CN112375335A - 一种具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种具有吸波‑电磁屏蔽复合功能的预浸料及其制备方法，制备方法的具体步骤为：将树脂基体与增韧剂、吸波粉体混合均匀，然后通过热熔法预浸工艺与纤维层、电磁屏蔽层复合得到电磁屏蔽预浸料。此预浸料具有工艺性优、吸波‑电磁屏蔽性能稳定且屏蔽效果高、力学性能好的特点。通过此预浸料制备的电磁屏蔽复合材料产品具有吸波‑屏蔽效果可靠、不受工艺影响的特点，可用于制备具有吸波‑电磁屏蔽功能的复合材料产品。

Description

一种具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料及其制备方法。
背景技术
电子、电气设备工作过程中产生越来越多的电磁辐射和干扰，导致人类生存空间的电磁环境日益恶化。电磁波已成为一种新型的具有巨大危害性且难以防护的污染源，严重威胁了人类自身的安全。在武器装备方面，为适应现代电磁对抗的需要、避免电磁波的泄漏或干扰、减少因电磁辐射而被发现从而尽可能隐蔽自身成为当前世界各国尖端材料的发展方向。
目前某些装备需要同时具备电磁屏蔽功能(防止内部信号泄露)和吸波功能(减少外来电磁波反射)。吸波功能是通过在结构件中引入吸波材料。吸波材料分为涂层吸波和结构吸波两种：涂层吸波是指在基体表面涂敷一层具有吸波功能的涂层，从而减少基体材料对电磁波的反射；结构吸波是指材料在满足承载性能要求的同时也具备优良的电磁波吸收功能。涂层材料不仅结构效率低，而且维护成本较高，因此功能结构一体化设计成为当前吸波材料的发展方向。电磁屏蔽功能是通过在产品表面喷涂屏蔽涂料或在产品内部引入屏蔽膜(网)的方式实现的。
传统的复合材料结构件为实现吸波功能和电磁屏蔽功能需要同时放置吸波材料和电磁屏蔽材料，多种材料(例如橡胶基的吸波材料、金属材质的电磁屏蔽材料)、多工序成型带来产品工序繁琐，可靠性差，成本高等缺陷，产品废品率高。尤其是复合材料树脂基体与金属、橡胶之间的粘接力差，导致产品结构效率低，严重限制了装备的轻量化和低成本化。
针对目前制备功能性复合材料产品的特点，本专利提供一种同时具有吸波功能和电磁屏蔽功能的预浸料。此预浸料具有工艺性优(与传统预浸料具有同样的工艺性，并且可以与其同时使用)，功能性强(同时具有吸波功能和电磁屏蔽功能)，力学性能优的特点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料及其制备方法，利用吸波粉体、透波树脂基体和纤维得到一种具有优良吸波-电磁屏蔽功能、力学性能和工艺性能的预浸料，并提供这种预浸料的制备方法。
本发明是这样实现的，提供一种具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，按重量份计，包括如下组分：
预浸树脂混合物 40-60份
纤维层 39-59份
屏蔽层 1-10份
其中，按重量份计，预浸树脂混合物包括如下组分：
树脂基体 58-90份
增韧剂 5-30份
吸波粉体 5-40份。
优选地，所述树脂基体是可通过热熔法制备预浸料的透波树脂。
进一步优选，所述树脂基体为环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂、邻苯二甲腈树脂中的一种。
进一步优选，所述增韧剂为含有羟基和环氧基团的橡胶、含有核壳结构的增韧剂、热塑性粒子、含有活性基团的脂肪族化合物中的一种或几种。
进一步优选，所述吸波粉体为粒径在10～1000nm的粉体。
进一步优选，所述吸波粉体为碳纳米管粉体和碳化硅空心微珠。
进一步优选，所述纤维层为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或几种；所述屏蔽层为碳纳米管薄膜、石墨烯膜中的一种或两种。
本发明还提供一种制备上述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料的方法，包括如下步骤：
1)将树脂基体、增韧剂、吸波粉体、纤维层、屏蔽层烘干，烘干温度60-110℃，烘干时间1-10小时；
2)将树脂基体加热至熔融状态，与增韧剂、吸波粉体按照比例混合均匀，得到预浸树脂混合体；
3)将纤维层在预浸机的导纱系统上进行规则排布；
4)在屏蔽层的至少一面上贴敷步骤3)排布好的纤维层，得到增强材料混合体；
5)将步骤2)得到的预浸树脂混合体通过预浸机与步骤4)得到的增强材料混合体进行复合，得到电磁屏蔽预浸料，复合热熔温度60℃～150℃，热熔压力0.05MPa～0.5MPa。
优选地，所述步骤4)中，在屏蔽层的两面上均贴敷纤维层，在两层纤维层的外表面上均复合预浸树脂混合体，形成五层结构的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)功能性强，此预浸料可以制备屏蔽效能大于40dB、吸波能力大于-20dB的产品。
2)力学性能优，此预浸料制备的复合材料层间性能优异，层间剪切强度大于20MPa。
3)工艺性能优，此预浸料与常规的预浸料工艺性能相当，可以直接与传统的预浸料一起使用，适用于热压罐工艺、真空成型工艺、手糊工艺。
4)质量稳定性高，此预浸料制备的复合材料产品屏蔽性能稳定，不受施工工艺的影响。
附图说明
图1为五层结构的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，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仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1、
具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料的制备方法：
1)将双氰胺类环氧树脂体系每个组分、单向D玻璃纤维纱、增韧剂CMP-410、碳纳米管(F-CNT)、碳纳米管薄膜(厚度为0.5mm)、碳化硅空心微珠在60℃气氛中烘干9小时；
2)将步骤1)的双氰胺类环氧树脂体系每个组分混合均匀，加热至熔融状态，与CMP-410、碳纳米管(F-CNT)、碳化硅空心微珠混合均匀，得到预浸树脂混合体；
3)将步骤1)的单向D玻璃纤维纱在预浸机的导纱系统上进行规则排布；
4)将步骤1)的碳纳米管薄膜的两面贴敷步骤3)的纤维，得到增强材料混合体；
5)将步骤2)的预浸树脂混合体通过一步法热熔预浸机复合在步骤4)得到的增强材料混合体的两面，得到功能型预浸料，预浸温度80℃，热熔压力0.05MPa。
复合材料性能测试
表1预浸料性能
性能 指标 测试标准
树脂质量分数/％ 60±3 JC/T 780-1996
挥发份质量分数/％ ≤1 JC/T 780-1996
单层厚度/mm 2 /
铺覆性 优 实验
随形性 优 实验
表2复合材料单向板性能
测试项目 实测值 测试标准
层间剪切强度/MPa 36 JC/T773-1996
吸波能力(1GHz)/dB -15 GJB 2038-1994
屏蔽效能(30MHZ)/dB 45 GJB6190
实施例2、
1)将氰酸酯树脂、石英纤维平纹正交编织布(经纬1:1)、增韧剂SA-2000、纳米粉体(F-CNT)、碳化硅空心微珠、碳纳米管薄膜(厚度为0.5mm)在100℃气氛中烘干2小时；
2)将步骤1)的氰酸酯树脂，加热至熔融状态，与增韧剂SA-2000、纳米粉体(F-CNT)、碳化硅空心微珠混合均匀，得到预浸树脂混合体；
3)将步骤1)的石英纤维布在预浸机的导纱系统上进行规则排布；
4)将步骤1)的碳纳米管薄膜的两面贴敷步骤2)的纤维，得到增强材料混合体；
5)将步骤2)的预浸树脂混合体通过一步法热熔预浸机复合在步骤(4)得到的增强材料混合体的两面，得到功能型预浸料，预浸温度100℃，热熔压力1MPa。
复合材料预浸料性能
表3预浸料性能
性能 指标 测试标准
树脂质量分数/％ 55±3 JC/T 780-1996
挥发份质量分数/％ ≤1 JC/T 780-1996
单层厚度/mm 3 /
铺覆性 优 实验
随形性 优 实验
表4复合材料单向板性能
测试项目 实测值 测试标准
层间剪切强度/MPa 26 JC/T773-1996
吸波能力(8GHz)/dB -19 GJB 2038-1994
屏蔽效能(1GHZ)/dB 55 GJB6190
利用本发明的方法，可以对屏蔽层1、纤维层2、预浸树脂混合物层3进行多种组合，比如参考图1，可以在屏蔽层1的上下均贴敷纤维层2，在上下两层纤维层2的外层均复合预浸树脂混合物层3，来达到不同的吸波-电磁屏蔽效果。从原理上讲，是通过碳化硅空心微珠在碳纳米管粉体之间的填充，使预浸树脂之间存在一定缝隙，一部分波被屏蔽，一部分波通过缝隙被吸收。

Claims (9)

1.一种具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
预浸树脂混合物 40-60份
纤维层 39-59份
屏蔽层 1-10份
其中，按重量份计，预浸树脂混合物包括如下组分：
树脂基体 58-90份
增韧剂 5-30份
吸波粉体 5-40份。
2.如权利要求1所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，所述树脂基体是可通过热熔法制备预浸料的透波树脂。
3.如权利要求2所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，所述树脂基体为环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂、邻苯二甲腈树脂中的一种。
4.如权利要求1所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，所述增韧剂为含有羟基和环氧基团的橡胶、含有核壳结构的增韧剂、热塑性粒子、含有活性基团的脂肪族化合物中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，所述吸波粉体为粒径在10～1000nm的粉体。
6.如权利要求5所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，所述吸波粉体为碳纳米管粉体和碳化硅空心微珠。
7.如权利要求1所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料，其特征在于，所述纤维层为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或几种；所述屏蔽层为碳纳米管薄膜、石墨烯膜中的一种或两种。
8.一种制备如权利要求1所述的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将树脂基体、增韧剂、吸波粉体、纤维层、屏蔽层烘干，烘干温度60-110℃，烘干时间1-10小时；
2)将树脂基体加热至熔融状态，与增韧剂、吸波粉体按照比例混合均匀，得到预浸树脂混合体；
3)将纤维层在预浸机的导纱系统上进行规则排布；
4)在屏蔽层的至少一面上贴敷步骤3)排布好的纤维层，得到增强材料混合体；
5)将步骤2)得到的预浸树脂混合体通过预浸机与步骤4)得到的增强材料混合体进行复合，得到电磁屏蔽预浸料，复合热熔温度60℃～150℃，热熔压力0.05MPa～0.5MPa。
9.如权利要求8所述的制备具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料的方法，其特征在于，所述步骤4)中，在屏蔽层的两面上均贴敷纤维层，在两层纤维层的外表面上均复合预浸树脂混合体，形成五层结构的具有吸波-电磁屏蔽复合功能的预浸料。
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