[發(fā)明專利]三維編織鍍鎳碳纖維與環(huán)氧樹脂電磁屏蔽復(fù)合材料及制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910068462.6
• 申請(qǐng)日: 2009-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN101531804A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬怡灶;黃遠(yuǎn);何芳;羅紅林;王玉林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L63/00
• 分類號(hào): C08L63/00;C09K3/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁屏蔽復(fù)合材料的制備，特別是一種三維編織鍍鎳碳纖維與環(huán)氧樹脂電磁屏蔽復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)

在電子產(chǎn)品越來越普及的今天，人們?cè)谙硎芩鼛肀憷耐瑫r(shí)，一種隱形的危害也越來越嚴(yán)重。一方面，電磁干擾引起的誤動(dòng)及事故屢見報(bào)道；另一方面，電磁輻射對(duì)人體的危害也為人們所逐漸認(rèn)識(shí)。此外，電磁輻射還能造成國(guó)家機(jī)密的泄露，對(duì)國(guó)家安全造成危害。因此，各國(guó)政府已經(jīng)將電磁干擾(Electromagnetic?Interference，簡(jiǎn)稱EMI)提上議事日程，制定了相關(guān)的規(guī)定。金屬因其優(yōu)越的導(dǎo)電性，是很好的電磁屏蔽材料，但由于其比重大，且價(jià)格昂貴，不適合普及，如在建設(shè)電磁屏蔽室時(shí)對(duì)樓層地基造成重壓。

除了直接采用金屬(板)作為屏蔽材料之外，事實(shí)上，將纖維進(jìn)行編織并進(jìn)行改性制成電磁屏蔽織物的研究開展得非常廣泛，通常包括以下幾種：

①涂鍍層織物

織物涂層法是在一般的織物表面上鍍上一層金屬薄膜，成本較低。由于這層金屬薄膜是鍍上去的，金屬密度比較高，防護(hù)效果很好，多用于重點(diǎn)部位的重點(diǎn)防護(hù)，但金屬與鍍層的結(jié)合力較小，加工性差，耐洗滌和腐蝕能力差。金屬鍍層一旦大面積磨損后，該織物也就失去了屏蔽作用。

鍍的方法主要有化學(xué)鍍、金屬鍍、真空鍍、等離子電鍍。

②導(dǎo)電纖維和常規(guī)纖維的混紡(織)法

將導(dǎo)電纖維和常規(guī)紡織纖維混紡成紗，然后再采用機(jī)織或針織工藝生產(chǎn)出具有優(yōu)良的電磁屏蔽功能的防電磁波織物。這種方式織造出的屏蔽織物主要用于帶電作業(yè)服、電磁輻射防護(hù)服、保密室墻布和窗簾、精密儀器屏蔽罩以及活動(dòng)式屏蔽帳，是目前市面上常見的屏蔽產(chǎn)品。

這些產(chǎn)品主要用來制作功能和環(huán)保服裝，過去主要用于軍事、國(guó)防和特殊領(lǐng)域(如電子、冶金、化工制造業(yè)等)，很少應(yīng)用于民品。自20世紀(jì)90年代開始，隨著多功能保護(hù)服的開發(fā)和應(yīng)用，以及新聞媒體有關(guān)電磁波對(duì)人體影響的報(bào)道增多，人們環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)，環(huán)保服裝開始走向民用市場(chǎng)并得到消費(fèi)者青睞。目前國(guó)內(nèi)已開發(fā)的電磁輻射防護(hù)服有：防護(hù)襯衫、防護(hù)圍裙、防護(hù)馬甲、防護(hù)大褂、孕婦裙、夾克套裝等。

近年來基于高分子的電磁屏蔽復(fù)合材料發(fā)展迅速，其特點(diǎn)是質(zhì)量輕、易于成型加工。該產(chǎn)品應(yīng)為最廣的是作為電子產(chǎn)品的外殼，如手機(jī)外殼、通訊基站外殼等。

一般來講，通用高分子材料都是電絕緣體，對(duì)電磁波幾乎是透明的，如環(huán)氧樹脂材料。為了獲得屏蔽效果，通常需要往其中添加導(dǎo)電填料。填料種類通常有金屬、金屬氧化物、無機(jī)鹽和碳材料，其中，金屬填料是早期主要的電磁屏蔽材料導(dǎo)電填料，特點(diǎn)是導(dǎo)電性優(yōu)越，但密度大，價(jià)格昂貴。金屬氧化物及無機(jī)鹽類導(dǎo)電填料屬于半導(dǎo)體填料，作為電磁屏蔽填料主要是應(yīng)用于一些特殊環(huán)境，而碳系填料價(jià)格低廉，力學(xué)性能及抗環(huán)境能力強(qiáng)，導(dǎo)電性良好，尤其是隨著高結(jié)構(gòu)性碳填料的開發(fā)，作為電磁屏蔽材料填料受到越來越多的關(guān)注。碳系填料分為炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管等，其中碳纖維用于電磁屏蔽復(fù)合材料的研究近年開展得越來越廣泛。

碳纖維(Carbon?Fiber，簡(jiǎn)寫為CF)是比鋁輕、比鋼強(qiáng)、比人發(fā)絲細(xì)、含碳量大于90％的纖維狀碳材料，其導(dǎo)電性良好，且由于纖維狀更易于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制備的復(fù)合材料導(dǎo)電性更好。比如，以EVA作為基體樹脂，填充30phr的碳纖維后，材料的屏蔽效能能達(dá)到34dB，而填充同樣分?jǐn)?shù)的炭黑，材料的屏蔽效能只有8dB。

碳纖維盡管導(dǎo)電性良好，但缺乏鐵磁性，這限制了其在高端電磁屏蔽復(fù)合材料中的應(yīng)用。而對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性包括對(duì)碳纖維活性化處理、電鍍金屬等是提高碳纖維復(fù)合材料電磁屏蔽性能的有效途徑。除此之外，碳纖維的排布形式改進(jìn)，比如對(duì)碳纖維進(jìn)行編織，促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，這也能有效提高碳纖維復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。

另外，高分子基電磁屏蔽復(fù)合材料中往往添加有一些鐵磁性金屬粉末，比較多的是鎳金屬粉末，這主要是利用鎳的導(dǎo)電性和鐵磁性，其中，鎳的導(dǎo)電性對(duì)電磁波產(chǎn)生渦流損耗，而鎳的鐵磁性對(duì)電磁波產(chǎn)生磁性損耗。

顯然，如果將上述各項(xiàng)技術(shù)的長(zhǎng)處集合起來，將能制備出高性能的電磁屏蔽樹脂基復(fù)合材料。盡管已經(jīng)有二維平面編織纖維復(fù)合材料用作屏蔽復(fù)合材料的公開報(bào)道，但至今未公開三維編織纖維屏蔽復(fù)合材料。鑒于此，本發(fā)明首先對(duì)碳纖維表面處理后進(jìn)行電鍍鎳，然后制成鍍鎳碳纖維編織體，最后采用RTM(樹脂傳遞模塑，Resin?Transfer?Molding，RTM，)工藝將纖維編織體與環(huán)氧樹脂復(fù)合制備出高性能的電磁屏蔽復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容