CN115284710A - 金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，包括由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，最下层和最上层均为金属颗粒层，增强纤维层有两层以上，金属颗粒层由树脂基体和分布在树脂基体中的金属颗粒组成，增强纤维层由树脂基体和分布在树脂基体内的纤维材料组成。制备方法包括：(1)制备含金属颗粒的树脂胶膜；(2)采用热辊压方法制备金属颗粒‑纤维材料‑金属颗粒结构的树脂基预浸料；(3)预浸料经裁剪、铺叠、热压成型，得到金属颗粒夹层纤维复合材料的复合材料。本发明制备的复合材料电磁屏蔽性能高、屏蔽性能可调，制备方法工艺简单、操作简便，易于实现大规模生产。

Description

金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于结构-功能一体化复合材料的制备领域，涉及一种金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有高电磁屏蔽性能的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。
背景技术
与其他材料相比，纤维增强聚合物复合材料(以下简称复合材料)具有比强度高、比模量高、疲劳性能好、耐腐蚀性能可设计等优点，被广泛应用于航空航天、武器装备等领域。目前，轻量化是结构材料发展的趋势，但是在采用更轻质的纤维增强复合材料代替金属结构材料时，因复合材料纤维铺层间以及铺层内纤维间的树脂基体为电的不良导体，复合材料的电磁屏蔽性能难以达到金属结构材料的水平，大大限制了其在复杂电磁环境中的服役能力。
提升复合材料电磁屏蔽性能的方法主要有采用金属薄膜网格夹层复合材料共固化的方法。但是，该方法中纤维层与金属薄膜层之间薄弱的界面上存在高水平的应力集中，易诱发发生分层破坏。而采用金属颗粒与树脂共混，用真空灌注或RTM工艺直接制备复合材料以提升复合材料电磁屏蔽效能的方法则面临成型时增强纤维的空间位阻作用，金属颗粒之间难以相连形成有效的屏蔽网络，电磁屏蔽效能提升有限。
综上可知，目前结构-电磁屏蔽一体化复合材料存在难以在保持力学性能的同时兼顾高电磁屏蔽性能的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高电磁屏蔽性能和力学性能的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，还提供一种金属颗粒夹层厚度可变、夹层中金属颗粒含量可调、颗粒分布均匀、层间力学性能良好的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，包括由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，其中最下层和最上层均为金属颗粒层，所述增强纤维层有两层以上，所述金属颗粒层由树脂基体和分布在树脂基体中的金属颗粒组成，所述增强纤维层由树脂基体和设于树脂基体内的纤维材料组成，增强纤维层之间的铺设角度为0～180°。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，优选的，所述金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的厚度为0.3mm～50mm，所述金属颗粒层的厚度为0.02mm～5mm，更优选0.1mm～3mm，所述增强纤维层的厚度为0.01mm～10mm，更优选0.1mm～5mm。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，优选的，所述增强纤维层中纤维材料的质量百分含量为10％～90％，更优选20％～60％，所述金属颗粒层中金属颗粒的质量百分含量为10％～90％，更优选20％～60％。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，优选的，所述金属颗粒的粒径为10nm～500μm，所述金属颗粒为金属颗粒、金属氧化物颗粒和合金颗粒中的一种或多种，所述金属颗粒为Al粉、Fe粉、Co粉和Ni粉中的一种或多种，所述金属氧化物颗粒为Fe2O3粉和/或Fe3O4粉，所述合金颗粒为镁铝合金粉、铁合金粉、铝合金粉和钛合金粉中的一种或多种。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，优选的，所述树脂基体是由包括双酚A型环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂在内的原料混合而得；所述双酚A型环氧树脂为E-51双酚A型环氧树脂、E-44双酚A型环氧树脂和E-20双酚A型环氧树脂中的一种或多种，所述酚醛树脂为F-46酚醛树脂、F-44酚醛树脂、F-51酚醛树脂、F-48酚醛树脂和F-50酚醛树脂中的一种或多种，所述增韧剂为端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、氨基甲酸酯和液体硅橡胶中的一种或多种；
所述树脂基体的原料还包括固化剂和/或固化催化剂，所述固化剂为异佛尔酮二胺、双氰胺、4,4二氨基二苯基甲烷和二氨基二苯甲烷中的一种或多种，所述固化催化剂为1,4-二甲基脲、3-苯基-1,1-二甲基脲、3-(对氯苯基)-1,1-二甲基脲和3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲中的一种或多种。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，优选的，所述双酚A型环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂的质量比为1～2∶1～3∶1～2，所述固化催化剂、固化剂、双酚A型环氧树脂的质量比为1∶2～4∶10～100。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，优选的，所述纤维材料为纤维或纤维布，所述纤维为碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种，所述纤维布是以碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种作为原料编制而成的纤维布，所述纤维布为单向无纬纤维布、平纹纤维布或缎纹纤维布。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备含金属颗粒的树脂胶膜；
S2、将两片步骤S1制得的含金属颗粒的树脂胶膜之间夹设纤维材料，采用热辊压方法进行处理，经冷却后，得到金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料；
S3、将金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料与含金属颗粒的树脂胶膜裁剪成预设尺寸，在模具中交替铺设树脂基预浸料与含金属颗粒的树脂胶膜，然后进行热压成型，形成由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，得到金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，优选的，步骤S2中，所述热辊压方法的工艺条件为：热辊温度为60℃～250℃，辊压速度为0.01m/s～0.5m/s。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，优选的，步骤S3中，所述热压成型的方法包括真空袋膜热压成型、模压机热压成型或真空罐热压成型，所述热压成型的温度为60℃～300℃，所述热压成型的时间为5min～48h，所述热压成型的压力为0.1MPa～6MPa。
上述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，优选的，步骤S3中，当树脂基预浸料超过3层时，每2～10层树脂基预浸料之间采用真空袋膜包裹并进行真空抽气预压实，以排除预浸料之间的空气。
本发明中，优选的，制备含金属颗粒的树脂胶膜包括以下步骤：将树脂基体浆料和金属颗粒按产品预设成分配比放入搅拌釜中进行搅拌，搅拌温度为40℃～100℃，搅拌时间为5min～120min，得到含金属颗粒的树脂体系，然后将含金属颗粒的树脂体系涂覆在离型纸表面，再覆盖塑料薄膜，得到含金属颗粒的树脂胶膜。
本发明中，铺设角度也可以看作是不同增强纤维层中纤维材料之间形成的角度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料由金属颗粒层和增强纤维层交错层叠而成，增强纤维层由树脂基体和分布在树脂基体中的纤维材料复合而成，金属颗粒层由树脂基体和分布在树脂基体中的金属颗粒复合而成。本发明提出的新工艺较传统的复合材料成型工艺(如树脂膜熔融浸渍、预浸料模压成型、缠绕成型等)具有明显的金属颗粒增强层，同时对金属颗粒增强层的厚度和该层中金属颗粒的质量分数进行定量调控，层间金属颗粒在树脂基体中分散均匀。本发明中，纤维材料和金属颗粒包覆在树脂基体材料中，其中纤维材料、金属颗粒与树脂基体的结合良好，同时金属颗粒主要集中在金属颗粒层中，不会破坏纤维材料的完整度和取向度，不会引起界面应力集中，保证了复合材料的力学性能；与此同时，金属颗粒层中的金属颗粒在复合材料内部形成致密的网络结构，赋予复合材料更加优异的电磁屏蔽性能，为纤维增强树脂基复合材料的结构功能一体化制备提供了新的宝贵路径，具有很高的应用价值。
(2)本发明的制备方法具有工艺简单、操作方便、反应条件温和等优点，不需要特殊的化工设备，易于实现大规模生产，利于实现工业化应用。
附图说明
图1为本发明实施例1中金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的结构示意图。
图2为本发明实施例1制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的截面金相图。
图3为本发明实施例1制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料与不含金属的纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽性能曲线图。
图4为本发明实施例1制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料和不含金属颗粒的纤维增强复合材料的弯曲强度曲线图。
图5为本发明实施例2制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的截面金相图。
图6为本发明实施例2制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽性能曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1
一种本发明的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，如图1所示，包括由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，其中最下层和最上层均为金属颗粒层，增强纤维层为8层，金属颗粒层由树脂基体和分布在树脂基体中的金属颗粒组成，增强纤维层由树脂基体和设于树脂基体内的纤维材料组成，增强纤维层之间的铺设角度为0°。
本实施例中，金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的厚度为1.2mm，金属颗粒层的厚度为0.05mm，增强纤维层的厚度为0.1mm。
本实施例中，增强纤维层中纤维材料的质量百分含量为50％，金属颗粒层中金属颗粒的质量百分含量为50％。
本实施例中，金属颗粒为Al粉，颗粒直径为2μm～6μm。
本实施例中，树脂基体为环氧树脂基体，环氧树脂基体由E-51双酚A型环氧树脂、F-46酚醛树脂、端羧基丁腈橡胶、固化剂双氰胺和固化催化剂1,4-二甲基脲混合而得，E-51双酚A型环氧树脂、F-46酚醛树脂、端羧基丁腈橡胶的质量比为1∶1.5∶1，固化催化剂、固化剂、双酚A型环氧树脂的质量比为1∶4∶50。
本实施例中，纤维材料为T700级单向带碳纤维无纬布。
一种本实施例的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备含金属颗粒的树脂胶膜：
先将上述环氧树脂基体的浆料和金属颗粒放入搅拌釜中进行搅拌，二者的用量可根据产品预设成分配比进行调控，搅拌温度为60℃，搅拌20分钟后，得到含金属颗粒的树脂体系，用涂膜机将含金属颗粒的树脂体系涂覆在离型纸表面，在上面覆盖塑料薄膜，得到含金属颗粒的树脂胶膜，厚度为0.03mm，面密度为75g/m2，备用。
S2、将两片步骤S1制得的含金属颗粒的树脂胶膜之间夹设纤维材料，纤维材料的面密度为150g/m2，采用热辊压方法进行处理，热辊温度为100℃，辊压速度为0.5m/s，然后冷却至室温，得到金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料。
S3、将金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料和含金属颗粒的树脂胶膜按照复合材料的预设形貌进行裁剪，得到若干边长为250mm的正方形树脂基预浸料和胶膜，然后在模具中先铺设一层树脂基预浸料，再铺设一层含金属颗粒的树脂胶膜，照此步骤重复7次，得到复合材料预成型体，所有树脂基预浸料的铺层角度均为0°。在复合材料预成型体上覆盖聚四氟乙烯布，再使用真空袋膜密封，使用真空泵抽取残留空气10min，待抽气处理完成后取下聚四氟乙烯布，套上阴模完成模具的安装；将模具放入模压机，设定好固化制度，以5℃/min的升温速率升温至120℃，恒温120min，压力2MPa，而后待其自然冷却至室温，经脱模后得到金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料。
图2为本实施例制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的截面金相图，由图2可知，本实施例制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料包含有交替组成的增强纤维层(碳纤维单向带)和金属颗粒层(铝粉颗粒)，其中纤维材料分布在环氧树脂基体中间形成增强纤维层，且大量的金属颗粒均匀分布在增强纤维层两侧的环氧树脂基体内形成金属颗粒层，有少量的金属颗粒存在于纤维材料表层缝隙中。
图3为本实施例制备的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料与不含金属的纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽曲线，由图可知，由本实施例制备的金属颗粒夹层纤维增强复合材料的电磁屏蔽效能较不含金属的纤维增强复合材料提高了15dB以上，此时电磁波透过率不足1％，由此可见本发明制备的复合材料具有优异的电磁屏蔽效能。
图4为本实施例1制备的复合材料与不含金属颗粒的纤维增强复合材料的弯曲强度对比图，由图可知，实施例1制备的复合材料弯曲强度较不含金属的复合材料提高了20％。
实施例2
一种本发明的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，包括由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，其中最上层和最下层均为金属颗粒层，增强纤维层为10层，金属颗粒层由树脂基体和分布在树脂基体中的金属颗粒组成，增强纤维层由树脂基体和设于树脂基体内的纤维材料组成，增强纤维层之间的铺设角度为0°。
本实施例中，金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的厚度为3mm，金属颗粒层的厚度为0.2mm，增强纤维层的厚度为0.15mm。
本实施例中，增强纤维层中纤维材料的质量百分含量为40％，金属颗粒层中金属颗粒的质量百分含量为60％。
本实施例中，金属颗粒为Al粉，颗粒直径为2μm～6μm。
本实施例中，树脂基体为环氧树脂基体，环氧树脂基体由E-51双酚A型环氧树脂、F-46酚醛树脂、端羧基丁腈橡胶、固化剂双氰胺和固化催化剂1,4-二甲基脲混合而得，E-51双酚A型环氧树脂、F-46酚醛树脂、端羧基丁腈橡胶的质量比为1∶1.5∶1，固化催化剂、固化剂、双酚A型环氧树脂的质量比为1∶4∶40。
本实施例中，纤维材料为T300级碳纤维布。
一种本实施例的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备含金属颗粒的树脂胶膜：
先将上述环氧树脂基体的浆料和金属颗粒放入搅拌釜中进行搅拌，二者的用量可根据产品预设成分配比进行调控，搅拌温度为60℃，搅拌40分钟后，得到含金属颗粒的树脂体系，用涂膜机将含金属颗粒的树脂体系涂覆在离型纸表面，在上面覆盖塑料薄膜，得到含金属颗粒的树脂胶膜，厚度为0.06mm，面密度为150g/m2，备用。
S2、将两片步骤S1制得的富含金属颗粒的树脂胶膜之间夹设纤维材料，纤维材料的面密度为200g/m2，采用热辊压方法进行处理，热辊温度为80℃，辊压速度为0.5m/s，然后冷却至室温，得到金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料。
S3、将金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料和含金属颗粒的树脂胶膜按照复合材料的预设形貌进行裁剪，得到若干边长为250mm的正方形树脂基预浸料和胶膜，然后在模具中先铺设一层树脂基预浸料，再铺设两层含金属颗粒的树脂胶膜，照此步骤重复9次，得到复合材料预成型体，所有树脂基预浸料的铺层角度均为0°。在复合材料预成型体上覆盖聚四氟乙烯布，再使用真空袋膜密封，使用真空泵抽取残留空气10min，待抽气处理完成后取下聚四氟乙烯布，套上阴模完成模具的安装；将模具放入模压机，设定好固化制度，以5℃/min的升温速率升温至120℃，恒温120min，压力2MPa，而后待其自然冷却至室温，经脱模后得到金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其截面金相图如图5所示。图6为本实施例2中复合材料的电磁屏蔽曲线，其电磁屏蔽效能可高达80dB以上。
本发明中，还考察了其他含有不同质量百分含量金属颗粒和纤维材料的复合材料，结果显示，添加质量百分含量为10％-90％的纤维材料时，所得预浸料中纤维材料能均匀分布在“纤维层”的树脂基体内部，且保留着纤维材料原有的完整度和取向度，同时添加质量百分含量为10％-90％的金属颗粒时，所得复合材料中金属颗粒主要均匀分布在“金属颗粒层”中的环氧树脂基体内部，且不会破坏纤维材料的完整度和取向度，从而不会造成纤维材料屈曲和变形，有利于形成力学性能优异的复合材料。
总体而言，本发明中金属颗粒分散在纤维材料两侧的树脂基体中，使得复合材料中形成金属颗粒含量可调的金属颗粒层，这能够为复合材料带来新特性，如优良的层间导热、导电性能、电磁屏蔽效能和含能特性，最终可制备得到性能优异(如防雷击、高释能、高电磁屏蔽性能)的复合材料，为纤维增强树脂基复合材料的结构功能一体化制备提供了新的宝贵路径，具有很高的应用价值。
采用本发明优选的金属颗粒类型和纤维材料类型的结果显示，由不同预浸料和胶膜铺层数量制备的复合材料中，金属颗粒均能均匀分散在纤维材料两侧的树脂基体中，在复合材料纤维层之间能够形成金属颗粒含量可调的金属颗粒层，能够赋予复合材料更多优异性能，使用价值高，应用前景好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，包括由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，其中最下层和最上层均为金属颗粒层，所述增强纤维层有两层以上，所述金属颗粒层由树脂基体和分布在树脂基体中的金属颗粒组成，所述增强纤维层由树脂基体和设于树脂基体内的纤维材料组成，增强纤维层之间的铺设角度为0～180°。
2.根据权利要求1所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的厚度为0.3mm～50mm，所述金属颗粒层的厚度为0.02mm～5mm，所述增强纤维层的厚度为0.01mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述增强纤维层中纤维材料的质量百分含量为10％～90％，所述金属颗粒层中金属颗粒的质量百分含量为10％～90％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述金属颗粒的粒径为10nm～500μm，所述金属颗粒为金属颗粒、金属氧化物颗粒和合金颗粒中的一种或多种，所述金属颗粒为Al粉、Fe粉、Co粉和Ni粉中的一种或多种，所述金属氧化物颗粒为Fe2O3粉和/或Fe3O4粉，所述合金颗粒为镁铝合金粉、铁合金粉、铝合金粉和钛合金粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述树脂基体是由包括双酚A型环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂在内的原料混合而得；所述双酚A型环氧树脂为E-51双酚A型环氧树脂、E-44双酚A型环氧树脂和E-20双酚A型环氧树脂中的一种或多种，所述酚醛树脂为F-46酚醛树脂、F-44酚醛树脂、F-51酚醛树脂、F-48酚醛树脂和F-50酚醛树脂中的一种或多种，所述增韧剂为端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、氨基甲酸酯和液体硅橡胶中的一种或多种；
所述树脂基体的原料还包括固化剂和/或固化催化剂，所述固化剂为异佛尔酮二胺、双氰胺、4,4二氨基二苯基甲烷和二氨基二苯甲烷中的一种或多种，所述固化催化剂为1,4-二甲基脲、3-苯基-1,1-二甲基脲、3-(对氯苯基)-1,1-二甲基脲和3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂的质量比为1～2∶1～3∶1～2，所述固化催化剂、固化剂、双酚A型环氧树脂的质量比为1∶2～4∶10～100。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述纤维材料为纤维或纤维布，所述纤维为碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种，所述纤维布是以碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种作为原料编制而成的纤维布，所述纤维布为单向无纬纤维布、平纹纤维布或缎纹纤维布。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备含金属颗粒的树脂胶膜；
S2、将两片步骤S1制得的含金属颗粒的树脂胶膜之间夹设纤维材料，采用热辊压方法进行处理，经冷却后，得到金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料；
S3、将金属颗粒-纤维材料-金属颗粒结构的树脂基预浸料与含金属颗粒的树脂胶膜裁剪成预设尺寸，在模具中交替铺设树脂基预浸料与含金属颗粒的树脂胶膜，然后进行热压成型，形成由下至上交替层叠设置的金属颗粒层和增强纤维层，得到金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料。
9.根据权利要求8所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热辊压方法的工艺条件为：热辊温度为60℃～250℃，辊压速度为0.01m/s～0.5m/s；
和/或，步骤S3中，所述热压成型的方法包括真空袋膜热压成型、模压机热压成型或真空罐热压成型，所述热压成型的温度为60℃～300℃，所述热压成型的时间为5min～48h，所述热压成型的压力为0.1MPa～6MPa。
10.根据权利要求8或9所述的金属颗粒夹层纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，当树脂基预浸料超过3层时，每2～10层树脂基预浸料之间采用真空袋膜包裹并进行真空抽气预压实，以排除预浸料之间的空气。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11129403A (ja) * 1997-10-31 1999-05-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 繊維強化樹脂製品とその製造方法
US6517658B1 (en) * 1997-09-11 2003-02-11 Thales Nederland B.V. Fiber-resin composite body for providing electromagnetic shielding, comprising an electrical contact strip, and method for making same
JP2005206958A (ja) * 2004-01-21 2005-08-04 Kumahira Co Ltd 電磁シールド層付き内装材
US20130344305A1 (en) * 2011-03-17 2013-12-26 Toray Industries, Inc. Prepreg, method of manufacturing prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material
CN114015095A (zh) * 2021-11-25 2022-02-08 中国人民解放军国防科技大学 一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料及其制备方法
CN215883819U (zh) * 2021-07-29 2022-02-22 郑州佛光发电设备有限公司 一种方舱壁板的外蒙皮

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6517658B1 (en) * 1997-09-11 2003-02-11 Thales Nederland B.V. Fiber-resin composite body for providing electromagnetic shielding, comprising an electrical contact strip, and method for making same
JPH11129403A (ja) * 1997-10-31 1999-05-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 繊維強化樹脂製品とその製造方法
JP2005206958A (ja) * 2004-01-21 2005-08-04 Kumahira Co Ltd 電磁シールド層付き内装材
US20130344305A1 (en) * 2011-03-17 2013-12-26 Toray Industries, Inc. Prepreg, method of manufacturing prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material
CN215883819U (zh) * 2021-07-29 2022-02-22 郑州佛光发电设备有限公司 一种方舱壁板的外蒙皮
CN114015095A (zh) * 2021-11-25 2022-02-08 中国人民解放军国防科技大学 一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料及其制备方法

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