专利名称：一种碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材及其制备方法，属于电磁波屏蔽材料技术领域。
背景技术：
由于科技的飞速进步和电脑设备、无线电话、通信设备、网络和高频装置的广泛使用，由此引发的环境安全的问题亟待解决。电磁污染会严重危害人类和其它生物的健康，而且也对通讯设备和电气电子设备的正常运行造成严重的危害，这都需要防护。对人体的防护，尤其是以织物为对象所进行的吸波性的改进已有众多报道，但大多为材料组成方式及其配比的选择。如专利Harry F. Glatfelter的U. S. Pat. 4684762中采用掺入不同比例的导电纤维制成机织、纬编和三维的电磁屏蔽织物。碳纤维和碳纳米材料作为组分掺入的复合材料的吸波性能已有讨论，国内外有关吸波材料的发明专利多为特种碳纤维掺入的复合材料或刚性的单层、多层的复合材料。如专利U. S. Pat. 7471233B2中的一种电磁波吸收装置，底层为有吸波作用磁损耗材料，在此之上是一个顶部有小孔且呈中空锥形的导电材料；在电磁波暗室天花板及墙壁上采用此种吸波材料，在离暗室IOm的地方经场地衰减实验证明其在30MHz 18GHz频率范围内的吸波值达到20dB。专利EP 1912487A1以超细碳纤维作为负磁阻材料以0. 1% 20%的比例填充复合材料，结果碳纤维铺放厚度0. 105mm，在频率为5GHz时，对电磁波的衰减值达到-13dB ；当碳纤维或纳米碳纤维以层叠结构铺放厚度为0. 8mm，在频率为2. IGHz时，对电磁波的衰减达到-20 49dB，当铺放厚度达9mm时，其在60GHz下有-20 -35dB的衰减。专利US 01486^A1的多层复合材料，其独特之处在于复合材料中包含一个层压结构的掺有0. 3% 3%直径为8 μ m长度为40mm金属纤维的碳纤维非织物(类似碳毡)作为吸波层和底部金属层采用铁、铝、铜或它们的合金，材料在9. 5GHz处对电磁波的衰减最高达到-46dB。专利CN 1730555A的将0. 5% 3%的5 50mm的短活性碳纤维填充复合材料， 其在8GHz处对电磁波的衰减最高达_14dB。专利201544500U采用多层吸波材料来制备一种特性阻抗控制的软性扁平电缆FFC。现有技术中并无对碳纤维长丝束的存在形态以及排列方式进行研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有特殊的碳纤维存在形态的吸波片材及其制备方法，所述的特殊的碳纤维长丝束存在形态可以使得低频段和高频段的电磁波的屏蔽效能得到提高。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材， 包括至少一层吸波片，其特征在于，所述的吸波片包括基材以及以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束。优选地，所述的以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束穿插在所述的基材中。
优选地，所述的多个以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束在基材中等间距排列，每个碳纤维长丝束所在的平面垂直于基材。优选地，所述的碳纤维长丝束的间距d与针距λ之比为0. 5:1 4:0. 5。优选地，所述的碳纤维长丝束的波幅力等于基材的总厚度t。优选地，所述的基材为高聚物发泡片，优选为聚苯乙烯(PS)发泡片、聚丙烯(PP) 发泡片和聚氯乙烯(PVC)发泡片中的一种或两种以上的层合片。本发明还提供了上述碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材的制备方法，其特征在于，包括在基材上用记号笔画出的网格线，并按此网格线倾斜打孔，根据基材上打好的孔眼，将碳纤维长丝束以屈曲波形态穿插到基材中。优选地，所述的网格线的行间距与列间距之间的比为0. 1:2 10:0. 1。优选地，所述的打孔的角度与正弦波的倾角相同。优选地，所述的碳纤维长丝束在穿插之前，用环氧树脂进行上浆处理，以改善其耐磨性。与现有技术相比，本发明的优点在于
(1)碳纤维以以屈曲波形态存在，低频段和高频段的电磁波屏蔽效果显著，用料少，屏蔽效率高；
(2)制法简便，可直接用于大面积片材的制备；
(3)轻质，可用于防电磁波辐射防护服衬材和轻结构的装饰遮挡材料。本发明还可以用金属纤维和其他导电纤维来代替碳纤维长丝束，因为这些纤维更容易成形，由此可扩大其应用领域。
图1为碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材三维效果图2是碳长丝/PS发泡片的复合结构体的电磁波屏蔽效能曲线； 图3是碳长丝/PVC发泡片的复合结构体的电磁波屏蔽效能曲线。图中/7——发泡片的层数； t——发泡片的总厚度；
h——屈曲波的波幅； H——发泡片的厚度； d——碳纤维长丝束的间距； Λ——针距，即屈曲波波长。
具体实施例方式下面结合实施例来进一步说明本发明，但并不限制本发明的内容。实施例1
所用原料为市售聚丙烯腈(PAN)基碳纤维长丝束，200teX/3000F ；市售PS发泡片。 如图1所示，为碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材三维效果图，所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材包括2层PS发泡片1，PS发泡片1中穿插有多个以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束2，所述的多个以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束2在PS发泡片1中等间距排列，每个碳纤维长丝束2所在的平面垂直于PS发泡片1。将购买的PS发泡片裁剪成尺寸为30cm'30cm规格，取两片自然对齐叠放在一起 (/ =2)，两层PS发泡片1的总厚度t等同于屈曲波的波幅力等同于2H，其中H为PS发泡片 1的厚度，H=L 66mm。取碳纤维长丝束2的间距d为2mm ；针距为2 =2i/=4mm。碳纤维无需前处理，在PS发泡片1上用记号笔画好网格线，网格线的行间距与列间距之间的比为1 :1，按此网格线倾斜打孔，打孔的角度与正弦波的倾角相同，采用钢丝针带着碳纤维长丝束2沿网格线的行的方向以一上一下的形式穿插到PS发泡片1中，碳纤维长丝束2以屈曲波形态存在。为保证碳纤维长丝束2的屈曲波形态即屈曲波的波长和波幅在PS发泡片1是均勻一致的，此时张力要一致。如图2所示，为碳长丝/PS发泡片的复合结构体的电磁波屏蔽效能(EMSE， electro- magnetic shielding efficiency)曲线，其在 1900MHz 时，EMSE 值最高达 18. 02dB。而PS发泡片的EMSE-频率曲线几乎是平线，而且处于低位。实施例2
所用原料为市售聚丙烯腈(PAN)基碳纤维长丝束，200teX/3000F ；市售PVC发泡片。 碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材包括3层PVC发泡片，PVC发泡片中穿插有多个以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束，所述的多个以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束在PVC发泡片中等间距排列，每个碳纤维长丝束所在的平面垂直于PVC发泡片。将购买的PVC发泡片裁剪成尺寸为30cm'30cm规格，取三片自然对齐叠放在一起(/ =3)，两层PVC发泡片的总厚度 等同于屈曲波的波幅力等同于3Η，其中H为PVC 发泡片的厚度。取碳纤维长丝束的间距d为2mm，在纵向取三个正方小格为一个针距 1，使i/zemm，1 =12mm。对碳纤维长丝束的表面涂覆环氧树脂上浆剂以改善其耐磨性，在 PVC发泡片上用记号笔画好网格线，网格线的行间距与列间距之间的比为1 :1，按此网格线倾斜打孔，打孔的角度与正弦波的倾角相同，采用钢丝针带着碳纤维长丝束沿网格线的行的方向以一上一下的形式穿插到PVC发泡片中，碳纤维长丝束以屈曲波形态存在。如图3所示，为碳长丝/PVC发泡片的复合结构体的电磁波屏蔽效能(EMSE， electromagnetic shielding efficiency)曲线，其在 400MHz 时，EMSE 值最高达 10. 89dB。 而PVC发泡片的EMSE-频率曲线几乎是平线，而且处于低位。
权利要求
1.一种碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，包括至少一层吸波片，其特征在于，所述的吸波片包括基材以及以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束。
2.如权利要求1所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束穿插在所述的基材中。
3.如权利要求2所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的多个以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束在基材中等间距排列，每个碳纤维长丝束所在的平面垂直于基材。
4.如权利要求2所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的碳纤维长丝束的间距d与针距λ之比为0.5:1 4:0. 5。
5.如权利要求2所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的碳纤维长丝束的波幅力等于基材的总厚度t。
6.如权利要求2所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的基材为高聚物发泡片。
7.权利要求2-6中任一项所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材的制备方法，其特征在于，包括在基材上用记号笔画出的网格线，并按此网格线倾斜打孔，根据基材上打好的孔眼，将碳纤维长丝束以屈曲波形态穿插到基材中。
8.如权利要求7所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的网格线的行间距与列间距之间的比为0. 1:2 10:0. 1。
9.如权利要求7所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的打孔的角度与正弦波的倾角相同。
10.如权利要求7所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的碳纤维长丝束在穿插之前，用环氧树脂进行上浆处理。
全文摘要
本发明提供了一种碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材及其制备方法，所述的碳纤维长丝束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，包括至少一层吸波片，其特征在于，所述的吸波片包括基材以及以屈曲波形态存在的碳纤维长丝束。其制备方法，其特征在于，包括在高聚物发泡片上用记号笔画好网格线，按此网格线倾斜打孔，根据高聚物发泡片上打好的孔眼，将碳纤维长丝束以屈曲波形态穿插到高聚物发泡片中。与现有技术相比，本发明的优点在于碳纤维以以屈曲波形态存在，电磁波屏蔽效显著，用料少，屏蔽效率高；制法简便，可直接用于大面积片材的制备；轻质，可用于防电磁波辐射防护服衬材和轻结构的装饰遮挡材料。
文档编号H05K9/00GK102427713SQ20111028829
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者于伟东, 吴瑜, 周胜, 徐增波 申请人:东华大学