一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法及应用

1.本发明属于功能性复合材料技术领域，特别涉及一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法及应用。

背景技术：

2.现代信息化发展速度非常迅速，电磁波已成为一种在电子设备中广泛应用的资源。伴随电磁波的应用，电磁干扰对电子产品的影响越来越大，这对于设备、系统及生态来说都是及其严重的危害。在不同国家对电子和电磁仪器的电磁干扰(emi)都有严格的范围限制，其中电磁屏蔽就是通过隔离的方式来控制电磁波从一个区域向另一个区域传播感应的方法。而纯碳纤维复合材料的其电磁屏蔽性能不高且应用性能有很大限制。

技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法及应用，以解决现有碳纤维复合材料电磁屏蔽性能不高且应用受限的问题。
4.本发明的第一目的可通过下列技术方案来实现：一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，包括：选用碳纤维织物作为基材，将氧化石墨烯水溶液涂覆在基材的表面后将其固化,再通过水和肼将碳纤维织物表面中氧化石墨烯进行还原，最后将还原后的试样利用vartm工艺制成电磁屏蔽碳纤维织物复合材料。通过该方法制得的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料具有良好的电磁屏蔽性能。
5.优选的，所述氧化石墨烯水溶液至少在基材上涂覆一次。
6.优选的，所述氧化石墨烯利用改进的hummers法制成，将氧化石墨烯配成0.05-10mg/ml的氧化石墨烯水溶液，并通过超声机超声15-120分钟。
7.优选的，还包括通过压力将涂覆后的基材中多余的氧化石墨烯溶液压出的步骤，所述压力值为50-100kg。
8.优选的，所述vartm工艺固化成型的步骤具体包括：通将树脂在-0.01到-0.1mpa真空度下密封和真空处理0.5-2小时；然后真空辅助注入含有30％-50％改性酸酐的环氧树脂，并分3个阶段固化制成复合材料板材。
9.优选的，所述3个阶段分别为：在温度≤90℃条件下固化2h；在温度≤110℃条件下固化4h，在温度≤130℃条件下固化1h。
10.优选的，所述碳纤维织物为由碳纤维材料和高性能纤维混编而成，所述高性能纤维包括但不限于芳纶、玻璃纤维、全芳香族聚酯或高强聚乙烯纤维一种或多种混纺。
11.优选的，碳纤维织物得到组织结构包括但不限于编织或针织。
12.优选的，所述碳纤维织物为碳纤维编织布；其厚度区间为1-6层。控制不同的碳纤维织物的厚度，可以实现不同电磁屏蔽效应的碳纤维复合材料。
13.根据本发明的另一个方面，提供一种还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的应用，其特征在于，将上述方法制备的还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料在军用防雷达天线罩，精密仪器防电磁干扰罩体上的应用。
14.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.(1)提供了一种具有增强电磁屏蔽效应的改性碳纤维复合材料的制备新方法。
16.(2)该复合材料以vartm工艺实现，生产成本低，功能多样稳定，有良好的效益前景，有利于在军用防雷达，精密仪器放电磁干扰等特殊军用复合材料等复合材料。
17.(3)该复合材料可通过涂敷量和碳纤维基材厚度，实现对电磁屏蔽性能的可靠控制。
附图说明
18.图1为本发明实施例的基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法的工艺流程示意图。
19.图2为本发明实施例的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料(rgo)在不同厚度情况下和纯碳纤维复合材料(cf)的电磁屏蔽性能对比图。
20.图3为实施例中所述方法制备的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料在不同电流情况下电热效果数据图。
具体实施方式
21.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过各参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.实施例1
23.如图1所示，本发明提供的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法的工艺步骤包括以下步骤：
24.步骤1：将改进的hummers法制得氧化石墨烯配成6mg/ml氧化石墨烯水溶液,将氧化石墨烯水溶液超声30分钟后直接涂敷在碳纤维织物表面；
25.步骤2：将涂敷后的碳纤维基体用50kg的压力压出多余的氧化石墨烯水溶液后，放入烘箱由真空泵控制-0.09mpa真空度，以消除织物组织中的气泡，而后再在放入烘箱中50℃干燥6小时将氧化石墨烯固化；
26.步骤3：利用水合肼将涂敷后的碳纤维基体表面的氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯；
27.步骤4：将环氧树脂、改性酸酐和5-羟胺其质量比为100：85：2混制成环氧树脂组合溶液并在60℃下预热半小时，然后在将环氧树脂组合物置于60℃下真空烘箱30分钟，由真空泵控制-0.09mpa真空度，以消除树脂组合物中的气泡；
28.步骤5：利用vartm工艺制成复合材料单元，这个过程大约需要3小时。再分3个阶段固化：在温度70℃条件下固化2h；在温度105℃条件下固化4h，在温度115℃条件下固化1h，最后成制成复合材料板材。
29.经上述步骤制得的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料具有良好的电热效应，如图3所
示。将其与纯碳纤维制得的纯碳纤维复合材料进行电磁屏蔽性能进行对比结果如图2所示，实测在不同厚度的变化下，可以看出，本实验复合材料明显比纯碳纤维复合材料电磁屏蔽性能更好。
30.实施例2
31.参照图1，本实施例的具体步骤如下：
32.步骤1：将改进的hummers法制得氧化石墨烯配成1mg/ml氧化石墨烯水溶液,将氧化石墨烯水溶液超声50分钟后直接涂敷在碳纤维织物表面；
33.步骤2：将涂敷后的碳纤维基体用30kg的压力压出多余的氧化石墨烯水溶液后，放入烘箱由真空泵控制-0.09mpa真空度，以消除织物组织中的气泡，而后再在放入烘箱中60℃干燥6小时将氧化石墨烯固化；
34.步骤3：利用水合肼将涂敷后的碳纤维基体表面的氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯；
35.步骤4：将环氧树脂、改性酸酐和5-羟胺其质量比为100：85：2混制成环氧树脂组合溶液并在60℃下预热半小时，然后在将环氧树脂组合物置于60℃下真空烘箱1小时，由真空泵控制-0.09mpa真空度，以消除树脂组合物中的气泡；
36.步骤5：利用vartm工艺制成复合材料单元，这个过程大约需要3小时。再分3个阶段固化：在温度80℃条件下固化2h；在温度100℃条件下固化4h，在温度130℃条件下固化1h，最后成制成复合材料板材。
37.实施例3
38.参照图1，本实施例的具体步骤如下：
39.步骤1：将改进的hummers法制得氧化石墨烯配成7mg/ml氧化石墨烯水溶液,将氧化石墨烯水溶液超声80分钟后直接涂敷在碳纤维织物表面；
40.步骤2：将涂敷后的碳纤维基体用50kg的压力压出多余的氧化石墨烯水溶液后，放入烘箱由真空泵控制-0.09mpa真空度，以消除织物组织中的气泡，而后再在放入烘箱中60℃干燥6小时将氧化石墨烯固化；
41.步骤3：利用水合肼将涂敷后的碳纤维基体表面的氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯；
42.步骤4：将环氧树脂、改性酸酐和5-羟胺其质量比为100：85：2混制成环氧树脂组合溶液并在60℃下预热半小时，然后在将环氧树脂组合物置于60℃下真空烘箱1.5小时，由真空泵控制-0.09mpa真空度，以消除树脂组合物中的气泡；
43.步骤5：利用vartm工艺制成复合材料单元，这个过程大约需要3小时。再分3个阶段固化：在温度75℃条件下固化2h；在温度110℃条件下固化4h，在温度130℃条件下固化1h，最后成制成复合材料板材。
44.通过将本发明的方法所制得的产品能够应用于军用防雷达天线罩，精密仪器防电磁干扰罩体等特殊军事用品中，具有良好的电磁屏蔽效果，特别是在4mm的厚度下，其最高屏蔽性能可达到95db，性能优良。
45.需要说明的是，本方法还可以直接以纤维、纱线等作为基材，在其表面涂覆氧化石墨烯并还原制得涂覆有还原氧化石墨烯的纤维、纱线等，然后加工成织物。
46.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领
域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：

1.一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，包括：选用碳纤维织物作为基材，将氧化石墨烯水溶液涂覆在基材的表面后将其固化,再通过水和肼将碳纤维织物表面中氧化石墨烯进行还原，最后将还原后的试样利用vartm工艺制成电磁屏蔽碳纤维织物复合材料。通过该方法制得的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料具有良好的电磁屏蔽性能。2.根据权利要求1所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液至少在基材上涂覆一次。3.根据权利要求2所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯利用改进的hummers法制成，将氧化石墨烯配成0.05-10mg/ml的氧化石墨烯水溶液，并通过超声机超声15-120分钟。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，还包括通过压力将涂覆后的基材中多余的氧化石墨烯溶液压出的步骤，所述压力值为50-100kg。5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述vartm工艺固化成型的步骤具体包括：通将树脂在-0.01到-0.1mpa真空度下密封和真空处理0.5-2小时；然后真空辅助注入含有30％-50％改性酸酐的环氧树脂，并分3个阶段固化制成复合材料板材。6.根据权利要求5所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述3个阶段分别为：在温度≤90℃条件下固化2h；在温度≤110℃条件下固化4h，在温度≤130℃条件下固化1h。7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维织物为由碳纤维材料和高性能纤维混编而成，所述高性能纤维包括但不限于芳纶、玻璃纤维、全芳香族聚酯或高强聚乙烯纤维一种或多种混纺。8.根据权利要求7所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，碳纤维织物得到组织结构包括但不限于编织或针织。9.根据权利要求8所述的一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维织物为碳纤维编织布；其厚度区间为1-6层。控制不同的碳纤维织物的厚度，可以实现不同电磁屏蔽效应的碳纤维复合材料。10.一种还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的应用，其特征在于，将根据权利要求1-9任意一项所述方法制备的还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料应用在军用防雷达天线罩，精密仪器防电磁干扰罩体上。

技术总结

本发明公开了一种基于还原氧化石墨烯增强的电磁屏蔽碳纤维织物复合材料的制备方法及其应用，选用碳纤维交织布为基材，将氧化石墨烯涂敷在碳纤维织物的表面，再通过真空辅助成型工艺将其制备成复合材料，实现具有电磁屏蔽效应的多功能复合材料。该电磁屏蔽碳纤维织物复合材料工艺简单生产成本低，功能稳定，有良好的科学价值和效益前景，用途多样，市场应用前景广。用前景广。用前景广。