一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体及其制备方法技术

一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体及其制备方法，所述结构体采用多层波浪型碳毡按照一定的角度组合，所述多层波浪型碳毡采用胶黏剂粘结，所述波浪型碳毡采用树脂为基体，碳纤维毡为功能体。本发明专利技术的电磁屏蔽结构体内部具有较大的内表面积，电磁波透射过表层碳毡之后，内层碳毡曲面可以对其进行多次反射，结合碳毡内部碳纤维对电磁波的多重散射作用，从而显著增强碳毡结构体对电磁波的损耗和吸收，提高电磁屏蔽效能，表层波浪型碳毡还显著降低对入射电磁波的反射作用，减少电磁波对周边设备和人员的影响，在某些应用领域可以起到隐身作用。

【技术实现步骤摘要】
一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体及其制备方法
本专利技术涉及电磁屏蔽领域，具体涉及一种波浪型短切碳纤维毡电磁屏蔽结构体的设计和制备方法。
技术介绍
电磁辐射污染是继大气污染、水污染以及噪音污染之后的第四大环境污染。随着现代电子工业的快速发展，各种电子设备广泛应用于航空航天、军事、医疗、交通等多个领域，其内部的电子器件运行时会向外辐射一定频率和能量的电磁波。由此产生的电磁辐射不仅威胁到电子设备的运行和信息安全，而且会对辐射区域内人员的身心健康造成危害，同时外部电磁辐射也会干扰电子器件本身的正常运行。因此需要对电磁辐射进行屏蔽，电磁屏蔽材料的使用必不可少。常用的电磁屏蔽材料为金属材料，但是金属材料重量大、耐腐蚀性差等缺点使得对新型电磁屏蔽材料的需求日益迫切。碳纤维具有低密度、高强度、高模量、高导电、高导热等诸多优点，不但具有较高的电磁屏蔽效能，而且具有轻量化、耐腐蚀、多功能等优势，因此在电磁屏蔽领域中有巨大的应用前景。碳毡通常是由短切碳纤维粘结而成的布状物，厚度通常在100～600微米，其内部纤维相互搭接形成导电网络，对电磁波形成了较强的反射和吸收作用，电磁屏蔽性能高，此外碳毡还具有良好的柔性，便于进行曲面产品的设计，生产成本较低，便于大规模应用等优点。经查询，国内目前和碳毡相关的电磁屏蔽专利有两个：(1)申请公布号CN108215385A(审中实审)，多层的碳毡与绝缘粘合层交替堆叠后进行热压成型得到一种电磁屏蔽薄膜；(2)专利号CN103112222A，把掺有聚苯胺的树脂基体胶结剂均匀涂覆在碳毡表面得到复合物，然后对其进行预固化，重复涂覆和预固化操作得到多层复合物，最后对堆叠的多层复合物进行热压成型得到聚苯胺和碳毡复合屏蔽材料。目前用于电磁屏蔽的碳纤维毡及其相关制品是二维结构，碳毡电磁屏蔽机制主要包括：(1)在碳毡/空气界面处的阻抗不匹配所带来的反射；(2)碳毡内部对电磁波的多重散射所导致的吸收。从碳毡相关研究来看，其反射系数大于吸收系数，说明大部分电磁辐射被反射，只有少量被碳毡吸收。而且，碳毡内部纤维间距较小，对电磁波的散射效果有限，从而限制了其吸收性能的进一步提高。专利技术人研究发现从碳毡的结构设计角度出发，通过调控碳毡的宏观形状来增强其对电磁波的吸收效果，进而提高电磁屏蔽效能。碳毡吸收效能的提升可以大幅降低电磁波二次反射对电子设备和人体健康的危害作用，同时能有效吸收电子设备泄露出的电磁波，降低电磁干扰，因此对信息安全也有重要的意义。本专利从电磁屏蔽作用机制出发，并参考结构吸波材料的设计理念，提出波浪型碳毡电磁屏蔽结构体的设计思路和制备方法。二维碳毡首先通过波浪型模具定型得到波浪型碳毡，然后对多层的波浪型碳毡进行不同角度的堆叠粘结，最终得到一种多层波浪型碳毡电磁屏蔽结构体。这种电磁屏蔽结构体内部具有较大的内表面积，电磁波透射过表层碳毡之后，内层碳毡曲面可以对其进行多次反射，结合碳毡内部碳纤维对电磁波的多重散射作用，从而显著增强碳毡结构体对电磁波的损耗和吸收，提高电磁屏蔽效能，同时表层波浪型碳毡还可以显著降低对入射电磁波的反射作用，一方面减少电磁波对周边设备和人员的影响，另一方面在某些应用领域可以起到一定的隐身作用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体的设计和制备方法，这种结构体保持轻质的同时具有优异的电磁屏蔽性能。具体方案如下：一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体，所述结构体采用多层波浪型碳毡按照一定的角度组合，所述多层波浪型碳毡采用胶黏剂粘结，所述波浪型碳毡采用树脂为基体，碳纤维毡为功能体，采用相关工艺进行定型。所述多层碳毡可以设计为如附图2所示的多种组合角度，不同角度的堆叠在多层波浪型碳毡内部形成多个空腔，电磁波进入空腔后通过多次内部反射被吸收。3层[0]3型波浪型碳毡结构体示意图如附图10所示，图中用箭头的粗细以及颜色深浅表示电磁波的强弱，由此可见，入射电磁波1在多层波浪型碳毡结构体中经过多次反射吸收后最终透射出射电磁波5的强度显著降低。所述粘结多层波浪型碳毡的胶黏剂需根据所使用的基体树脂来确定。一般而言，对于热固性树脂可采用同种类的树脂实施粘结操作；对于热塑性树脂可采用一些特定的粘结剂，如聚丁二烯、有机硅、丙烯酸酯、聚氨酯、改性酚醛树脂、环氧聚氨酯。所述波浪型碳毡的曲率半径不限，可根据需要屏蔽的电磁波频段进行相应的调整。波浪型碳毡的曲率半径与电磁波波长接近时，对电磁波的屏蔽作用更强。一般而言，电磁波频率较高，波长较短，采用的波浪型碳毡曲率半径较小；电磁波频率较低，波长较长，采用的碳毡曲率半径较大。所述基体树脂可以是热固性树脂、热塑性树脂以及本征导电高分子。所述热固性树脂包括但不限于不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂、有机硅树脂；所述热塑性树脂包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜；所述本征导电高分子包括但不限于聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔。通过在所述热固性树脂中加入固化剂，并控制温度、压力实现材料固化定型，这是本领域已经熟知的技术。具体的工艺参数以及加入固化剂种类和用量与选用的树脂有关。例如对于环氧树脂，可以选用咪唑、二乙烯三胺、三乙烯四胺、邻苯二甲酸酐、氟化硼络合物等作为固化剂。所述碳毡可选用湿法成型的短切碳纤维毡，也可选用针刺方法、预氧丝毡碳化或聚丙烯腈纤维毡预氧化/碳化制备的碳纤维毡。同时也可以采用金属电镀的短切碳纤维制备的碳毡。对于短切碳纤维毡，其纤维长度、面密度等规格指标可以根据实际需求进行选择。本专利技术还要求保护上述的波浪型碳毡电磁屏蔽结构体的制备方法，所述相关成型工艺可采用模压成型、拉挤成型或者辊压成型。模压成型工艺的主要流程为预处理、进模固化、脱模。首先裁剪材料保证其规格与模具相适应，在模具内表面均匀涂抹合适的脱模剂，然后把裁剪好的材料均匀浸润于基体树脂混合液中，或者用热塑树脂膜将材料铺叠为三明治结构，将预处理好的材料放进模具中，在一定的温度下模压固化一段时间以保证材料的完全定型，具体固化温度以及固化时间由具体材料所定。固化完成之后脱膜得到制品。拉挤成型工艺的主要流程为预处理、预成型、加温固化、牵引以及切割。首先对需要固化的材料进行预处理，在树脂混合液将材料浸润均匀或者将热塑树脂与材料进行包覆。将预处理后的材料先后放入预成型模和成型固化模中间，在成型固化模中加热使其保持一定的固化温度并利用牵引设备进行固化成型，牵引速度、固化温度以及牵引力等工艺参数由具体材料决定。成型之后对材料进行切割处理，得到完全定型的制品。辊压成型工艺的主要流程为预处理、预固化、辊压定型、切割。首先对需要定型的材料进行预处理，在树脂混合液将材料浸润均匀或者将热塑树脂与材料进行包覆通过预加热炉进行预固化。将预固化完成的材料放置在辊压模具中间，通过多重辊压进行定型，辊压速率、预固化温度等工艺参数由具体材料决定。成型之后对材料进行切割处理，得到完全定型的制品。所述模压成型和拉挤工艺的模具为波浪型板状结构，如附图3所示；所述辊压成型工艺的模具为波浪状齿轮结构，如附图4所示。所述脱模剂可以使用硅氧烷化合物、硅油、硅树脂甲基支链硅油、甲基硅油、乳化甲基硅油、含氢甲基硅油、硅脂、硅树脂、硅橡胶、合成石蜡、微晶石蜡、聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体，其特征在于，所述结构体采用多层波浪型碳毡按照一定的角度组合，所述多层波浪型碳毡采用胶黏剂粘结，所述波浪型碳毡以树脂为基体，碳纤维毡为功能体。

【技术特征摘要】
1.一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体，其特征在于，所述结构体采用多层波浪型碳毡按照一定的角度组合，所述多层波浪型碳毡采用胶黏剂粘结，所述波浪型碳毡以树脂为基体，碳纤维毡为功能体。2.根据权利要求1所述的波浪型碳毡电磁屏蔽结构体，其特征在于，所述基体树脂是热固性树脂、热塑性树脂以及本征导电高分子中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的波浪型碳毡电磁屏蔽结构体，其特征在于，所述热固性树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂、有机硅树脂中的一种或多种；所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜中的一种或多种；所述本征导电高分子为聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的波浪型碳毡电磁屏蔽结构体，其特征在于，所述粘结多层波浪型碳毡的胶黏剂根据所使用的基体树脂来确定。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾轶卓，梁吉勇，李敏，汪诗义，王绍凯，李艳霞，张佐光，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11