基于碳纤维的多组分电磁屏蔽材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电磁波屏蔽材料生产技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前对人体的电磁屏蔽的防护主要是采用直接穿戴的方式，当前采用最多的电磁 屏蔽织物是采用金属纤维制造或者和非金属纤维混纺的形式得到的，也存在一些运用碳纤 维的电磁屏蔽材料，而碳纤维由于其本身具有脆性，因此大多采用碳纤维的电磁屏蔽材料 是以散纤维混合成网或者直接掺入高聚物混合制成。如专利文献CN103450665A中的一种 复合材料，将尼龙、合金粉末、LDPE - g - MAH和抗氧剂按配比混合均匀，在双螺杆挤出机上 熔融共混后，直接将熔体挤入浸渍模具。经表面处理过的纤维束在张力作用下，进入浸渍 模具模腔内被熔体充分浸渍。浸渍后的纤维丝束从模具内被牵引出来，并经冷却后进行切 粒，获得长度为l〇±〇. 2mm的长条形状粒料。所获得的复合材料具有对高、低频电磁波屏 蔽的特殊功能，同时还具备长纤维增强塑料所特有的优越力学性能。作为遮挡材料，可使 用具有吸波性或对电磁波反射率高的单层或多层片材，专利文献CN102465459A中的一种 碳纤维电磁屏蔽织物，用再生纤维素纤维或聚丙烯睛纤维纱线织造成栏栅织物，以电热炉 l〇°C分钟的速度加热到280°C进行预氧化，保温2小时，在惰性气体保护下继续用电热炉以 15°C/分钟的速度加热到1000°C，保温3小时，得到含碳量90%的碳纤维纱线网，继续加 热到2000~3000°C，得到含碳量99%以上的石墨纤维纱线网，以此网为基布，利用干法喷 射纺丝做成各种无纺布或墙体屏蔽材料。该方法能够很好的屏蔽电磁波多人体的危害，纺 纱工艺简单，生产效率高，有较好的经济和社会效益。专利文献CN1587494中的一种通过在 非金属纤维纺织品的纤维表面覆盖金属导电层使纺织品产生屏蔽效果的电磁屏蔽纺织品， 是在基材纤维表面上镀覆有金属铜、镍，形成铜、镍复合金属导电膜。即在尼龙、涤纶、腈纶 等基材纤维表面先采用化学镀铜，然后电镀镍，在基材表面形成铜镍复合金属导电膜，制备 得到电磁屏蔽纺织品。专利文献CN201890978U的有孔柔性的电磁屏蔽织物，掺杂有碳纤维 的表面覆盖金属的柔性电磁屏蔽织物上分布有孔洞，空洞的尺寸为所需要防护的电磁波波 长的1/5~1/10。孔洞的中心点之间的距离为5mm~50mm，孔洞的形状为近似方形或近似圆 形，孔洞的尺寸为0. 2~2mm，孔洞采取透孔组织进行织造，屏蔽效能保持在70dB左右。
[0003] 采用在复合片材上贴片法来制备电磁屏蔽或吸波片材，利用材料不同的层合方式 也达到特定吸波效果，如专利文献CN101444979A为一种频率选择表面吸波材料及其制备 方法，利用多层吸波涂层复合技术，即采用在两层玻璃纤维中间铺放"十"字形铝箔来实现 宽频带吸波涂层的制备，在2~8GHz内的有效吸波值达到16dB。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种碳纤维织物的电磁屏蔽材料，以使电 磁波的吸波屏蔽效果得到提高。
[0005] 本实用新型的基于碳纤维的多组分电磁屏蔽材料，包括碳纤维织物本体，在碳纤 维织物本体外设聚合导电高聚物层，在导电高聚物层外包覆导电炭黑涂层。
[0006] 本实用新型材料集碳纤维织物的高机械性能和涂层的防水服用性能于一体，实现 了 0. 02~2. 0GHz的高电磁屏蔽效果，电磁波屏蔽效果显著，屏蔽效率高，可用于电磁屏蔽 防护服的衬材和轻结构建材及户外帐篷的面料。
[0007] 本实用新型在碳纤维织物的基础上进行了加工和改进，保留了碳纤维织物的优秀 的机械性能，改善了碳纤维的易脆断性能，关键的是电磁屏蔽效能优越。
[0008] 本实用新型导电炭黑涂层厚度为1~3_。本实用新型该涂层厚度可以在不过分 增加碳纤维织物的克重的同时保证能够完全将碳纤维包覆在涂层中。
【附图说明】
[0009] 图1为本实用新型产品的结构示意图。
[0010] 图2为本实用新型产品的电磁波屏蔽效能与电磁波频率的关系图。
【具体实施方式】
[0011] 一、以实例进一步详细说明本实用新型，但并不限制本实用新型的内容。
[0012] 实施例中所用原料聚丙烯腈（PAN)基碳纤维长丝束（200tex/3000F)、导电炭黑粉 体、吡咯单体、三氯化铁、十二烷基苯磺酸钠、丙酮、硝酸和聚氨酯树脂均为市售产品。
[0013] 1、去除织物表面的油剂和杂质：
[0014] 试样准备：将购买的碳纤维织物裁剪成lOOOmmX1000mm大小，在裁剪过程中先用 树脂对裁剪路线上的碳纤维织物进行涂覆，以保证在裁剪之后得到的碳纤维样品不发生脱 散。在60°C下烘干lh，树脂晾干后得试样。
[0015] 将试样浸入丙酮中，静止ld，取出后用清水反复冲洗，晾干。将经过丙酮处理过的 试样放入70%浓度的硝酸中，冷凝回流，控制温度在80°C，反应5h。取出试样后先用大量水 进行冲洗，最后使用3%氢氧化钠溶液冲洗试样，直至冲洗后的溶液PH检测呈中性，将试样 干燥。
[0016] 2、在试样表面聚合导电高聚物：
[0017] 取采用上步工艺处理过的碳纤维布放入浓度为0. 02mol/L的十二烷基苯磺酸钠 溶液中浸渍lh后取出自然晾干；再将处理过的试样放入浓度为0. 13mol/L的FeCl3水溶液 中浸渍lh后取出，将处理过的试样再浸渍于0. 5mol/L的吡咯单体溶液中，在反应体系的温 度为0°C~5°C的条件下反应12h。待反应结束后，先用无水乙醇对试样进行漂洗，再用清水 反复清洗，直到清洗得到的溶液澄清，再将试样放入真空干燥箱里在温度为60°C的低温条 件下干燥4h，冷却后取出试样。
[0018] 将取得的试样再从置于十二烷基苯磺酸钠溶液浸渍开始，经过晾干、再置于FeCl3 水溶液中浸渍、于温度为〇°C~5°C吡咯单体溶液反应、清洗、干燥循环处理4~6次。
[0019] 最终获得聚合足量的导电高聚物的试样，用于下步使用。
[0020] 3、涂覆导电炭黑涂层：
[0021] 涂料准备：将导电炭黑粉末溶于水中，再加入硅烷偶联剂KH-550和水性附着力促 进剂DN-630,用超声波振荡器超声处理30min，使导电炭黑粉末均匀分散于水中，并与助剂 硅烷偶联剂KH-550和水性附着力促进剂DN-630充分混合。之后再加入一定质量的水性聚 氨酯，使用电动搅拌机搅拌30min，形成涂料。
[0022] 以上硅烷偶联剂KH-550、水性附着力促进剂DN-630为助剂，可增加涂层和碳纤维 织物之间的粘结力。水性聚氨酯用于包覆导电炭黑粉末。
[0023] 涂覆：使用羊毛刷将涂料均匀地涂覆在经过丙酮硝酸前处理以及导电高聚物表面 氧化聚合处理后的干燥碳纤维织物的正、反两面，取得电磁波屏蔽织物。
[0024] 二、产品结构特点：
[0025] 将制成的产品置于放大镜中，可以观察到图1所示的结构。
[0026] 碳纤维织物本体由经向碳纤维1和炜向碳纤维2织造形成，在经向碳纤维1和炜 向碳纤维2外分别原位聚合有导电高聚物层3,在导电高聚物层3外包覆厚度为1~3mm的 导电炭黑涂层4。
[0027] 三、效果验证：
[0028]测试台的试样台由透波材料玻璃制成，将信号发射极、试样和信号接收极三者的 中心自上而下放置于同一直线上，并使信号发射极和试样之间的间距、试样和信号接收极 之间的间距均为15_。开始测量后，信号发射极发射出的电磁波接触到试样表面后，一部分 被反射和吸收，另一部分透过试样，透过试样部分的电磁波强度经信号接收极接收，再经由 频谱分析仪读出。
[0029] 采取扫频的方式，测量范围为0. 05~2. 0GHz，扫描间隔带宽为0. 05GHz。依据国家 电子行业军用标准《SJ20524-1995材料屏蔽效能的测量方法》的规定进行测试，计算方法 如下：
【主权项】
1. 基于碳纤维的多组分电磁屏蔽材料，包括碳纤维织物本体，其特征在于在碳纤维织 物本体外设聚合导电高聚物层，在导电高聚物层外包覆导电炭黑涂层。
2. 根据权利要求1所述基于碳纤维的多组分电磁屏蔽材料，其特征在于所述导电炭黑 涂层厚度为1~3mm〇
【专利摘要】基于碳纤维的多组分电磁屏蔽材料，涉及电磁波屏蔽材料生产技术领域。在碳纤维织物本体外设聚合导电高聚物层，在导电高聚物层外包覆导电炭黑涂层。本实用新型材料集碳纤维织物的高机械性能和涂层的防水服用性能于一体，实现了0.02～2.0GHz的高电磁屏蔽效果，电磁波屏蔽效果显著，屏蔽效率高，可用于电磁屏蔽防护服的衬材和轻结构建材及户外帐篷的面料。
【IPC分类】D06M15-564, D06M11-74, D06M101-40, D06M15-37
【公开号】CN204551115
【申请号】CN201520130098
【发明人】周胜, 顾昊, 徐继红, 褚结, 于伟东, 洪兴华
【申请人】扬州市职业大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月6日