CN111548514A - 一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，选用单组份热潜伏性环氧树脂为原材料，在其中添加导电剂或导磁剂，再在三辊涂胶机的精确控制下均匀涂覆在离型纸上形成一层树脂膜，制得胶膜；将编织布置于上、下两层胶膜之间，在预浸料含浸机的控制下经热压、冷却工序得到碳纤维预浸料，然后剥离碳纤维预浸料上层胶膜的离型纸，再将屏蔽网及外保护膜一起与碳纤维预浸料进行热压复合。生产的电磁屏蔽碳纤维预浸料平整性及质量稳定性较好，提高了产品的质量稳定性。其材料易得，工艺简单、低成本、绿色环保；具有较优异的操作性及质量稳定性，可满足碳纤维复合材料制品电磁屏蔽效果，且结构更加稳定可靠，外形更加美观，适合大批量推广应用。

Description

一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维预浸料的生产技术，特别是一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料具有重量轻、比强度高、比模量高、耐酸碱腐蚀、不生锈、透X射线好等优点，被广泛应用于军工、航空航天、风电、体育休闲、医疗器械及工业等领域。尤其是在军工领域，碳纤维复合材料发挥着不可替代的作用，并且在国内呈现快速上升趋势，相对传统高强钢减重优势明显，即使是相对铝合金、钛合金等轻质金属材料也具有明显减重优势。碳纤维虽然导电，但是碳纤维复合材料在微观层面上是多相及非连续性的，这也导致了其电磁屏蔽性能不如均质性质的传统金属材料好，因此在军工领域应用时往往遇到电磁屏蔽效果不能满足要求的问题。
军工领域的很多电子部件都需要做到电磁兼容特点，以应对电磁战，提高电子部件的抗干扰及战场适应能力。可以通过在内部贴附屏蔽材料的方式实现碳纤维复合材料制品的电磁屏蔽效果，但是此方法工序流程长，不美观，且稳定性差，极易损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种具有良好的操作性及常温稳定性、可以实现碳纤维复合材料制品一次成型即具有较好电磁屏的效果的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特点是它包含如下两个步骤：
1）胶膜的制备：选用单组份热潜伏性环氧树脂为原材料，在其中添加导电剂或导磁剂，再在三辊涂胶机的精确控制下均匀涂覆在离型纸上形成一层树脂膜，制得胶膜；导电剂或导磁剂的加入量为上述原材料环氧树脂质量的0.5~5%；
2）电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备：采用碳纤维编织布为主要原材料，并且将编织布置于上、下两层胶膜之间，在预浸料含浸机的控制下经热压、冷却工序得到碳纤维预浸料，然后剥离碳纤维预浸料上层胶膜的离型纸，再将屏蔽网及外保护膜一起与碳纤维预浸料进行热压复合，上层胶膜的树脂从屏蔽网的网孔溢出后与外保护膜粘合；形成从上到下依次为外保护膜、屏蔽网、碳纤维预浸料和离型纸四层结构的电磁屏蔽碳纤维预浸料。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，上、下两层胶膜单位面积的重量比为上层胶膜：下层胶膜=5~8:2~5。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的热潜伏性环氧树脂为环氧树脂的复配物，包含有树脂基体、固化剂、促进剂、助剂，质量比例为树脂基体：固化剂：促进剂：助剂=100:5～50:1～30:1～10，满足常温时具有较好的潜伏性，在高温时能够快速固化。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，树脂基体是固态、液态环氧树脂的组合物，均匀混合后满足在70℃时粘度的介于10000～100000cps之间的要求。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，固化剂是微粉化双氰胺，最大粒径小于20μm。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，促进剂是微粉化有机脲类化合物，可以是敌草隆、去草隆或TDI脲中的任意一种，满足最大粒径小于20μm的要求。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，助剂包括增韧剂、浸润剂及偶联剂，颗粒状的需要满足最大粒径小于20μm的要求并且加热到110～120℃能溶解于环氧树脂基体中。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，导电剂或导磁剂，其形状可以是颗粒状、线状或片状，颗粒状最大尺寸、线状截面最大尺寸及片状的最大厚度均不超过20微米。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的屏蔽网为连续式铜网或编织式铜网，铜网的面密度介于0.5～800g/m2，该屏蔽网满足单层在0.1MHz～18000MHz的频率范围内屏蔽效能至少在30dB以上。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的热压工序是通过对辊的加热和挤压将离型纸上的树脂转移到碳纤维编织布上，对辊表面温度控制在80～150℃，对辊间通过气缸控制压力，气缸压力在0.3～1.0MPa之间。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的冷却工序是将经过热压的预浸料接触冷板将温度快速降下来，避免树脂老化影响质量，冷板通过冷水机控制温度，冷板表面温度控制在0～15℃之间。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的屏蔽网复合是通过两对对辊挤压实现的，对辊表面温度控制在30～80℃，对辊压力通过气缸控制，气缸压力在0.3～1.0MPa之间。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述碳纤维预浸料中的碳纤维和上、下两层胶膜中的树脂的质量比60～20:40～80，确保有足够的树脂将屏蔽网和碳纤维编织布充分粘合到一起。
本发明所采用的制备方法，设备一次性投入较低，且生产中无有毒有害的小分子有机挥发性气体排放，符合绿色、环保的可持续发展观念。尤其是屏蔽材料和碳纤维之间通过机器进行复合，平整性及质量稳定性较好，提高了产品的质量稳定性。
本发明的有益效果是：材料易得，工艺简单、低成本、绿色环保；同时本发明的电磁屏蔽预浸料还具有较优异的操作性及质量稳定性，以极轻的重量及较低的成本即可满足碳纤维复合材料制品电磁屏蔽效果，且结构更加稳定可靠，外形更加美观，适合大批量推广应用。
附图说明
图1为一种电磁屏蔽碳纤维预浸料制备方法的工程原理图。
图中：1、碳纤维编织布放料卷，2、上层胶膜放料卷，3、下层胶膜放料卷，4、上层胶膜的离型纸剥离，5、屏蔽网放料卷，6、PE膜放料卷。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，而不构成对其权利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，它包含如下两个步骤：
1）胶膜的制备：选用单组份热潜伏性环氧树脂为原材料，在其中添加导电剂或导磁剂，再在三辊涂胶机的精确控制下均匀涂覆在离型纸上形成一层树脂膜，制得胶膜；导电剂或导磁剂的加入量为上述原材料环氧树脂质量的0.5~5%；
2）电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备：采用碳纤维编织布为主要原材料，并且将编织布置于上、下两层胶膜之间，在预浸料含浸机的控制下经热压、冷却工序得到碳纤维预浸料，然后剥离碳纤维预浸料上层胶膜的离型纸，再将屏蔽网及外保护膜一起与碳纤维预浸料进行热压复合，上层胶膜的树脂从屏蔽网的网孔溢出后与外保护膜粘合；形成从上到下依次为外保护膜、屏蔽网、碳纤维预浸料和离型纸四层结构的电磁屏蔽碳纤维预浸料。外保护膜为PE膜。
上、下两层胶膜单位面积的重量比为上层胶膜：下层胶膜=5~8:2~5。
所述的热潜伏性环氧树脂为环氧树脂的复配物，包含有树脂基体、固化剂、促进剂、助剂，质量比例为树脂基体：固化剂：促进剂：助剂=100:5～50:1～30:1～10，满足常温时具有较好的潜伏性，在高温时能够快速固化。
树脂基体是固态、液态环氧树脂的组合物，均匀混合后满足在70℃时粘度的介于10000～100000cps之间的要求。
固化剂是微粉化双氰胺，最大粒径小于20μm。
促进剂是微粉化有机脲类化合物，可以是敌草隆、去草隆或TDI脲中的任意一种，满足最大粒径小于20μm的要求。
助剂包括增韧剂、浸润剂及偶联剂，颗粒状的需要满足最大粒径小于20μm的要求并且加热到110～120℃能溶解于环氧树脂基体中。
导电剂或导磁剂可以是碳粉、铜粉、银粉或可以导磁的粉粒，粒径最大尺寸小于20μm，其形状可以是颗粒状、线状或片状，颗粒状最大尺寸、线状截面最大尺寸及片状的最大厚度均不超过20微米。
所述的屏蔽网为连续式铜网或编织式铜网，铜网的面密度介于0.5～800g/m2，该屏蔽网满足单层在0.1MHz～18000MHz的频率范围内屏蔽效能至少在30dB以上。
所述的屏蔽网优选连续式铜网，次选编织式铜网，连续式铜网是采用铜箔经冲压等方式加工而成，金属网材质是一个整体，编织式铜网是采用铜纤维编织而成。
所述的屏蔽网不局限于铜材质的屏蔽网，也可以是镍合金、不锈钢等材质的导电或导磁屏蔽网。
所述的热压工序是通过对辊的加热和挤压将离型纸上的树脂转移到碳纤维编织布上，对辊表面温度控制在80～150℃，对辊间通过气缸控制压力，气缸压力在0.3～1.0MPa之间。
所述的冷却工序是将经过热压的预浸料接触冷板将温度快速降下来，避免树脂老化影响质量，冷板通过冷水机控制温度，冷板表面温度控制在0～15℃之间。
所述的屏蔽网复合是通过两对对辊挤压实现的，对辊表面温度控制在30～80℃，对辊压力通过气缸控制，气缸压力在0.3～1.0MPa之间。
所述碳纤维预浸料中的碳纤维和上、下两层胶膜中的树脂的质量比60～20:40～80，确保有足够的树脂将屏蔽网和碳纤维编织布充分粘合到一起。
本发明的一种电磁屏蔽碳纤维预浸料既具有良好的操作性及常温稳定性，还可以实现碳纤维复合材料制品一次成型即具有较好电磁屏的效果，该预浸料既可以满足终端复合材料部件的电磁屏蔽要求，可以通过复合单层或多层该预浸料的方式实现在0.1MHz～18000MHz的频率范围内屏蔽效能在40dB以上，同时还兼具工艺性简单，易于操作，质量稳定性好等特点。
其制作方法简单，原料易得，应用于碳纤维复合材料制品的制备，与传统碳纤维预浸料工艺性类似，通过复合单层或多层的方式即可达到40dB或60dB以上的屏蔽效能。并且屏蔽材料和碳纤维复合材料主体材料之间一体成型，减少了工艺流程，屏蔽材料不外漏，不易磕碰损伤，外观更加美观，尤其适合于军工等特殊领域对电磁屏蔽复合材料制品的需求，能够推动碳纤维在军工领域更多更广泛的应用，同时还有助于总体成本的控制及降低。

Claims (12)

1.一种电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于它包含如下两个步骤：
1）胶膜的制备：选用单组份热潜伏性环氧树脂为原材料，在其中添加导电剂或导磁剂，再在三辊涂胶机的精确控制下均匀涂覆在离型纸上形成一层树脂膜，制得胶膜；导电剂或导磁剂的加入量为上述原材料环氧树脂质量的0.5~5%；
2）电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备：采用碳纤维编织布为主要原材料，并且将编织布置于上、下两层胶膜之间，在预浸料含浸机的控制下经热压、冷却工序得到碳纤维预浸料，然后剥离碳纤维预浸料上层胶膜的离型纸，再将屏蔽网及外保护膜一起与碳纤维预浸料进行热压复合，上层胶膜的树脂从屏蔽网的网孔溢出后与外保护膜粘合；形成从上到下依次为外保护膜、屏蔽网、碳纤维预浸料和离型纸四层结构的电磁屏蔽碳纤维预浸料。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：上、下两层胶膜单位面积的重量比为上层胶膜：下层胶膜=5~8:2~5。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：所述的热潜伏性环氧树脂为环氧树脂的复配物，包含有树脂基体、固化剂、促进剂、助剂，质量比例为树脂基体：固化剂：促进剂：助剂=100:5～50:1～30:1～10，满足常温时具有较好的潜伏性，在高温时能够快速固化。
4.根据权利要求3所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：树脂基体是固态、液态环氧树脂的组合物，均匀混合后满足在70℃时粘度的介于10000～100000cps之间的要求。
5.根据权利要求3所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：固化剂是微粉化双氰胺，最大粒径小于20μm。
6.根据权利要求3所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：促进剂是微粉化有机脲类化合物，可以是敌草隆、去草隆或TDI脲中的任意一种，满足最大粒径小于20μm的要求。
7.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：导电剂或导磁剂，其形状可以是颗粒状、线状或片状，颗粒状最大尺寸、线状截面最大尺寸及片状的最大厚度均不超过20微米。
8.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：所述的屏蔽网为连续式铜网或编织式铜网，铜网的面密度介于0.5～800g/m2，该屏蔽网满足单层在0.1MHz～18000MHz的频率范围内屏蔽效能至少在30dB以上。
9.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：所述的热压工序是通过对辊的加热和挤压将离型纸上的树脂转移到碳纤维编织布上，对辊表面温度控制在80～150℃，对辊间通过气缸控制压力，气缸压力在0.3～1.0MPa之间。
10.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：所述的冷却工序是将经过热压的预浸料接触冷板将温度快速降下来，避免树脂老化影响质量，冷板通过冷水机控制温度，冷板表面温度控制在0～15℃之间。
11.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：所述的屏蔽网复合是通过两对对辊挤压实现的，对辊表面温度控制在30～80℃，对辊压力通过气缸控制，气缸压力在0.3～1.0MPa之间。
12.根据权利要求1所述的电磁屏蔽碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于：所述碳纤维预浸料中的碳纤维和上、下两层胶膜中的树脂的质量比60～20:40～80，确保有足够的树脂将屏蔽网和碳纤维编织布充分粘合到一起。
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