CN114679903B - 一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料、电磁屏蔽体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，包括PET泡沫夹芯，和在PET泡沫夹芯两侧依次复合的短切碳纤维毡、导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料。该夹芯电磁屏蔽复合材料在厚度方向上整体都是电磁屏蔽体，整体具备良好的电磁屏蔽性能，同时还具有承重功能，用于制备电磁屏蔽室、电磁屏蔽柜等屏蔽体，可直接代替现有技术中的钢板拼装焊接，及避免常规电磁屏蔽材料需要贴覆在墙体、铝合金等制成的支撑体上等问题。相同规格电磁屏蔽体，本发明复合材料制成的电磁屏蔽体相比钢板制成的电磁屏蔽体可减重达60%。
Description
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料、电磁屏蔽体。
背景技术
电子信息技术的高度发展，给人们带来了极大便利，同时也给人身安全、信息安全和国防安全带来了隐患：大量的电磁辐射威胁到人类身体健康；电磁辐射会导致电子系统障碍，破坏设备运行，造成严重的经济损失；若军事方面遭受电磁干扰或冲击，会危害国防安全。因此，越来越多的设备和场所都对电磁屏蔽提出了要求，通过设置电磁屏蔽柜、电磁屏蔽室等提供电磁屏蔽作用。传统的电磁屏蔽室有钢板拼装式、钢板焊接式、钢板直贴式及铜网式四大类。钢板拼装式电磁屏蔽室由厚度1.5mm钢板模块拼装而成，钢板焊接式屏蔽室采用2～3mm冷轧钢板与龙骨框架焊接而成，屏蔽效能高，适应各种规格尺寸，是电磁屏蔽室的主要形式。直贴式和铜网式用于屏蔽效能要求较低的简易工程。对于上述屏蔽室采用的屏蔽材料，有一个明显的缺点，组成屏蔽室的材质质量很重，例如，制备外形尺寸（长*宽*高）为1200*1200*2000mm的屏蔽室，要使其屏蔽性能满足焊接式电磁屏蔽机房性能指标（见表1），该屏蔽室的顶板和周壁墙板要采用2mm冷轧钢板，地板采用3mm冷轧钢板，此时整个电磁屏蔽室仅电磁屏蔽体的重量已经超220千克。因此，对于搬运、安装和使用均产生较大不便。
表1
注：单位为Db。
发明内容
针对上述电磁屏蔽场所的电磁屏蔽体重量大，焊接费时等问题，提供一种用于制备电磁屏蔽室、电磁屏蔽机柜等电磁屏蔽体的电磁屏蔽材料，该电磁屏蔽材料既能满足承重要求，又具备轻质和高屏蔽能效的特点，具体技术方案如下：
一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，沿厚度方向依次由导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料、短切碳纤维毡、PET泡沫、短切碳纤维毡、导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料五层材料复合而成。本发明的夹芯结构电磁屏蔽复合材料整体厚度方向上5层材料均具备电磁屏蔽作用，通过在PET泡沫两侧依次复合短切碳纤维毡和导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料，使得整个复合材料具备高强度，可直接作为承重支撑体，无需贴覆于其他支撑体上。
所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料包括导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物和树脂基体，所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物占导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料的重量百分比为60%－80%；所述树脂基体占导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料的重量百分比为20%－40%。
所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物包括0°（经向）和90°（纬向）交错设置的金属纤维，以及呈﹢N°和－N°交错设置的碳纤维衬纬纱、碳纤维衬经纱组成，0＜N＜90。在较佳的实施方案中，N为45。
所述树脂基体包括环氧树脂和导电粉体，所述环氧树脂占树脂基体的重量百分比为80%－90%；所述导电粉体占树脂基体的重量百分比为10%－20%。进一步的，所述导电粉体为炭黑或者其他导电的金属粉体。通过增加导电粉体，可以增强产品导电的连续性。
所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物的金属纤维的织物组织可以是平纹组织、斜纹组织或者缎纹组织等；所述碳纤维衬纬纱和碳纤维衬经纱的织物组织可采用平纹组织、斜纹组织或者缎纹组织等。当采用不同的织物组织结构，所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物的两面浮出的金属纤维量可能不同。当所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物两面浮出表面的金属纤维量一样多时，该织物制备的导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料与短切碳纤维毡复合的面可以是任意一面；当所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物两面浮出表面的金属纤维量不等时，该织物制备的导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料与短切碳纤维毡复合的面应选择金属纤维浮于织物表面少的一面，利于与短切碳纤维毡粘结，而金属纤维浮于织物表面多的一面作为暴露面，利于提高电磁屏蔽性能。
所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料可根据满足不同电磁屏蔽能效选择相应的导电纤维，比如选择铜丝、银丝、镍丝等。
为了提高与导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料、PET泡沫的黏附强度，所述短切碳纤维毡优选为含浸过树脂的短切碳纤维毡。尤其本发明的电磁屏蔽复合材料采用OoA成型工艺制备时，选择含浸过树脂的短切碳纤维毡可以防止电磁屏蔽复合材料受外力冲击造成的脱粘现象，同时还能进一步提高电磁屏蔽能效。当本发明的电磁屏蔽复合材料采用热压罐工艺制备时，热压罐的高温高压，足以解决短切碳纤维毡与导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料和PET泡沫的黏附强度，在满足电磁屏蔽性能前提下，使用的短切碳纤维毡可以不需要含浸树脂。
所述PET泡沫具备电磁屏蔽功能前提下，还承担了承重支撑体的作用，根据电磁屏蔽复合材料用于制备不同的电磁屏蔽体，以及其不同的承载要求，可以选择不同厚度的PET泡沫，且考虑到阻燃功能，PET泡沫采用阻燃PET泡沫，阻燃级别EN45545-2 R1 HL2。
所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料，可根据满足不同电磁屏蔽体的屏蔽能效，设计不同厚度的导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料。
对于满足电磁屏蔽效能：低频可以满足BMB3-1999 B级要求，高频及微波满足BMB3-1999 C 级要求，同时满足该电磁屏蔽复合材料单位面积承载重量大于等于600kg/m2时，该夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料厚度为大于等于0.4mm，PET泡沫厚度为大于等于9mm，短切碳纤维毡单位面积碳纤维重量为大于等于100g/m2。
相比现有技术中电磁屏蔽室采用钢板制成的电磁屏蔽体重量大，焊接费时间费力，以及常规的电磁屏蔽材料需要贴覆在墙体或铝合金等制成的支撑体上，本方案的电磁屏蔽复合材料可满足电磁屏蔽性能并直接作为承重支撑体。
本发明还提供了一种采用上述夹芯结构电磁屏蔽复合材料制备的电磁屏蔽体，包括周壁、顶板和底板组成，相邻周壁、周壁与顶板、周壁与底板之间采用导电结构胶进行铆接。根据电磁屏蔽体的尺寸大小，其周壁、顶板、底板可分别由一块或多块夹芯结构电磁屏蔽复合材料拼接组成，拼接方式采用导电结构胶铆接。
进一步，所述导电结构胶为导电银胶。
进一步，所述电磁屏蔽体作为电磁屏蔽室时，其底板的最小载荷应不小于600 kg/m2。
进一步，所述电磁屏蔽体还设置有门窗，所述门窗的设置，本领域技术人员可以结合现有技术及公知常识进行合理设置。
有益效果：（1）本发明的电磁屏蔽复合材料，在厚度方向上整体都是电磁屏蔽体，其电磁屏蔽效能满足要求：低频可以满足BMB3-1999 B级要求，高频及微波满足BMB3-1999C 级要求；（2）同时该材料轻质高强，可直接作为支撑体，直接替代现有技术中由钢板制备电磁屏蔽体，同规格电磁屏蔽体，本发明电磁屏蔽复合材料制成的电磁屏蔽体相比钢板制成的电磁屏蔽体可减重达60%；（3）同时也解决了常规电磁屏蔽材料需要贴覆在墙体、铝合金等制成的支撑体上；（4）节约经济成本，充分发挥了复合材料的连接技术，在保证良好的连接强度的基础上，胶铆连接可以节省钢板焊接工时。
附图说明
附图1为夹芯结构电磁屏蔽复合材料结构示意图；
附图2为夹芯结构电磁屏蔽复合材料截面示意图；
附图3为导电纤维多轴向衬经衬纬碳纤维织物结构示意图；
其中：1-PET泡沫、2-短切碳纤维毡、3-导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料、31-经向金属丝、32-纬向金属丝、33-碳纤维衬纬纱、34-碳纤维衬经纱。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图及实施例，对本发明进一步进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例1
结合附图1-2，一种夹芯结构电磁屏蔽材料结构，为五层结构，沿厚度方向依次包括导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料、短切碳纤维毡、PET泡沫、短切碳纤维毡、导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料。所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料厚度为0.4mm，PET泡沫厚度为9mm，短切碳纤维毡单位面积碳纤维重量为100g/m2。所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料中，包括导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物及树脂基体，所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物及树脂基体的重量百分比为60%：40%。所述树脂基体中包括环氧树脂和导电粉体，所述环氧树脂与导电粉体的重量百分比为80%：20%，导电粉体具体是炭黑。结合附图3，所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物包括0°设置的经向金属丝和90°设置的纬向金属丝，以及呈＋45°设置的碳纤维衬纬纱和呈－45°设置的碳纤维衬经纱组成。所述经向金属丝和纬向金属丝的织物组织为平纹，所述碳纤维衬经和碳纤维衬纬纱的织物组织为平纹，该织物两面暴露的金属纤维数量相同。
实施例2
一种夹芯结构电磁屏蔽材料结构，沿厚度方向依次包括导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料、短切碳纤维毡、PET泡沫、短切碳纤维毡、导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料。所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料厚度为0.5mm，PET泡沫厚度为10mm，短切碳纤维毡单位面积碳纤维重量为110g/m2。所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料中，包括导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物及树脂基体，所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物及树脂基体的重量百分比为65%：35%。所述树脂基体包括环氧树脂和导电粉体，所述环氧树脂与导电粉体的重量百分比为85%：15%，导电粉体具体是炭黑。所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物包括0°设置的经向金属丝和90°设置的纬向金属丝，以及呈＋30°设置的碳纤维衬纬纱和呈－30°设置的碳纤维衬经纱组成。所述经向金属丝和纬向金属丝的织物组织为平纹，所述碳纤维衬经和碳纤维衬纬纱的织物组织为平纹，该织物两面暴露的金属纤维数量相同。
上述两个实施例中电磁屏蔽材料的成型制备工艺可以采用OoA成型工艺或者热压罐成型工艺，当采用烘箱成型或低温固化等OoA成型工艺时，为了保证短切碳纤维毡与导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料和PET泡沫的粘附强度，所述短切碳纤维毡最好是含浸过树脂的短切碳纤维毡，以此避免短切碳纤维毡与PET泡沫或与导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料的粘连不牢，受外力冲击时造成脱粘现象。当采用热压罐成型工艺，由于热压罐高热高压的特点，足以解决短切碳纤维毡与导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料、PET泡沫的粘附问题，所述短切碳纤维毡可以是未含浸树脂的短切碳纤维毡。
实施例3
一种由实施例1所述的夹芯结构电磁屏蔽复合材料制备的电磁屏蔽体，具体是一种尺寸为1200*1200*2000mm的电磁屏蔽机柜，包括周壁、顶板和底板组成，所述周壁、顶板和底板分别由一块或多块夹芯结构电磁屏蔽复合材料拼接而成，所述相邻两块夹芯结构电磁屏蔽复合材料之间采用导电银胶铆接。当满足电磁屏蔽效能：低频可以满足BMB3-1999 B级要求，高频及微波满足BMB3-1999 C 级要求，按电磁屏蔽柜底板单位面积承载600 kg/m2考虑，所述夹芯结构电磁屏蔽材料中，导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料厚度为0.4mm，PET泡沫厚度为9mm，短切碳纤维毡单位面积碳纤维重量为100g/ m2。
在设计具体的电磁屏蔽体时，可根据电磁屏蔽体的规格尺寸，采用合适规格的一块或者多块夹芯结构电磁屏蔽复合材料拼接形成电磁屏蔽体的壁板、顶板和底板。
该夹芯结构电磁屏蔽复合材料制成的电磁屏蔽体，与同规格同性能要求的钢板制成的电磁屏蔽体减重达60%。
Claims (10)
1.一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于，包括PET泡沫夹芯层，和在PET泡沫夹芯层两侧面依次复合的短切碳纤维毡、导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料，整体厚度方向上5层材料均具备电磁屏蔽作用；所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料包括导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物和树脂基体，所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物占导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料的重量百分比为60%-80%，所述树脂基体占导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料的重量百分比为20%-40%；所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物包括经向和纬向交织设置的金属纤维，以及﹢N°交织设置的碳纤维衬纬纱和－N°交织设置的碳纤维衬经纱组成，0＜N＜90；所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料的厚度≥0.4mm；所述短切碳纤维毡单位面积碳纤维克重为≥100g/㎡；所述PET泡沫厚度≥9mm;所述电磁屏蔽复合材料整体达到的电磁屏蔽性能级别可满足：低频满足BMB3-1999 B级要求，高频及微波满足BMB3-1999C级要求。
2.根据权利要求1所述的一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于所述树脂基体包括环氧树脂和导电粉体，所述环氧树脂占树脂基体的重量百分比为80%-90%；所述导电粉体占树脂基体的重量百分比为10%-20%。
3.根据权利要求1所述的一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物中，金属纤维的织物组织为平纹、斜纹、缎纹中任意一种，所述碳纤维衬纬纱和碳纤维衬经纱的织物组织为平纹、斜纹、缎纹中任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于：
当所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物两面浮出的金属纤维量相同时，其制成的导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料与短切碳纤维毡复合的面可以是其中任意一面；
当所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物两面浮出的金属纤维量不等时，其制成的导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物预浸料与短切碳纤维毡复合的面为金属纤维浮出少的一面，而金属纤维浮出多的一面作为夹芯结构电磁屏蔽复合材料的暴露面。
5.根据权利要求1所述的一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于所述导电纤维混编四轴向衬经衬纬碳纤维织物中的金属纤维为铜丝、银丝、镍丝中任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于所述短切碳纤维毡为含浸过树脂的短切碳纤维毡。
7.根据权利要求1所述的一种夹芯结构电磁屏蔽复合材料，其特征在于所述PET泡沫的阻燃级别为EN45545-2 R1 HL2。
8.一种电磁屏蔽体，包括组成屏蔽体的周壁、顶板和底板，其特征在于所述屏蔽体的周壁、顶板和底板为权利要求1-7任一所述的夹芯结构电磁屏蔽复合材料，相邻周壁、周壁与顶板、周壁与底板之间采用导电结构胶进行铆接。
9.根据权利要求8所述的电磁屏蔽体，其特征在于所述导电结构胶为导电银胶。
10.根据权利要求8所述的电磁屏蔽体，其特征在于所述屏蔽体的底板单位面积承载重力≥600kg/m2。
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