电磁屏蔽复合材料屏蔽层的纤维毡的ES纤维-碳纤维热压结点处SEM图。
图中：1-绝缘树脂层；2-短切碳纤维屏蔽毡；3-短切碳纤维电磁屏蔽复合材料；4-短切ES纤维；5-短切碳纤维；6-三维导电网络；7-ES纤维-ES纤维热压结点；8-ES纤维-碳纤维热压结点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施例作进一步具体详细描述。
实施例一
如图1所示。一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，所述的短切碳纤维电磁屏蔽复合材料3具有三层结构，包括位于外侧的两绝缘树脂层1、夹于两绝缘树脂层1之间的短切碳纤维屏蔽毡层2。
所述绝缘树脂层1的材料为PE或PC膜。
所述的绝缘树脂层1和短切碳纤维屏蔽毡层2通过热压形成整体，所述的短切碳纤维屏蔽毡层2内的碳纤维通过热压搭接形成三维导电网络。
实施例二
一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)先后将一定比例的短切ES纤维4和短切碳纤维5放入质量分数为1.2%的羟乙基纤维素溶液中分散、混合，并用搅拌机速率搅拌，随后静置，所述短切ES纤维4为聚乙烯/聚丙烯纤维，具有皮芯结构，皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯；所述短切碳纤维5与短切ES纤维4质量比为2:3，纤维长度为6mm，搅拌机搅拌速率700rpm，搅拌时间4min，静置时间5min。
(2)将分散好的溶液倒入容量大于10L的抄纸机中，通过抄纸机上面的80目铜网进行抄造，接下来将抄造好的短切碳纤维屏蔽毡层2放入恒温干燥箱中烘干，抄造的短切碳纤维屏蔽毡层2面密度50g/m2，干燥箱烘干温度80℃，烘干时间30min。
(3)将烘干好的短切碳纤维屏蔽毡层2夹入两层绝缘树脂层1之间并放入平板硫化机中进行热压，即得到短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，热压时间为10min，热压温度160℃，热压压力6MPa；所述绝缘树脂层1的材料为PE或PC膜。
如图2至图4所示，步骤（3）中的短切碳纤维屏蔽毡层2经过热压使得纤维相互压合，形成若干ES纤维-ES纤维热压结点7和ES纤维-碳纤维热压结点8；碳纤维与碳纤维之间形成三维导电网络6。
在此实施例中，对短切碳纤维电磁屏蔽复合材料测试的电导率以及电磁屏蔽效能并对柔韧性进行了评估，最后得出短切碳纤维屏蔽毡层2的电导率σ=13.01 S/cm，在30-1500 MHz的频率范围内，其屏蔽效能达到30 dB以上，材料可随意弯折卷曲。表明该种方法制备的短切碳纤维屏蔽材料具有优异的电磁屏蔽性能和良好的柔韧性，是一种质量轻，造价低，抗腐蚀，柔性好同时具有优异吸波性能的屏蔽材料。
实施例三
一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)先后将一定比例的短切ES纤维4和短切碳纤维5放入质量分数为1.5%的羟乙基纤维素溶液中分散、混合，并用搅拌机速率搅拌，随后静置，所述短切ES纤维4为聚乙烯/聚丙烯纤维，具有皮芯结构，皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯；所述短切碳纤维5与短切ES纤维4质量比为3:7，纤维长度为6mm，搅拌机搅拌速率600rpm，搅拌时间5min，静置时间5min。
(2)将分散好的溶液倒入容量大于10L的抄纸机中，通过抄纸机上面的80目铜网进行抄造，接下来将抄造好的短切碳纤维屏蔽毡层2放入恒温干燥箱中烘干，抄造的短切碳纤维屏蔽毡层2面密度45g/m2，干燥箱烘干温度70℃，烘干时间40min。
(3)将烘干好的短切碳纤维屏蔽毡层2夹入两层绝缘树脂层1之间并放入平板硫化机中进行热压，即得到短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，热压时间为12min，热压温度150℃，热压压力4MPa；所述绝缘树脂层1的材料为PE或PC膜。
步骤（3）中的短切碳纤维屏蔽毡层2经过热压使得纤维相互压合，形成若干ES纤维-ES纤维热压结点7和ES纤维-碳纤维热压结点8；碳纤维与碳纤维之间形成三维导电网络6。
在此实施例中，对短切碳纤维电磁屏蔽复合材料测试的电导率以及电磁屏蔽效能并对柔韧性进行了评估，最后得出短切碳纤维屏蔽毡层2在30-1500 MHz的频率范围内，其屏蔽效能达到30 dB以上，材料可随意弯折卷曲。表明该种方法制备的短切碳纤维屏蔽材料具有优异的电磁屏蔽性能和良好的柔韧性，是一种质量轻，造价低，抗腐蚀，柔性好同时具有优异吸波性能的屏蔽材料。
实施例四
一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)先后将一定比例的短切ES纤维4和短切碳纤维5放入质量分数为0.8%的羟乙基纤维素溶液中分散、混合，并用搅拌机速率搅拌，随后静置，所述短切ES纤维4为聚乙烯/聚丙烯纤维，具有皮芯结构，皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯；所述短切碳纤维5与短切ES纤维4质量比为1:9，纤维长度为6mm，搅拌机搅拌速率650rpm，搅拌时间5min，静置时间4min。
(2)将分散好的溶液倒入容量大于10L的抄纸机中，通过抄纸机上面的80目铜网进行抄造，接下来将抄造好的短切碳纤维屏蔽毡层2放入恒温干燥箱中烘干，抄造的短切碳纤维屏蔽毡层2面密度40g/m2，干燥箱烘干温度60℃，烘干时间45min。
(3)将烘干好的短切碳纤维屏蔽毡层2夹入两层绝缘树脂层1之间并放入平板硫化机中进行热压，即得到短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，热压时间为15min，热压温度180℃，热压压力3MPa；所述绝缘树脂层1的材料为PE或PC膜。
步骤（3）中的短切碳纤维屏蔽毡层2经过热压使得纤维相互压合，形成若干ES纤维-ES纤维热压结点7和ES纤维-碳纤维热压结点8；碳纤维与碳纤维之间形成三维导电网络6。
在上述实施例中，对短切碳纤维电磁屏蔽复合材料测试的电导率以及电磁屏蔽效能并对柔韧性进行了评估，最后得出短切碳纤维屏蔽毡层2在30-1500 MHz的频率范围内，其屏蔽效能达到30 dB以上，材料可随意弯折卷曲。表明该种方法制备的短切碳纤维屏蔽材料具有优异的电磁屏蔽性能和良好的柔韧性，是一种质量轻，造价低，抗腐蚀，柔性好同时具有优异吸波性能的屏蔽材料。
上述实施例提供的短切碳纤维电磁屏蔽复合材料可应用于电子元件，电子设备和通讯设备等要求电磁屏蔽功能尤其有表面绝缘要求的领域或者有超薄要求的领域；同时也可应用于防辐射可穿戴设备。
所述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，具有三层结构，其特征在于：包括位于外侧的两绝缘树脂层(1)、夹于两绝缘树脂层(1)之间的短切碳纤维屏蔽毡层(2)。
2.根据权利要求1所述的短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于：所述绝缘树脂层(1)的材料为PE或PC膜。
3.根据权利要求1所述的短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于：所述的绝缘树脂层(1)和短切碳纤维屏蔽毡层(2)通过热压形成整体，所述的短切碳纤维屏蔽毡层(2)内的碳纤维通过热压搭接形成三维导电网络(6)。
4.一种如权1至权3所述短切碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)先后将碳纤维丝束和ES纤维丝束用纤维短切机切割成特定的长度，根据所需的纤维毡面密度先后将一定比例的短切ES纤维和短切碳纤维放入分散液中分散、混合，并用搅拌机搅拌，之后静置；
(2)将分散好的溶液倒入抄纸机中，通过抄纸机上面的铜网进行抄造，接下来将抄造好的短切碳纤维屏蔽毡层(2)放入恒温干燥箱中烘干，烘干温度为60~80℃，烘干时间为30~45min；
(3)将烘干好的短切碳纤维屏蔽毡层(2)夹入两层绝缘树脂层(1)间放在平板硫化机中进行热压，得到短切碳纤维电磁屏蔽复合材料，。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述短切ES纤维为聚乙烯/聚丙烯纤维，具有皮芯结构，皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯；所述短切碳纤维(5)与短切ES纤维(4)质量比为1:9~2:3。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述分散液是浓度为0.8~1.5%的羟乙基纤维素。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述搅拌机的搅拌速率为600~700rpm，搅拌时间为4~5min；静置时间为4~5min。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述抄纸机容量大于10L，以便纤维能够充分分散。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述铜网目数为80目。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述热压时间为10~15min，热压温度150~180℃，热压压力3~6MPa。
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