[发明专利]一种电磁防护复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高电导率和高磁导率双重属性的复合型电磁防护结构材料及其制备方法，属于功能复合材料领域。

背景技术     

电子化信息化迅猛发展，电子电气产品广泛应用，形成了复杂的电磁环境。尤其是随着雷达、通信、导航等电磁辐射体功率越来越大、频率越来越宽，设备、人员都面临着严重的电磁威胁影响。

电磁防护材料作为电磁防护技术的基石，发挥着至关重要的作用。电磁防护材料主要包括缝隙防护类材料、可视类材料、涂装类材料、结构类材料等。用于电磁防护壳体的涂层类防护材料由于普遍存在防护频带窄、易脱落、比重大、环境适应性差等缺点，制约了其发展。结构类防护材料在具有电磁防护功能的同时，还具有较好的承载能力，因此成为了研究热点。

以通过改性后具有良好导电性的纤维作为填料制备结构类防护材料，是目前电磁防护材料的一个重要研究方向，但其存在的缺陷主要包括：1) 由于导磁性能差，大大降低了材料的吸收损耗，防护带宽比较窄，屏效比较低，虽然在高频段(10MHz～1.5GHz)具有良好的防护性能，但低频段(0.1KHz～10MHz)防护性能较差。2) 力学性能比较差，力学性能稍好的碳纤维填充型复合材料的屏蔽效能较低，而力学性能较高的金属材料又质量过重。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够一体成型的电磁防护复合材料的制备方法，由本发明制备方法制备的复合材料具有导电导磁双重性能。

本发明所述的电磁防护复合材料的制备方法包括以下步骤：

1) 将碳纤维、石英纤维与芳纶纤维以正交三向编织法编织成编织体，其中碳纤维位于空间直角坐标轴的X轴方向，石英纤维在X、Y轴平面上与碳纤维成30～90°夹角交叉重叠，芳纶纤维在Z轴方向作为捆扎纱将碳纤维和芳纶纤维固定为一体；

2) 以浓硝酸浸渍处理所述编织体，采用化学气相沉积法在浓硝酸处理的编织体表面生长碳纳米管阵列；

3) 将表面生长有碳纳米管的编织体依次在丙酮溶液和由HF与H₂SO₄组成的混酸溶液中进行浸泡处理；

4) 将所述处理后的编织体先在SnCl₂的稀HCl溶液中处理，再置于PdCl₂的稀HCl溶液中进行活化处理；

5) 在化学镀镍液中，碱性条件下对活化处理的编织体进行镀镍处理，在编织体表面沉积含镍金属层；

6) 将沉积有含镍金属层的编织体在硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行浸泡处理；

7) 将环氧乙烯基酯树脂与过氧化苯甲乙酰按照100∶1.5～14.5的质量比混合，再加入占树脂总重3～12%的填料羧基化碳纳米管，充分搅拌分散均匀得到树脂，按照树脂与编织物体体积比为1∶0.7～1.5，将所述树脂均匀涂刷在所述偶联处理的编织体表面；

8) 将涂刷有树脂的编织体置于模具内，于100～160℃、10～25MPa下热压固化1.5～3小时，取出，于120～150℃温度下后固化处理24～48小时，得到本发明所述的电磁防护复合材料。

本发明上述制备方法中，所述步骤1)制成的编织体中，碳纤维的质量百分含量为40～60%，石英纤维的质量百分含量为35～55%，其余为芳纶纤维。

优选地，所述步骤2)中，制成的编织体在浓硝酸中浸渍处理的时间为5～8小时。

进一步地，本发明所述步骤2)中在编织体表面生长碳纳米管阵列的方法是将浓硝酸处理后的编织体在镍钴催化剂水溶液中浸渍以充分吸收催化剂后，在700～800℃下的乙炔气氛中进行沉积反应，生成气相生长的碳纳米管。

具体地，所述的镍钴催化剂水溶液的浓度为0.3～2.5mol/L，其中Ni²⁺/Co²⁺摩尔比为1∶1～3。

更具体地，所述的镍钴催化剂是由Ni(NO₃)₂或NiSO₄与Co(NO₃)₂或CoSO₄混合制成。

进而，所述编织体在催化剂水溶液中的浸渍时间为4～8小时。

所述化学气相沉积的具体方法是将充分吸收镍钴催化剂的编织体烘干后，放入管式炉中，预先通氩气5～15分钟，以5～30℃/min的速度升温至700～800℃，通入乙炔反应15～25分钟后，持续通氩气下使管内温度降至室温。