【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁屏蔽材料和碳纤维复合材料制造领域，具体涉及一种改性碳纤维电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着现代电磁技术和通讯技术的不断进步，电磁波的应用也越来越广泛，这给现代生活方式带来了巨大的变化，但是随之而来的是电磁波污染问题。电磁波辐射会对人体健康造成非常大的危害，研究表明电磁波污染会导致人体的免疫能力下降，对人们的健康产生不良影响。同时电磁波污染会影响精密设备的运行，从而降低精密设备的精确程度和寿命。目前针对电磁波污染问题不断加大电磁屏蔽材料的研究力度，因此研究具有高性能的电磁屏蔽材料显得十分有意义。
2、电磁屏蔽材料是指能够将作用于材料的电磁波吸收掉或者反射回去，从而减少透过材料的电磁波，避免电磁波污染的一类材料。当入射电磁波作用于材料时，电磁波的去向有三种，一部分电磁波在材料表面发生反射，形成反射电磁波，另一部分电磁波则在材料内部被吸收掉，形成吸收电磁波，最后剩余没被吸收的电磁，则会透过材料形成透射电磁波。
3、碳纤维增强酚醛树脂(cf/pf)复合材料是最常用且应用范围最广的材料，因具有化学稳定性好、轻量化、韧性好和易加工制备等优点而受到广泛的关注，在航空航天、汽车轻量化等领域具有很多的应用，如航天飞机的机身、发动机罩、阻力板等部件。碳纤维增强树脂基复合材料(cfrp)是一种以树脂作为基体，以碳纤维作为增强体的一种复合材料。目前，碳纤维增强树脂基复合材料的成型工艺主要有手糊成型、模压成型、热压罐成型、纤维缠绕成型、树脂传递模塑(rtm)成型、拉挤成型以及真空辅助树脂传递模塑(
4、手糊成型首先需要在模具表面喷涂脱模剂，以保证成型的材料能够和模具分离，之后在碳纤维织物的表面均匀涂抹树脂，并依次叠层，在这个过程中要排除气泡，保证碳纤维之间完全贴合，重复上述操作直到达到所需厚度，最后在特定温度下使树脂固化，最终就可得到碳纤维复合材料制品。这种成型方法工艺简单，成本较低，对设备需求较低。
5、碳纤维复合材料本身具有优秀的力学性能和导电性能，因此其本身就具有一定的电磁屏蔽性能，随着现代科技的发展，人们对电磁屏蔽的要求也越来越高，但是传统碳纤维复合材料的电磁屏蔽效能仅有30db左右，传统的碳纤维复合材料的性能以经无法满足人们的需求，因此为了获得更高电磁屏蔽效能的碳纤维复合材料，通常需要对其进行改性。
6、碳纤维复合材料的改性方法可以分为基体改性和预制体改性。基体改性是通过对前驱体成分进行设计，加入具有电磁屏蔽性能的填料，从而改善基体材料的电磁屏蔽性能。预制体改性是对碳纤维预制体表面进行改性，通过在表面枝接官能团，或是在表面喷涂电磁屏蔽涂层，从而改善碳纤维的电磁屏蔽性能。
7、氧化锌是一种ⅱ-ⅵ族半导体化合物，具有较大的空电位(3.7ev)，在催化剂、半导体材料，太阳能电池，电光学设备都有巨大的应用，同时也具有高介电损耗、低电阻率的性能。羰基铁粉是五羰基铁[fe(co)5]热分解制得的超微粉末,呈洋葱球层状独特结构,具有磁性和衰减、吸收电磁波的特性，因而羰基铁粉在磁流变液、磁性分离载体、雷达波隐身材料和电磁波辐射防护材料等领域得到了广泛的应用。
8、中国专利《一种高强度的电磁屏蔽纤维复合材料及其制备方法与应用》(cn114932724a)该专利所设计的通过电流体动力雾化沉积的方法分别将四氧化三铁纳米粒子和氧化石墨烯纳米粒子沉积在碳纤维布表面获得改性碳纤维布，将改性碳纤维布与树脂复合获得复合改性碳纤维布。该方法虽然同时引入了氧化石墨烯和四氧化三铁纳米粒子，但是粒子的总引入量是有限的，同时由于复杂的电泳工艺和操作难度大的缺点，不适合大规模使用。
9、中国专利《一种镀镍碳纤维基电磁屏蔽薄膜及其制备方法用》(cn116285346a)公开了一种镀镍碳纤维基电磁屏蔽薄膜及其制备方法，所述电磁屏蔽薄膜包括镀镍碳纤维织物和封装热塑性树脂，镀镍碳纤维织物镀镍碳纤维相互交错形成且镀镍碳纤维表面的镍为纳米锥型。但均匀镀镍的制备工艺复杂，不适宜大规模生产。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改性碳纤维电磁屏蔽复合材料。本专利技术的碳纤维复合材料通过添加改性的纳米zno和羰基铁粉，具有优异的电磁屏蔽性能、力学性能，满足电磁屏蔽的更严苛的性能要求。在本专利技术中，在碳纤维表面使用喷涂法引入zno，在树脂基体中引入磁性吸波剂，两种粒子使用偶联剂改性，增强链接能力，且两种粒子掺杂量互不影响，介电损耗、磁损耗协同作用，提高电磁波吸收，进而提高电磁屏蔽性能。更具体来说，为提高碳纤维复合材料的电磁屏蔽效能，本专利技术选取碳纤维增强硼酚醛树脂(cf/bpf)复合材料作为研究对象，使用纳米zno介电损耗粒子对碳纤维(增强体)进行表面改性，使用磁性粒子纳米羰基铁粉对硼酚醛树脂(基体)改性，从而获得具有较高电磁屏蔽性能的复合材料。本专利技术制备的碳纤维电磁屏蔽材料，改善了羰基铁粉在电磁屏蔽中的应用，满足了高性能产品的需求，同时推广了纳米zno的应用；本专利技术使用喷涂法改性碳纤维。通过偶联剂涂层改性的方法，使用硅烷偶联剂分别对基体或增强体改性粒子做预处理，加入适量胶粘剂，偶联剂可以作为分子间桥梁，一端连接碳纤维或树脂，另外一端连接改性粒子，再通过胶粘剂作用，使改性粒子结合到碳布表面，可以十分明显的改进碳纤维界面特性。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种碳纤维电磁屏蔽复合材料，所述复合材料以纳米zno改性碳纤维作为增强体，以羰基铁粉改性硼酚醛树脂作为基体，由增强层和基体层交替分布组成。
4、作为本专利技术的一个实施方案，所述复合材料的原料包括：碳纤维(cf)：100份；纳米zno：0.3～0.6份；硅烷偶联剂：5～10份；硼酚醛树脂：130～160份；羰基铁粉：20～40份。在一些实施例中，所述复合材料的原料：碳纤维(cf)：100份；纳米zno：0.6份；硅烷偶联剂：10份；硼酚醛树脂：150份；羰基铁粉：20份。
5、作为本专利技术的一个实施方案，所述纳米zno改性碳纤维与羰基铁粉改性硼酚醛树脂中均含有硅烷偶联剂。
6、在本申请的复合材料体系中，如果将纳米氧化锌和羰基铁粉都引入碳纤维，碳纤维负载粒子的能力有限，引入的纳米氧化锌和羰基铁粉粒子含量受限；将纳米氧化锌和羰基铁粉都引入树脂基体中，则不能实现本专利技术的目的。
7、第二方面，本专利技术还涉及一种碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
8、s1、将纳米zno分散液、偶联剂和硼酚醛树脂混合均匀后，喷涂到碳纤维表面，干燥，得zno改性碳纤维；
9、s2、将羰基铁粉分散液、偶联剂恒温搅拌反应，得改性羰基铁粉溶液；将所述改性羰基铁粉溶液和和硼酚醛树脂混合均匀，即得羰基铁粉改性硼酚醛树脂；
10、s3、将所述羰基铁粉改性硼酚醛树脂涂覆在zno改性碳纤维表面，多层涂覆后的zno改性碳纤维叠层铺设，真空热压固化，即得所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述复合材料以纳米ZnO改性碳纤维作为增强体，以羰基铁粉改性硼酚醛树脂作为基体，由增强层和基体层交替分布组成。
2.根据权利要求1所述的碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述复合材料的原料包括：碳纤维(CF)：100份；纳米ZnO：0.3～0.6份；硅烷偶联剂：5～10份；硼酚醛树脂：130～160份；羰基铁粉：20～40份。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述纳米ZnO改性碳纤维与羰基铁粉改性硼酚醛树脂中均含有硅烷偶联剂。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，纳米ZnO分散液是将纳米ZnO加入到等量的醇水溶液中，超声分散1-3h制备而得；纳米ZnO分散液和偶联剂混合后，用冰醋酸调节溶液pH值为4-5，按25-35mg/ml比例加入硼酚醛树脂。
6.根据权利要求4所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备
7.根据权利要求4所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，羰基铁粉分散液是将羰基铁粉置于100-130℃下干燥10-15h，加入到醇水溶液中，超声1-3h制备而得；所述恒温搅拌反应前使用冰醋酸调节溶液Ph值至4-5，所述恒温搅拌反应是在60-80℃下搅拌1-3h。
8.根据权利要求4所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，叠层铺设后的复合材料中，纳米ZnO改性碳纤维与羰基铁粉改性硼酚醛树脂的质量比为2:3。
9.根据权利要求4所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述真空热压固化的压力为0.1～0.12MPa，温度为140～160℃，固化时间为5～6h。
10.一种如权利要求1所述的碳纤维电磁屏蔽复合材料在制备电磁屏蔽产品中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述复合材料以纳米zno改性碳纤维作为增强体，以羰基铁粉改性硼酚醛树脂作为基体，由增强层和基体层交替分布组成。
2.根据权利要求1所述的碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述复合材料的原料包括：碳纤维(cf)：100份；纳米zno：0.3～0.6份；硅烷偶联剂：5～10份；硼酚醛树脂：130～160份；羰基铁粉：20～40份。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维电磁屏蔽复合材料，其特征在于，所述纳米zno改性碳纤维与羰基铁粉改性硼酚醛树脂中均含有硅烷偶联剂。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述碳纤维电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，纳米zno分散液是将纳米zno加入到等量的醇水溶液中，超声分散1-3h制备而得；纳米zno分散液和偶联剂混合后，用冰醋酸调节溶液ph值为4-5，按25-35mg/ml比例加入硼酚醛树脂。
6.根据权利要求4...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡艳志，陈泽超，刘立起，陆科安，赵鑫，杭孝东，王绪超，王旭，徐海明，周栋，马志魁，穆龙飞，
申请(专利权)人：上海闳约复合材料科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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