一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，包括：步骤1、对石墨烯薄膜表面进行活化处理：将石墨烯薄膜在活化剂中浸泡0.5

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维复合材料
，具体涉及一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天技术以及信息化程度的高度发展，对飞行器、设备外壳的轻量化与电磁屏蔽性能需求显著。碳纤维复合材料凭借其优异的比模量与比强度，已经广泛应用于设备外壳、承重结构等领域。但由于复合材料中树脂的绝缘特性，致使普通的碳纤维复合材料电磁屏蔽与电磁兼容特性很差。目前，对于复合材料的电磁屏蔽赋能主要有以下几种方式：1、针对树脂基体通过添加导电、导磁粉体填料（如纳米金属颗粒、导电纳米碳材料等），提高树脂的电导率与磁导率，从而提升复合材料的电磁屏蔽性能。如现有技术（CN 104419107 B）公开一种基于石墨烯填充聚合物提升碳纤维复合材料电磁屏蔽性能的制备方法，通过石墨烯粉体填充树脂以提升聚合物导电性；但是，此类方法的共性问题在于粉体在聚合物基体中的分散性很差，少量填充无法在树脂基体内形成连续的导电网络；而过量填充往往易形成团聚，极易导致复材力学强度和模量的急剧衰减，影响使用性能；2、在复合材料铺层
‑
成型过程中，向碳纤维预浸料层间插入电磁屏蔽功能层（如铜网、镍网、镀镍碳纤维布、导电石墨薄膜等）。如现有技术（CN108410136A）通过将碳纤维预浸料与屏蔽材料功能层一体化成型，从而赋予复合材料电磁屏蔽性能。由于功能层与碳纤维预浸料的层间结合力较弱，通常还需使用Z
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pin，冲压打孔、垂直导管等技术对碳纤维与功能层进行垂直方向的固定，而造成的孔洞易导致性能衰减。
[0003]3、将电磁屏蔽功能层与碳纤维共预浸，制成预浸料等中间体材料，直接用于后续的铺贴成型，避免铺贴时复杂的粘接工艺，大大提升了碳纤维复合材料成型的可操作性。但是分析已公开的数据发现，电磁屏蔽预浸料的层间剪切强度与纯碳纤维预浸料相比有较大程度的衰减，如现有技术（CN 213172148 U、CN 112280077 A、CN 112375335 A），其原因在于引入的电磁屏蔽功能层与碳纤维和树脂基体的界面结合力较弱。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请实施例提供一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，该方法制得的预浸料兼具优异的力学结构强度、模量和电磁屏蔽性能。同时，通过对石墨烯电磁屏蔽功能层的表面活化处理，增强石墨烯与树脂基体的界面结合强度，达到防止预浸料因电磁屏蔽功能层的引入导致层间剪切强度严重衰减的目的。
[0005]本申请实施例提供以下技术方案：一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、对石墨烯薄膜表面进行活化处理：将石墨烯薄膜在活化剂中浸泡0.5
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2 h，冲洗干净后，经60
‑
80℃烘干；
步骤2、采用胶膜延压法制备：将树脂基体加热熔融后均匀涂覆在离型纸上，形成树脂胶膜，控制树脂胶膜厚度为0.1 mm
‑
0.8 mm；步骤3、依次将单向碳纤维展纱或编织布以及步骤1中表面处理后的石墨烯薄膜，通过加热辊压至步骤2的树脂胶膜中，制成碳纤维
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石墨烯薄膜
‑
碳纤维的多层复合三明治结构，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料；所述活化剂为包括双氧水、Triton、十二烷基苯磺酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氢氧化钠试剂中的一种或多种混合；其中，所述活化剂的浓度范围不高于15mol/L
‑1。
[0006]进一步地，步骤1中，所述活化剂为氢氧化钠和硫酸钠的混合剂，或氢氧化钠和硝酸钠的混合剂。
[0007]进一步地，所述活化剂的浓度范围为0.01
‑
10 mol/L
‑1。
[0008]进一步地，按重量份数计，原料包括：树脂基体15
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60份、碳纤维展纱或编织布40
‑
60份、石墨烯薄膜1
‑
5份。
[0009]进一步地，步骤2中，所述树脂基体为包括酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述树脂基体的黏度调节至5000
‑
80000 mPa
·
s。
[0011]进一步地，所述碳纤维展纱或编织布中，碳纤维为粘胶基碳纤维、聚丙烯腈基高强、高模量碳纤维、沥青基高性能碳纤维中任意一种；所述碳纤维展纱或编织布的纤维丝束规格为3
‑
12 k。
[0012]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本专利技术实施例提出一种将具有电磁屏蔽特性的柔性石墨烯薄膜与单向碳纤维展纱或编织布共预浸，制备一种具有电磁屏蔽功能的碳纤维/石墨烯复合预浸料。通过将石墨烯电磁屏蔽功能层的表面活化处理，提升石墨烯与碳纤维和树脂之间的界面结合强度，可避免因材料层间结合力减弱或功能层损伤导致的电磁屏蔽性能衰减。然后通过胶膜压延法将单向碳纤维展纱或碳纤维织布与石墨烯电磁屏蔽功能层复合，制备具有优异力学强度和电磁屏蔽效能的碳纤维/石墨烯复合预浸料，可直接作为中间体材料用于复合材料的轻量化与电磁屏蔽应用。碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料在3
‑
18 GHz电磁波频段的屏蔽效能可达到60 dB以上。利用石墨烯薄膜表面活化处理技术可将复合预浸料的层间剪切强度提高超过20%。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0014]图1是本专利技术实施例的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料结构示意图；图2是本专利技术实施例的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的电磁屏蔽性能与层间剪切强度示意图；其中，1
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碳纤维展纱或编织布层，2
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表面活化层，3
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石墨烯薄膜。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0016]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]本专利技术实施例提供了一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，具体包括步骤如下：（1）对石墨烯薄膜表面进行活化处理；将石墨烯薄膜表面清洗后，浸润在活化试剂溶液中，浸泡0.5
‑
2 h；然后将石墨烯薄膜用溶剂冲洗干净，去除表面残余的活化剂；最后，经60
‑
80℃鼓风烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、对石墨烯薄膜表面进行活化处理：将石墨烯薄膜在活化剂中浸泡0.5
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2 h，冲洗干净后，经60
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80℃烘干；步骤2、采用胶膜延压法制备：将树脂基体加热熔融后均匀涂覆在离型纸上，形成树脂胶膜，控制树脂胶膜厚度为0.1 mm
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0.8 mm；步骤3、依次将单向碳纤维展纱或编织布以及步骤1中表面处理后的石墨烯薄膜，通过加热辊压至步骤2的树脂胶膜中，制成碳纤维
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石墨烯薄膜
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碳纤维的多层复合三明治结构，得到碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料；所述活化剂为包括双氧水、Triton、十二烷基苯磺酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氢氧化钠试剂中的一种或多种混合；其中，所述活化剂的浓度范围不高于15mol/L
‑1。2.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏蔽预浸料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述活化剂为氢氧化钠和硫酸钠的混合剂，或氢氧化钠和硝酸钠的混合剂。3.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合电磁屏...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑玲，万君，史媛媛，
申请(专利权)人：上海伽材新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：