本发明涉及新能源电动汽车用屏蔽材料，尤其涉及一种新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
新能源纯电动汽车相比于传统能源汽车，其续驶里程有限，整备质量更大，电磁辐射量更大、工况更复杂，表明新能源纯电动汽车对电磁屏蔽要求更高，对轻量化更迫切。
新能源纯电动车的电池、电机、电控核心系统是电磁屏蔽的重点，针对该“三电”系统电气件外壳，通常采用金属材料压铸、模压成型制作，在保证外壳承载受力要求的同时满足电磁屏蔽要求。然而，金属密度大，易腐蚀，易氧化，电绝缘性差，存在反射电磁波造成二次污染等缺点，而聚合物基电磁屏蔽材料相比于传统金属材料却能克服以上缺陷，但聚合物基体存在良好的电绝缘性，对电磁屏蔽效能的无限提高存在问题。目前，能提供较好的屏蔽效能且成本较低的方法是涂敷型电磁屏蔽材料，但涂敷层容易与基体材料产生剥落，材料的使用期限较低，二次加工能力较差；也有通过在聚合物基体中填充改性填料，填充型聚合物基电磁屏蔽复合材料具有比重轻，耐化学腐蚀，且可根据电磁屏蔽性能要求调节改性填料的添加种类和添加量，但大量的改性填料添加引起的加工困难及多种类填料之间的相容性问题会严重影响材料的力学性能。
cn103722832a公开了一种绝缘聚合物基电磁屏蔽材料及其制备方法，采用多次溶液流延制备5-7层结构的绝缘聚合物基电磁屏蔽材料，即先通过流延法制备绝缘层，待半干后在其表面流延吸波层，待吸波层半干后在其表面流延反射层，再用同样的方法在反射层表面流延吸波层，吸波层表面流延绝缘层，不管是吸波层还是反射层均大量添加导电填料，力学性能较弱，且成型时间长，不利于工业化。
同时，该结构最外层为纯树脂层，虽然电绝缘性较好，但存在电磁波从空气进入绝缘层的波阻抗不匹配，电磁波存在泄露引起二次污染，且该材料仅在聚合物基体中添加粉末状导电填料及助剂，为满足电磁屏蔽效能，填料量的增加将影响材料的力学性能及加工性能，使材料的实际应用受到很大程度的限制。
cncn102514290a公开了一种金属纤维-聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法，采用上下表面为聚合物层，中间为金属纤维层的3层复合结构，其金属纤维密度大，从而使得材料的比重增加，容易引起金属纤维层剥落，影响材料的力学性能及电磁屏蔽性能。
针对以上问题，本发明提出一种同时满足材料的电磁屏蔽效能和力学性能要求的材料和制备方法，可作为新能源纯电动汽车高强度电磁屏蔽材料的一个重要发展方向。
技术实现要素：
本发明提供一种新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料及其制备方法，以解决上述现有技术的缺陷，同时满足材料的电磁屏蔽效能和力学性能要求，应用性高，利于工业化。
为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：
一种新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料，其特征在于，为对称多层结构，包括：
位于最外层的电磁波阻抗匹配层，a1层，包括在表面喷涂或涂刷有一层磁介质吸波填料a改性聚合物溶液层的一玻璃纤维布；
位于次外层的吸波层，b1层，包括在表面喷涂或涂刷有一层磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液层的一玻璃纤维布；
位于中间的反射层，c1层，所述c1为层三层结构，包括：
在一碳纤维布表面喷涂或涂刷有一层导电填料c改性聚合物溶液层的c11层，
在一碳纤维毡表面喷涂或涂刷有一层导电填料c改性聚合物溶液层的c12层，
在一碳纤维布表面喷涂或涂刷有一层导电填料c改性聚合物溶液层的c13层，
c12层位于c11层和c13层之间。
进一步的，所述磁介质吸波填料a改性聚合物溶液层，是磁介质吸波填料a表面通过偶联剂进行表面偶联处理后，加入到聚合物溶液中搅拌均匀并真空脱泡后喷涂或涂刷形成。
进一步的，所述磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液层，是将磁介质吸波填料a、导电吸波填料b分别通过偶联剂进行表面偶联处理后，加入到聚合物溶液中搅拌均匀并真空脱泡后喷涂或涂刷形成。
进一步的，所述导电填料c改性聚合物溶液层，是将导电填料c通过偶联剂进行表面偶联处理后，加入到聚合物溶液中搅拌均匀并真空脱泡后喷涂或涂刷形成。
进一步的，所述磁介质吸波填料a为镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、铁硅铝、坡莫合金中的一种或多种。
进一步的，所述导电吸波填料b为羟基铁粉、羟基镍粉中的一种或两种。
进一步的，所述导电填料c为超导炭黑、石墨、镍粉、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。
进一步的，所述聚合物溶液为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂中的一种或多种；
进一步的，所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
进一步的，所述玻璃纤维布为平纹编织型低介电无碱玻璃纤维布，厚度为50~200μm。
进一步的，所述碳纤维布为45度角斜纹编织布，200g/m2，厚度为300~550μm。
进一步的，所述碳纤维毡，30g/m2，纤维直径7.2μm，厚度为40~80μm。
进一步的，所述a1层的单层厚度为80~300μm，b1层的单层厚度为80~300μm，c1层的整体单层厚度为800~1500μm。
一种新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)、先将一玻璃纤维布铺层好后，在其表面喷涂或涂刷一层磁介质吸波填料a改性聚合物溶液层，获得电磁波阻抗匹配层，a1层；
b)、在a1层上铺上一玻璃纤维布，铺层好后，在该玻璃纤维布表面喷涂或涂刷一层磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液层，获得吸波层，b1层；
c)、在b1层上铺上一碳纤维布，铺层好后，在碳纤维布表面喷涂或涂刷一层导电填料c改性聚合物溶液层，获得c11层；在c11层上铺上一碳纤维毡后，在碳纤维毡表面喷涂或涂刷一层导电填料c改性聚合物溶液层，获得c12层；在c12层上铺上一碳纤维布后，在碳纤维布表面喷涂或涂刷一层导电填料c改性聚合物溶液层，获得c13层，其中，c11层、c12层、c13层复合形成反射层，c1层；
d)、再在c1层上按照b)步骤的方法铺设吸波层；
e)、再在d)步骤铺设吸波层上按照a)步骤的方法铺设电磁波阻抗匹配层；
f)、将叠加的五层复合铺层加压一次成型，获得新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料。
具体的，所述磁介质吸波填料a改性聚合物溶液层，是磁介质吸波填料a表面通过偶联剂进行表面偶联处理后，加入到聚合物溶液中搅拌均匀并真空脱泡后喷涂或涂刷形成；所述磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液层，是将磁介质吸波填料a、导电吸波填料b分别通过偶联剂进行表面偶联处理后，加入到聚合物溶液中搅拌均匀并真空脱泡后喷涂或涂刷形成；所述导电填料c改性聚合物溶液层，是将导电填料c通过偶联剂进行表面偶联处理后，加入到聚合物溶液中搅拌均匀并真空脱泡后喷涂或涂刷形成；其中，采用的磁介质吸波填料a为镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、铁硅铝、坡莫合金中的一种或多种；采用的导电吸波填料b为羟基铁粉、羟基镍粉中的一种或两种；采用的导电填料c为超导炭黑、石墨、镍粉、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；采用的聚合物溶液为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂中的一种或多种；采用的偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用碳纤维布、碳纤维毡及玻璃纤维布复合铺5层的对称多层结构：最外层是电磁波阻抗匹配层，次外层为吸波层，以上2层让电磁波最大限度的进入屏蔽材料内部，减小因电磁波阻抗不匹配导致的二次污染，同时吸收部分电磁波；中间层为反射层，具备3层的对称结构，该结构使反射层不仅在纤维布平面形成导电层，在纤维布与纤维布之间也是良导体，让进入到材料内部的电磁波通过反射、多重反射将电磁波消耗掉。
2、本发明采用碳纤维布、碳纤维毡及玻璃纤维布复合铺5层的对称多层结构：使电磁波尽可能多的进入到材料内部，通过吸收、反射和多重反射将电磁波牢牢锁定在材料内部被消耗掉，大大提高了其电磁屏蔽效能。
3、碳纤维布及玻璃纤维布的使用，材料的力学性能得到极大的提高，且密度低、质量小，电动汽车有效减重。
4、每层纤维均采用同一种聚合物材料作为基体，在树脂基体中添加不同的填料，最外层添加磁介质吸波填料，次外层添加磁介质吸波填料和导电吸波型填料混合物，中间层添加导电填料，添加填料后的聚合物溶液可采用喷涂或涂刷的方法涂敷在纤维层上，然后将叠加纤维层加压一次成型，成型工序简单，生产成本低。
5、本发明制备的材料具有电动汽车要求的宽频率条件下较高的电磁屏蔽效果；多层碳纤维布及玻璃纤维布复合叠层结构使材料具有较好的结构强度；同时最外层由玻璃纤维布及绝缘型吸波材料组成，使材料表面在无需添加绝缘层也具有电绝缘性。
6、满足电动汽车宽频率范围9khz~2.5ghz的电磁屏蔽性能要求。
附图说明
图1是本发明制备的新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
配制磁介质吸波填料a改性聚合物溶液：将是镍锌铁氧体表面通过γ―氨丙基三乙氧基硅烷进行表面偶联处理后，加入到环氧树脂溶液中搅拌均匀。
配制磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液：将镍锌铁氧体、羟基铁粉分别通过γ―氨丙基三乙氧基硅烷进行表面偶联处理后，加入到环氧树脂溶液中搅拌均匀。
配制导电填料c改性聚合物溶液：将超导炭黑通过γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行表面偶联处理后，加入到环氧树脂溶液中搅拌均。
制备新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料：
将配制的磁介质吸波填料a改性聚合物溶液真空脱泡后喷涂或涂刷于铺层的厚度为50μm的平纹编织型低介电无碱玻璃纤维布表面，获得电磁波阻抗匹配层，a1层；
在a1层上铺上一厚度为100μm的平纹编织型低介电无碱玻璃纤维布，铺层好后，将配制的磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液真空脱泡后喷涂或涂刷于该玻璃纤维布表面，获得吸波层，b1层；
在b1层上铺上一45度角斜纹编织型碳纤维布，200g/m2，厚度为300μm，铺层好后，将配制的导电填料c改性聚合物溶液真空脱泡后喷涂或涂刷于该碳纤维布表面，获得c11层；
在c11层上铺上一纤维直径7.2μm的碳纤维毡，30g/m2，厚度为40μm，铺层好后，将配制的导电填料c改性聚合物溶液真空脱泡后喷涂或涂刷于该碳纤维毡表面，获得c12层；
在c12层上铺上一45度角斜纹编织型碳纤维布，200g/m2，厚度为300μm，铺层好后，将配制的导电填料c改性聚合物溶液真空脱泡后喷涂或涂刷于该碳纤维布表面，获得c13层；
c11层、c12层、c13层复合形成反射层，c1层；
再在c1层上按照前述方式铺设一吸波层，并再在该吸波层上按照前述方式铺设一电磁波阻抗匹配层；
将叠加的五层复合铺层加压一次成型，获得新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料。其中，两个电磁波阻抗匹配层的单层厚度分别为164μm、176μm；两个吸波层的单层厚度分别为80μm、86μm，吸收层厚度为800μm。
测试高强度电磁屏蔽材料的拉伸强度为45mpa，弯曲强度为264mpa，冲击强度为23kj/m2，密度为1.84g/cm3，电磁屏蔽效能为25-71db。
实施例2
方法如实施例1，配制磁介质吸波填料a改性聚合物溶液，用锰锌铁氧体替代镍锌铁氧体，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，不饱和聚酯树脂替代环氧树脂。
配制磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液，用锰锌铁氧体替代镍锌铁氧体，羟基铁粉和羟基镍粉按照1:1混合替代羟基铁粉，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，不饱和聚酯树脂替代环氧树脂。
配制导电填料c改性聚合物溶液，用石墨替代超导炭黑，γ―氨丙基三乙氧基硅烷替代γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，不饱和聚酯树脂替代环氧树脂。
a1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用80μm；
b1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用80μm；
c11层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用400μm；
c12层制备，方法如实施例1，碳纤维毡采用60μm；
c13层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用400μm。
测试高强度电磁屏蔽材料的拉伸强度为38mpa，弯曲强度为187mpa，冲击强度为18kj/m2，密度为1.86g/cm3，电磁屏蔽效能为21-62db。
实施例3：
方法如实施例1，配制磁介质吸波填料a改性聚合物溶液，用铁硅铝和镍锌铁氧体按照1:1混合替代镍锌铁氧体，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，环氧树脂。
配制磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液，用铁硅铝和镍锌铁氧体按照1:1混合替代镍锌铁氧体，羟基镍粉替代羟基铁粉，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，环氧树脂不替代。
配制导电填料c改性聚合物溶液，用碳纳米管和石墨烯按照1:1混合替代超导炭黑，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，环氧树脂不替代。
a1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用100μm；
b1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用200μm；
c11层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用550μm；
c12层制备，方法如实施例1，碳纤维毡采用80μm；
c13层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用550μm。
测试高强度电磁屏蔽材料的拉伸强度为78mpa，弯曲强度为321mpa，冲击强度为34kj/m2，密度为1.86g/cm3，电磁屏蔽效能为29-75db。
实施例4：
方法如实施例1，配制磁介质吸波填料a改性聚合物溶液，用锰锌铁氧体和坡莫合金按照1:1混合替代镍锌铁氧体，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，酚醛树脂替代环氧树脂。
配制磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液，用锰锌铁氧体和坡莫合金按照1:1混合替代镍锌铁氧体，羟基铁粉和羟基镍粉按照1:1混合替代羟基铁粉，γ―氨丙基三乙氧基硅烷不替代，酚醛树脂替代环氧树脂。
配制导电填料c改性聚合物溶液，用镍粉和碳纳米管替代超导炭黑，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，酚醛树脂替代环氧树脂。
a1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用120μm；
b1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用150μm；
c11层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用350μm；
c12层制备，方法如实施例1，碳纤维毡采用70μm；
c13层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用350μm。
测试高强度电磁屏蔽材料的拉伸强度为35mpa，弯曲强度为127mpa，冲击强度为12kj/m2，密度为1.92g/cm3，电磁屏蔽效能为18-66db。
实施例5：
方法如实施例1，配制磁介质吸波填料a改性聚合物溶液，用镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、铁硅铝按照1:1:1混合替代镍锌铁氧体，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷替代γ―氨丙基三乙氧基硅烷，环氧树脂、酚醛树脂按照1:1混合替代环氧树脂。
配制磁介质吸波填料a和导电吸波填料b复合改性聚合物溶液，用镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、铁硅铝按照1:1:1混合替代镍锌铁氧体，γ―氨丙基三乙氧基硅烷不替代，环氧树脂、酚醛树脂按照1:1混合替代环氧树脂。
配制导电填料c改性聚合物溶液，用石墨、镍粉、石墨烯按照1:1:1混合替代超导炭黑，γ―氨丙基三乙氧基硅烷替代γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，环氧树脂、酚醛树脂按照1:1混合替代环氧树脂。
a1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用150μm；
b1层制备，方法如实施例1，玻璃纤维布采用180μm；
c11层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用500μm；
c12层制备，方法如实施例1，碳纤维毡采用80μm；
c13层制备，方法如实施例1，碳纤维布采用500μm。
测试高强度电磁屏蔽材料的拉伸强度为57mpa，弯曲强度为224mpa，冲击强度为27kj/m2，密度为1.95g/cm3，电磁屏蔽效能为22-68db。
实施例1~5制备的新能源电动汽车用高强度电磁屏蔽材料的性能测试结果，列表如下：