CN115464941A - 一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，包括：步骤1、对石墨烯薄膜表面进行活化处理：将石墨烯薄膜在活化剂中浸泡0.5‑2 h，冲洗干净后，经60‑80℃烘干；步骤2、采用胶膜延压法制备：将树脂基体加热熔融后均匀涂覆在离型纸上，形成树脂胶膜，控制树脂胶膜厚度为0.1 mm‑0.8 mm；步骤3、依次将单向碳纤维展纱或编织布以及步骤1中表面处理后的石墨烯薄膜，通过加热辊压至步骤2的树脂胶膜中，制成碳纤维‑石墨烯薄膜‑碳纤维的多层复合三明治结构，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。本发明的预浸料兼具优异的力学结构强度、模量和电磁屏蔽性能，可直接作为中间体材料用于复合材料的轻量化与电磁屏蔽应用。

Description

一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法。
背景技术
随着航空航天技术以及信息化程度的高度发展，对飞行器、设备外壳的轻量化与电磁屏蔽性能需求显著。碳纤维复合材料凭借其优异的比模量与比强度，已经广泛应用于设备外壳、承重结构等领域。但由于复合材料中树脂的绝缘特性，致使普通的碳纤维复合材料电磁屏蔽与电磁兼容特性很差。目前，对于复合材料的电磁屏蔽赋能主要有以下几种方式：
1、针对树脂基体通过添加导电、导磁粉体填料（如纳米金属颗粒、导电纳米碳材料等），提高树脂的电导率与磁导率，从而提升复合材料的电磁屏蔽性能。如现有技术（CN104419107 B）公开一种基于石墨烯填充聚合物提升碳纤维复合材料电磁屏蔽性能的制备方法，通过石墨烯粉体填充树脂以提升聚合物导电性；但是，此类方法的共性问题在于粉体在聚合物基体中的分散性很差，少量填充无法在树脂基体内形成连续的导电网络；而过量填充往往易形成团聚，极易导致复材力学强度和模量的急剧衰减，影响使用性能；
2、在复合材料铺层-成型过程中，向碳纤维预浸料层间插入电磁屏蔽功能层（如铜网、镍网、镀镍碳纤维布、导电石墨薄膜等）。如现有技术（CN108410136A）通过将碳纤维预浸料与屏蔽材料功能层一体化成型，从而赋予复合材料电磁屏蔽性能。由于功能层与碳纤维预浸料的层间结合力较弱，通常还需使用Z-pin，冲压打孔、垂直导管等技术对碳纤维与功能层进行垂直方向的固定，而造成的孔洞易导致性能衰减。
3、将电磁屏蔽功能层与碳纤维共预浸，制成预浸料等中间体材料，直接用于后续的铺贴成型，避免铺贴时复杂的粘接工艺，大大提升了碳纤维复合材料成型的可操作性。但是分析已公开的数据发现，电磁屏蔽预浸料的层间剪切强度与纯碳纤维预浸料相比有较大程度的衰减，如现有技术（CN 213172148 U、CN 112280077 A、CN 112375335 A），其原因在于引入的电磁屏蔽功能层与碳纤维和树脂基体的界面结合力较弱。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，该方法制得的预浸料兼具优异的力学结构强度、模量和电磁屏蔽性能。同时，通过对石墨烯电磁屏蔽功能层的表面活化处理，增强石墨烯与树脂基体的界面结合强度，达到防止预浸料因电磁屏蔽功能层的引入导致层间剪切强度严重衰减的目的。
本申请实施例提供以下技术方案：一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、对石墨烯薄膜表面进行活化处理：
将石墨烯薄膜在活化剂中浸泡0.5-2 h，冲洗干净后，经60-80℃烘干；
步骤2、采用胶膜延压法制备：
将树脂基体加热熔融后均匀涂覆在离型纸上，形成树脂胶膜，控制树脂胶膜厚度为0.1 mm-0.8 mm；
步骤3、依次将单向碳纤维展纱或编织布以及步骤1中表面处理后的石墨烯薄膜，通过加热辊压至步骤2的树脂胶膜中，制成碳纤维-石墨烯薄膜-碳纤维的多层复合三明治结构，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料；
所述活化剂为包括双氧水、Triton、十二烷基苯磺酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氢氧化钠试剂中的一种或多种混合；
其中，所述活化剂的浓度范围不高于15mol/L-1。
进一步地，步骤1中，所述活化剂为氢氧化钠和硫酸钠的混合剂，或氢氧化钠和硝酸钠的混合剂。
进一步地，所述活化剂的浓度范围为0.01-10 mol/L-1。
进一步地，按重量份数计，原料包括：树脂基体15-60份、碳纤维展纱或编织布40-60份、石墨烯薄膜1-5份。
进一步地，步骤2中，所述树脂基体为包括酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂中的一种或多种。
进一步地，所述树脂基体的黏度调节至5000-80000 mPa·s。
进一步地，所述碳纤维展纱或编织布中，碳纤维为粘胶基碳纤维、聚丙烯腈基高强、高模量碳纤维、沥青基高性能碳纤维中任意一种；所述碳纤维展纱或编织布的纤维丝束规格为3-12 k。
与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例提出一种将具有电磁屏蔽特性的柔性石墨烯薄膜与单向碳纤维展纱或编织布共预浸，制备一种具有电磁屏蔽功能的碳纤维/石墨烯复合预浸料。通过将石墨烯电磁屏蔽功能层的表面活化处理，提升石墨烯与碳纤维和树脂之间的界面结合强度，可避免因材料层间结合力减弱或功能层损伤导致的电磁屏蔽性能衰减。然后通过胶膜压延法将单向碳纤维展纱或碳纤维织布与石墨烯电磁屏蔽功能层复合，制备具有优异力学强度和电磁屏蔽效能的碳纤维/石墨烯复合预浸料，可直接作为中间体材料用于复合材料的轻量化与电磁屏蔽应用。碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料在3-18 GHz电磁波频段的屏蔽效能可达到60 dB以上。利用石墨烯薄膜表面活化处理技术可将复合预浸料的层间剪切强度提高超过20%。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料结构示意图；
图2是本发明实施例的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的电磁屏蔽性能与层间剪切强度示意图；
其中，1-碳纤维展纱或编织布层，2-表面活化层，3-石墨烯薄膜。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明实施例提供了一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，具体包括步骤如下：
（1）对石墨烯薄膜表面进行活化处理；将石墨烯薄膜表面清洗后，浸润在活化试剂溶液中，浸泡0.5-2 h；然后将石墨烯薄膜用溶剂冲洗干净，去除表面残余的活化剂；最后，经60-80℃鼓风烘干1-24小时。
（2）碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料采用胶膜延压法制备；将树脂基体加热熔融后，均匀涂覆在离型纸上，形成树脂胶膜，控制胶膜厚度为0.1 mm-0.8 mm。
（3）依次将单向碳纤维展纱或编织布以及表面处理后的石墨烯薄膜，通过加热辊压至步骤（2）的树脂胶膜中，制成碳纤维-石墨烯薄膜-碳纤维的多层复合三明治结构，得到碳纤维-石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，其结构如图1所示，石墨烯薄膜3的表面有表面活化层2，两侧复合了碳纤维展纱或编织布层1。石墨烯薄膜作为电磁屏蔽的功能层需处于预浸料的中间层，最上与最下层应为碳纤维展纱或编织布。
所述活化剂可采用双氧水、Triton、十二烷基苯磺酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氢氧化钠等试剂中的一种或多种混合；所用溶剂为乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮、水等试剂的一种或多种混合。活化试剂的浓度范围不超过15mol/L-1，优选的活化试剂的浓度范围为0.01-10 mol/L-1，表面活化时间根据活化试剂不同为0.5-2 h。
其中，原料按重量计包括，树脂基体15-60份；步骤（3）中所用的单向碳纤维展纱或编织布40-60份；电磁屏蔽石墨烯薄膜层1-5份。所用树脂基体为酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂等的一种或多种。经过优选，树脂黏度调节至5000-80000 mPa·s。
所用的碳纤维可以是粘胶基碳纤维、聚丙烯腈基高强、高模量碳纤维或是沥青基高性能碳纤维，纤维丝束规格为3-12 k，经单向展纱或进行编织形成的碳纤维布。辊压过程的温度为60-140℃。
本发明提出一种将具有电磁屏蔽特性的柔性石墨烯薄膜与单向碳纤维展纱或编织布共预浸，制备一种具有电磁屏蔽功能的碳纤维/石墨烯复合预浸料，该预浸料兼具优异的强度、模量和电磁屏蔽性能。通过对石墨烯电磁屏蔽功能层的表面活化处理，增强功能层与碳纤维和树脂基体之间的结合强度，可避免因材料层间结合力减弱或电磁屏蔽功能层损伤导致的层间剪切强度的严重衰减，影响使用。碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料可作为中间体直接用于复合材料制品的铺贴与成型，可简化结构-电磁屏蔽一体化碳纤维复合材料成型工艺，提升制品生产效率。
接下来，采用具体实施例对发明进一步说明。
本发明各实施例中所用试剂、设备的型号及生产厂家的信息如下：
1、单向碳纤维展纱选用中复神鹰的SYT45-3K、SYT49S-12K国产T700级碳纱；预浸树脂为自制环氧树脂。
2、石墨烯薄膜采用江苏烯望新材料科技有限公司产品(厚度0.025 mm和0.050mm)；
3、石墨烯表面活化试剂：双氧水、曲拉通(Triton)、十二烷基苯磺酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氢氧化钠均为分析纯试剂，购自国药集团化学试剂有限公司；所用的溶剂乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺，均为分析纯试剂，购自上海泰坦科技股份有限公司；
4、实施例中涉及的测试方法及标准：0°拉伸强度测试（ASTM D 3039）；电磁屏蔽性能测试（GJB 6190-2008中的屏蔽室法）；层间剪切强度测试（JC/T773-1996）。
实施例1
本实施例1的一种经双氧水表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于双氧水（质量分数30%）中，浸泡1 h。再用水冲洗除去残留的双氧水，得到双氧水活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将50份环氧树脂加热至熔融状态，并调节黏度至20000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.5 mm。
（3）将50份T700碳纤维展纱，丝数为12 K，和经双氧水处理后的石墨烯薄膜1份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成上下两层碳纤维单向纱，中间为石墨烯薄膜，共三层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为80 ℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为894 MPa；其电磁屏蔽性能52 dB；板材的层间剪切强度为42.7 MPa。石墨烯薄膜表面经双氧水处理后，复合板材的拉伸强度无明显衰减，电磁屏蔽性能有微弱的提升，而层间结合强度效果提升显著。
实施例2
本实施例2制备一种经Triton表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于Triton（浓度0.5mol/L-1）中，浸泡0.5 h。再用水冲洗除去残留的活化试剂，得到Triton活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将25份环氧树脂加热至熔融状态，并调节黏度至10000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.2 mm。
（3）将40份T700碳纤维展纱，丝数为3 K，和经Triton处理后的石墨烯薄膜1份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成上下两层碳纤维单向纱，中间为石墨烯薄膜，共三层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为90℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为827 MPa；其电磁屏蔽性能51 dB；板材的层间剪切强度为40.1 MPa。石墨烯薄膜表面经Triton活化处理后，复合板材的拉伸强度无明显衰减，电磁屏蔽性能有微弱的提升，而层间结合强度效果提升显著。
实施例3
本实施例3制备一种经十二烷基苯磺酸钠表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于十二烷基苯磺酸钠溶液（浓度0.1mol/L-1）中，浸泡0.5 h。再用水冲洗除去残留的活化试剂，得到十二烷基苯磺酸钠溶液活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将60份氰酸酯树脂加热至熔融状态，并调节黏度至40000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.8 mm。
（3）将60份T700碳纤维展纱，丝数为12K，和经十二烷基苯磺酸钠活化处理的石墨烯薄膜2份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成三层碳纤维单向纱与两层石墨烯薄膜依次堆叠，共五层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，辊轴的温度为100℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为903 MPa；其电磁屏蔽性能61 dB；板材的层间剪切强度为45.3 MPa。石墨烯薄膜经十二烷基苯磺酸钠处理后，表面润湿性有一定的改善，因此石墨烯薄膜与树脂基体的结合力更强，从而一定程度提升复合板材的层间剪切强度。同时由于树脂基体份数、碳纤维份数和石墨烯薄膜层数的增加，复合材料的拉伸强度与电磁屏蔽效能均略有提升。
实施例4
本实施例4制备一种利用氢氧化钠对石墨烯薄膜表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于氢氧化钠溶液（浓度5mol/L-1）中，浸泡2 h。再用水冲洗除去残留的氢氧化钠，得到氢氧化钠活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将30份酚醛树脂加热至熔融状态，并调节黏度至60000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.5 mm。
（3）将50份T700碳纤维展纱，丝数为6 K，和经氢氧化钠活化处理的石墨烯薄膜3份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成三层碳纤维单向纱与两层石墨烯薄膜依次堆叠，共五层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为100℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至140℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为975 MPa；其电磁屏蔽性能68 dB；板材的层间剪切强度为52.4 MPa。石墨烯薄膜经氢氧化钠处理后，其与碳纤维和树脂基体的层间结合强度有显著提升。
实施例5
本实施例5制备一种利用硝酸钠对石墨烯薄膜表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于硝酸钠溶液（浓度10 mol/L-1）中，浸泡2 h。再用水冲洗除去残留的硝酸钠，得到硝酸钠活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将30份双马树脂加热至熔融状态，并调节黏度至80000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.5 mm。
（3）将40份T700碳纤维展纱，丝数为3 K，和经硝酸钠活化处理的石墨烯薄膜4份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成四层碳纤维单向纱与三层石墨烯薄膜依次堆叠，共七层的复合三明治夹层结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为120℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至140℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为891 MPa；其电磁屏蔽性能72 dB；板材的层间剪切强度为39.2 MPa。
实施例6
本实施例6制备一种利用硫酸钠对石墨烯薄膜表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于硫酸钠溶液（浓度10 mol/L-1）中，浸泡2 h。再用水冲洗除去残留的硝酸钠，得到硝酸钠活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将15份环氧树脂加热至熔融状态，并调节黏度至5000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.3 mm。
（3）将40份T300碳纤维机织布，丝数为3 K，和经硫酸钠活化处理的石墨烯薄膜5份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成四层碳纤维单向纱与三层石墨烯薄膜依次堆叠，共七层的复合三明治夹层结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为90℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为991 MPa；其电磁屏蔽性能78 dB；板材的层间剪切强度为54.6 MPa。
实施例7
本实施例7制备一种利用氢氧化钠对石墨烯薄膜表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于氢氧化钠溶液（浓度15mol/L-1）中，浸泡2 h。再用水冲洗除去残留的氢氧化钠，得到氢氧化钠活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将30份酚醛树脂加热至熔融状态，并调节黏度至60000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.5 mm。
（3）将50份T700碳纤维展纱，丝数为6 K，和经氢氧化钠活化处理的石墨烯薄膜3份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成三层碳纤维单向纱与两层石墨烯薄膜依次堆叠，共五层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为100℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至140℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为970MPa；其电磁屏蔽性能20 dB；板材的层间剪切强度为40.1MPa。石墨烯薄膜经高浓度的氢氧化钠处理后，由于氢氧化钠的侵蚀作用，石墨烯薄膜的结构遭到破坏，导致其导电性与电磁屏蔽性能出现较大程度的衰减；复合材料的力学性能主要由碳纤维提供，故其拉伸强度和层间剪切强度稍有降低。
实施例8
本实施例8制备一种经氢氧化钠和硝酸钠混合表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于氢氧化钠（浓度2mol/L-1）和硝酸钠（浓度1mol/L-1）的混合溶液中，浸泡0.5 h。再用水冲洗除去残留的活化试剂，得到活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将60份氰酸酯树脂加热至熔融状态，并调节黏度至40000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.8 mm。
（3）将60份T700碳纤维展纱，丝数为12K，和经氢氧化钠和硝酸钠混合溶液活化处理的石墨烯薄膜1份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成三层碳纤维单向纱与两层石墨烯薄膜依次堆叠，共五层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，辊轴的温度为100℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为895MPa；其电磁屏蔽性能68 dB；板材的层间剪切强度为70.5MPa。石墨烯薄膜经氢氧化钠和硝酸钠混合溶液活化处理后，碳纤维/石墨烯复合预浸料的层间剪切强度得到进一步的提升。
实施例9
本实施例9制备一种经氢氧化钠和硫酸钠混合表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将石墨烯薄膜表面先后用乙醇和丙酮清除表面残余的杂质。然后将石墨烯薄膜浸润于氢氧化钠（浓度2mol/L-1）和硫酸钠（浓度1mol/L-1）的混合溶液中，浸泡0.5 h。再用水冲洗除去残留的活化试剂，得到活化处理的石墨烯薄膜。
（2）将60份氰酸酯树脂加热至熔融状态，并调节黏度至60000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.8 mm。
（3）将60份T700碳纤维展纱，丝数为6 K，和经氢氧化钠和硫酸钠混合溶液活化处理的石墨烯薄膜1份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成三层碳纤维单向纱与两层石墨烯薄膜依次堆叠，共五层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，辊轴的温度为100℃。
（4）进一步地，将步骤（3）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为945 MPa；其电磁屏蔽性能70 dB；板材的层间剪切强度为65.3MPa。石墨烯薄膜经氢氧化钠和硫酸钠混合溶液活化处理后，碳纤维/石墨烯复合预浸料的层间剪切强度得到进一步的提升。
空白例
本空白例制备了一种未加入石墨烯电磁屏蔽功能层的纯碳纤维预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将50份环氧树脂加热至熔融状态，并调节黏度至20000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.5 mm。
（2）将50份T700碳纤维展纱，丝数为12 K，经辊压机延压至树脂胶膜中，制成单向碳纤维预浸料。辊轴的温度为80℃。
（3）进一步地，将步骤（2）所得的碳纤维预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维复合板材。
经测试，此碳纤维板材的拉伸强度约为950 MPa；虽然其层间剪切强度较高，可达62.3 MPa，但是其电磁屏蔽性能较差仅为13 dB，几乎没有电磁屏蔽功能。
对照例
本对照例制备了一种未经表面活化处理的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料，具体包括步骤如下：
（1）将50份环氧树脂加热至熔融状态，并调节黏度至20000 mPa·s后，均匀涂覆到离型纸表面，形成树脂胶膜，涂覆胶膜厚度约为0.5 mm。
（2）将50份T700碳纤维展纱，丝数为12 K，和未经处理的石墨烯薄膜1份，依次经辊压机延压至树脂胶膜中，形成上下两层碳纤维单向纱，中间为石墨烯薄膜，共三层复合三明治结构，制成碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。辊轴的温度为80℃。
（3）进一步地，将步骤（2）所得的电磁屏蔽预浸料铺贴、热压成型，待热压机的温度升至120℃后，保温0.5 h，使树脂固化，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材。
经测试，此碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽板材的拉伸强度约为936 MPa；与空白例相比，其电磁屏蔽性能显著提升至48 dB，但是，板材的层间剪切强度仅为33.5 MPa。因石墨烯薄膜表面未经处理，复合板材的层间结合强度较弱。
如图2所示，为本发明实施例与对照例和空白例的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料电磁屏蔽性能与层间剪切强度对比。通过对比说明，本发明通过对石墨烯电磁屏蔽功能层的表面活化处理，提出一种兼具层间结合强度与电磁屏蔽功能的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料。表面活化可以有效改善石墨烯薄膜的表面结构与活性，使其与树脂基体或碳纤维具有更优异的层间结合强度。另一方面，将高导电的石墨烯电磁屏蔽功能层，与碳纤维展纱或机织布共预浸制成中间体预浸料，可以赋予碳纤维预浸料优异的电磁屏蔽效能（70 dB），可满足目前几乎所有领域的应用需求。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对石墨烯薄膜表面进行活化处理：
将石墨烯薄膜在活化剂中浸泡0.5-2 h，冲洗干净后，经60-80℃烘干；
步骤2、采用胶膜延压法制备：
将树脂基体加热熔融后均匀涂覆在离型纸上，形成树脂胶膜，控制树脂胶膜厚度为0.1mm-0.8 mm；
步骤3、依次将单向碳纤维展纱或编织布以及步骤1中表面处理后的石墨烯薄膜，通过加热辊压至步骤2的树脂胶膜中，制成碳纤维-石墨烯薄膜-碳纤维的多层复合三明治结构，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料；
所述活化剂为包括双氧水、Triton、十二烷基苯磺酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氢氧化钠试剂中的一种或多种混合；
其中，所述活化剂的浓度范围不高于15mol/L-1。
2.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述活化剂为氢氧化钠和硫酸钠的混合剂，或氢氧化钠和硝酸钠的混合剂。
3.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，所述活化剂的浓度范围为0.01-10 mol/L-1。
4.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，按重量份数计，原料包括：树脂基体15-60份、碳纤维展纱或编织布40-60份、石墨烯薄膜1-5份。
5.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述树脂基体为包括酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，所述树脂基体的黏度调节至5000-80000 mPa·s。
7.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维展纱或编织布中，碳纤维为粘胶基碳纤维、聚丙烯腈基高强、高模量碳纤维、沥青基高性能碳纤维中任意一种；所述碳纤维展纱或编织布的纤维丝束规格为3-12 k。
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