一种拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材及其制作方法与流程

本发明涉及电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材及其制作方法。

背景技术：

碳纤维复合材料作为一种高性能先进材料，具有质轻、高强、耐腐蚀等优异特性，目前已在机载设备和高端军民装备上得到了大量的应用。随着电磁屏蔽领域对于各类防护装备减重的要求越来越严苛，新材料在各类屏蔽产品的应用也逐渐增加，但目前研究较多的是轻量化的金属合金材料。而以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料，受电性能的影响，限制了其在该领域的发展。如何能将具有优异力学性能和更低密度的新材料应用于减重和电磁防护领域，已经成为关注的重点。

目前基于碳纤维复合材料电磁屏蔽能力强化的处理方式主要有三类：一为复合材料树脂基体内部填充导电颗粒、纤维等方式增加复合材料导电性能；二为复合材料表面利用化学镀、电镀、气相沉积等方式增加表面导电性能；三为利用导电纤维、导电金属网、金属薄膜等作为复合材料铺层增强其内部层间导电性能。

拉挤成型作为复合材料产品常用的成型工艺具有生产效率高，产品连续性好的优点。而目前用于电磁屏蔽领域的复合材料制品往往采用成型后二次加固的方式，该方式降低了产品可靠性和成本优势。而电磁屏蔽新材料目前的一个市场竞争劣势就在其制造效率低，成本高昂，如何提高复合材料电磁防护产品的生产制造效率，拉低其与传统复合材料或金属材料的成本、效率差距是目前该领域研究的一个重点。而目前基于拉挤成型工艺的电磁屏蔽复合材料产品鲜有报道。

cn207219296u“一种电磁屏蔽复合材料”报道了一种设置有泡沫铜板、镀镍碳纤维布层和泡沫铝层的屏蔽复合材料结构。cn104470344a“电磁屏蔽复合材料及其制备方法”报道了一种包括导电导磁增强的基体层；采用导电纤维的网状有效层；以及导电材料构成的覆盖层复合而成的纤维增强电磁屏蔽复合材料，具有质量轻、屏蔽效能优良、力学强度良好且具备耐热性。

cn108859304a“一种拉挤成型复合板”报道了一种三层结构的拉挤成型复合材料板材，由表面混杂纤维织物高强度耐冲击层、中间混杂纤维织物耐韧性耐劈裂层、芯部的拉挤刚性层。用于建筑墙体加固、热塑性型材二次加工以及交通防护领域等。

综上所述，目前已有的对复合材料进行电磁屏蔽增强的各种探索，且复合材料拉挤成型工艺制造也有较多研究，但将在拉挤成型下进行电磁防护复合材料产品制造的研究尚无报道。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材及其制作方法，采用复合材料制造工艺之一的拉挤成型，将该工艺的高效稳定、一致性好的优点与复合材料电磁防护设计结合，利用正向设计的方法，根据防护材料在对应的防护频率和防护效果的要求设计材料内部导电增强材料的排布、间距，以及材料电磁性能等参数。同时在产品实现过程中优化了拉挤树脂体系，结合增强纤维空间结构的设计，提供了一种生产效率高、质量稳定的拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材的制备方法。本发明采用的技术方案如下：

一种拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材，包括碳纤维表面毡、碳纤维织物与连续纤维增强材料，其中碳纤维表面毡为型材表面，提供产品外观，表面毡之下为碳纤维织物，所述碳纤维织物可为碳纤维平纹布、斜纹布、多轴向布的其中一种，提供产品纵向强度，碳纤维织物之下为连续纤维增强材料，包括经过导电导磁处理的增强碳纤维与普通碳纤维，提供产品的抗拉强度、抗弯强度以及电磁防护功能，普通碳纤维可为玻璃纤维、芳纶纤维、pbo纤维的其中一种。

一种拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材的制备方法，包括以下步骤：

s1、模具制备，根据产品尺寸设计制备对应形状的固化模具和预成型模具；

s2、树脂基体配置，根据拉挤成型工艺对基体树脂低粘度、高活性的要求和电磁屏蔽材料对基体导电性能的配置；

s3、增强纤维排布，由外至内依次排布碳纤维表面毡、碳纤维织物与连续纤维增强材料；

s4、增强材料浸渍，在拉挤机牵引力作用下，增强纤维依次通过树脂浸渍槽，将s2中树脂基体与增强纤维结合；

s5、固化成型，在拉挤机牵引力作用下，增强纤维浸渍后通过固化模具进行固化成型。

进一步地，s1的具体步骤为：

根据型材外形尺寸进行预成型模具和固化成型模具设计制造，在成型过程中增强纤维通过预成型模具实现浸渍树脂的二次浸渍和外形的预成型；再通过固化成型模具实现产品固化。

进一步地，s2的具体步骤为：

树脂基体为环氧树脂、不饱和树脂的复合体系，每一百份树脂基体包括30％～60％的环氧树脂体系和10％～30％的不饱和树脂体系，2％～5％的增韧剂，3％～5％内脱模剂，3％～5％的活性稀释剂，3％～5％的短切导电纤维。

进一步地，s3的具体步骤为：选取面密度为50～100g的碳纤维表面毡、面密度为200～300g的平纹碳纤维布、12k镀镍碳纤维与48k连续碳纤维按照叠放顺序依次穿过树脂浸渍槽、预成型模具与固化模具。

进一步地，s4的具体步骤为：

利用增强纤维中浸渍后的树脂提高整个复合材料内部的树脂，通过预成型模具对增强纤维预成型和树脂二次浸渍，最终与碳纤维表面毡、碳纤维织物在固化模具中完成树脂固化，实现复合材料成型。

进一步地，s5的具体步骤为：

在拉挤机牵引力作用下，增强纤维浸渍后通过固化模具进行固化成型，固化温度为分为三段，其中一段为85℃，二段为130～135℃，三段为140～150℃。牵引速度为0.01～0.06m/min。

进一步地，s2步骤中，环氧树脂体系包含树脂与对应固化剂，不饱和树脂体系也包含树脂与对应固化剂。

进一步地，s3步骤中，增强纤维碳与普通碳纤维的排布间隔为水平方向上1～2束纱径间距，垂直方向上0～1束纱径距离。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1、本发明将碳纤维复合材料电磁强化处理技术与复合材料拉挤成型制造工艺相结合，依据产品所针对的防护电磁波频率和防护强度要求进行对应设计实现了一种可连续生产、质量稳定、高效价优的电磁屏蔽碳纤维复合材料及其制造方法，为电磁防护领域产品的设计制造开辟了一条新的途径。

2、本发明中在产品内部电磁增强结构设计上利用拉挤成型工艺增强纤维纵向取向的优势，相比于目前电磁屏蔽复合材料类产品，具有周期短，成本低且产品质量稳定性好的优势。

3、本发明结合拉挤成型工艺在增强纤维排布过程中的导电纤维与普通纤维空间排布设计的方式，该方式利用纤维在拉挤时实现的取向优势实现了可在空间上的导电纤维排布自由设计，具有更好的结构强度和电磁屏蔽效能。

综上，本发明设计巧妙，构思新颖，可灵活应用于屏蔽舱、屏蔽机箱蒙皮、壁板等部位并起到减重、电磁屏蔽的功效，适合广泛推广使用。

附图说明

图1为本发明产品结构示意图；

图2为本发明制作方法原理示意图；

图中：1为碳纤维表面毡、2为碳纤维织物、3为增强碳纤维、4为普通碳纤维、5为树脂浸渍槽、6为预成型模具、7为固化成型模具。

具体实施方式

下面对本发明实施例中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做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。

参见图1至图2，本发明提供了一种拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料型材及其制作方法，以下为本发明的两个实施例，其中：

实施例ⅰ

本实施例中的具体步骤如下：

步骤一：模具制备及预成型结构设计制造

所述的复合材料型材的制造是需依托对应的成型模具来实现，首先我们根据型材外形尺寸进行预成型模具6和固化成型模具7设计制造，在成型过程中增强纤维通过预成型模具6实现浸渍树脂的二次浸渍和外形的预成型；再通过固化成型模具7实现产品固化。

步骤二：树脂配制

依次称量30份环氧树脂e51、20份甲基四氢苯酐、30份不饱和树脂、2份过氧化苯甲酰，5份活性稀释剂，3份增韧剂，3份内脱模剂，5份1mm长度短切镀镍碳纤维，添加到搅拌桶内搅拌均匀待用；

步骤三：增强纤维排布

将面密度100g碳纤维表面毡11、面密度300g平纹碳纤维布、12k镀镍碳纤维、48k连续碳纤维等增强纤维叠放顺序依次穿过树脂浸渍槽5、预成型模具6、固化成模具7；其中增强纤维、排布间隔为水平方向两束纱径间距，垂直方向1束纱径距离，其中一束砂径的距离为1.5nm；

步骤四：增强材料浸渍

在拉挤机牵引力作用下，增强纤维依次通过树脂浸渍槽5，将步骤二中树脂基体与增强纤维结合；

步骤五：固化成型

在拉挤机牵引力作用下，增强纤维浸渍后通过固化成型模具7进行固化成型，固化温度为一段85℃，二段135℃，三段150℃。牵引速度0.01m/min。

固化后切割即得到本发明拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料板材。

实施例ⅱ

本实施例中的具体步骤如下：

步骤一：模具制及预成型结构设计制造

所述的复合材料型材的制造是需依托对应的成型模具来实现，首先我们根据型材外形尺寸进行预成型模具6和固化成型模具7设计制造，在成型过程中增强纤维通过预成型模具6实现浸渍树脂的二次浸渍和外形的预成型；再通过固化成型模具7实现产品固化。

步骤二：树脂配制

依次称量40份环氧树脂tde-85、5份二甲基咪唑、30份不饱和树脂、2份过氧化苯甲酰，3份活性稀释剂，3份增韧剂，5份内脱模剂，3份1mm长度短切镀镍碳纤维，2份1.5mm长度短切镀镍碳纤维，添加到搅拌桶内搅拌均匀待用；

步骤三：增强纤维排布

安装图1，图2，将面密度50g碳纤维表面毡11、面密度200g斜纹碳纤维布12、12k镀镍碳纤维13、48k连续碳纤维14等增强纤维叠放顺序依次穿过树脂浸渍槽5、预成型模具6与固化成型模具7；其中增强纤维13、14排布间隔为水平方向一束纱径间距，垂直方向0束纱径距离；

步骤四：增强材料浸渍

在拉挤机牵引力作用下，增强纤维依次通过树脂浸渍槽5，将步骤二中树脂基体与增强纤维结合；

步骤五：固化成型

在拉挤机牵引力作用下，增强纤维浸渍后通过固化成型模具7进行固化成型，固化温度为一段85℃，二段130℃，三段140℃。牵引速度0.06m/min。

固化后切割即得到本发明拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料板材。

通过规定的测试方法，测量实施例1、2所得的拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料的屏蔽效能，如表1所示：

表1屏蔽效能

从表1可以看出，实施例1、2所制作的复合材料板材具有优良的电磁屏蔽性能在100khz～18ghz内达到40db以上的屏蔽效果。并且控制增加纤维空间排布可以调整其在不同频率下的屏蔽效能。

本申请中增强纤维的定义为复合材料中除了树脂之外的各类纤维：如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，其状态可为连续、可为短切、也可以为织物。复合材料为增强纤维涂刷、浸渍树脂后加热固化成型制得。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。