[发明专利]电磁屏蔽用纳米碳纤维膜和树脂复合板材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电磁屏蔽用纳米碳纤维膜和树脂复合板材及其制备方法，本发明采用静电纺丝法及预氧化、碳化和石墨化工艺制备出电磁屏蔽用纳米碳纤维膜；先将所得到的电磁屏蔽用纳米碳纤维膜在空气中加热进行表面氧化处理，再喷涂上环氧树脂胶水，待其完全浸润纳米碳纤维膜后，制备出树脂复合板材。本发明制备方法简易，利于实现，所制得的电磁屏蔽用纳米碳纤维膜和树脂复合板材的厚度薄、质量轻，并且具有优越的耐腐蚀性能和良好的电磁屏蔽性能；与微米级碳纤维复合材料相比，由于纳米碳纤维直径更小，纤维之间的孔隙更小，界面更多，树脂复合板材具有更好的电磁屏蔽性能，在达到同样屏蔽效能的条件下可以使屏蔽产品做得更薄更轻。

技术领域

本发明涉及新材料技术及复合材料技技术领域，特别涉及一种电磁屏蔽用纳米碳纤维膜及其制备方法和树脂复合板材及其制备方法。

背景技术

现代电子通讯设备的发展为人们的社会生产和生活带来了很多便利的同时，也造成了严重的电磁辐射与电磁干扰，不仅影响设备的正常运行，还直接威胁人类的健康。因此，如何避免或减弱电磁辐射与电磁干扰的危害，已经成为社会普遍关注的热点问题。

世界各国都制定了相关的标准与法规来控制电磁辐射与电磁干扰。控制电磁辐射和电磁干扰的最有效途径是电磁屏蔽，电磁屏蔽材料是实现电磁屏蔽的关键一环。目前，电磁屏蔽材料主要包括高磁导率材料和高电导率材料两大类，金属板材及金属网具有良好的电磁屏蔽性能，但也存在密度大、易腐蚀等缺点，质量较轻的电镀金属层也存在不耐腐蚀，使用过程易脱落的问题。碳材料具有导电性高、耐腐蚀、密度小、来源广泛等优点，因而成为新兴的备受关注的电磁屏蔽材料。

随着5G时代对高频通讯的需求，小型化的手机、电脑等电子产品更容易受电磁波的干扰，因此对电磁屏蔽材料也提出了更高的要求。市场上已有的电磁屏蔽碳材料主要有石墨粉、炭黑、石墨烯、碳膜、碳纤维布等，主要的应用形式是与树脂复合加工成复合材料。如文献(Journal of Applied Polymer Science,2018:46833)中采用CVD纳米碳纤维粉末和环氧树脂复合制备了复合材料，其电磁屏蔽效能为16.5dB。一般情况下，利用粉末状碳材料制备复合材料时存在导电网络不连续的问题，而且粉末碳材料与粘度较大的树脂复合时容易团聚，难以解决分散问题。而碳纤维由于具有连续的导电网络，不存在团聚问题，电磁屏蔽性能优异，是一种广受欢迎的电磁屏蔽材料。电纺连续纳米碳纤维是一种新型的碳纤维材料，除了具有传统碳纤维的优点如不团聚及具有连续导电网络，还具有其它优点，例如，其直径比传统碳纤维小10倍以上，纳米碳纤维形成的膜孔隙也更小，对电磁波的吸收损耗更明显，且密度更低，因而在相同电磁屏蔽效能的前提下，可使屏蔽材料质量更轻，厚度更薄，在手机、电脑等小型化设备中应用更有优势。但是，由于长期以来电纺纳米碳纤维膜制备技术不成熟，难以制备出具有较高强度的纳米碳纤维膜，因而目前还没有制备纳米碳纤维膜/树脂复合板材的公开报道，纳米碳纤维膜/树脂复合板材的相关技术还是一个空白，也没有在电磁屏蔽方面实现应用。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种电磁屏蔽用纳米碳纤维膜和树脂复合板材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种电磁屏蔽用纳米碳纤维膜制备方法，其包括以下步骤：

(1)制备PAN纳米纤维膜：取一定量的聚丙烯腈(PAN)粉末，加入一定体积的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)液体，充分搅拌溶解，配置PAN溶液，PAN 溶液浓度为5-15％，优选为12％，设置电压为12-15kV，优选为15kV，纺丝距离为10-18cm，优选为15cm，在此条件下可获得稳定的射流，电压过大，距离过小时无法得到连续纤维，电压过小，距离过大时，容易出现液滴甚至无法成丝，通过进行静电纺丝制得PAN纳米纤维膜；