一种增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料。

背景技术：

1、通信技术的蓬勃发展带动了各类电子电器设备的发展应用，也使得电磁环境的日益复杂。过量的电磁辐射会严重影响人体健康以及干扰敏感电子仪器及系统的正常工作，而通过使用电磁屏蔽材料对电磁波进行反射和/或吸收，是解决电磁波危害的最直接方法。当前，利用导电纤维制备的增强型聚合物基电磁屏蔽复合材料由于具有高机械强度、低重量、易调控等诸多优势，在电子电器、航空航天等领域拥有广泛的应用。然而，目前可以用的导电纤维种类少、成本高，严重限制了其发展；同时，由于纤维增强复合材料所涉及的聚合物大多属于易燃材料，而上述应用领域对防护性屏蔽材料的阻燃性能具有极高的要求。因此，设计出一种导电纤维可调控、具有阻燃性能的高强电磁屏蔽复合材料具有重要的理论和现实意义。

2、研究证明，利用分层导电网络结构构筑的电磁屏蔽复合材料，能够极大解决基体共混方式中导电填料利用效率低下的问题。其中，利用涂层后整理法，在纤维表面构筑完善的导电网络，是制备可调控的高效导电纤维的一种有效方式。石墨烯、碳纳米管、碳化钛、金属纳米颗粒由于具有高电导率、高长径比/比表面积等独特的纳米填料优势，因而被广泛应用做电磁屏蔽涂层填料。然而，对于苎麻纤维、棉纤维等，其织造过程中表面浆料的存在，往往会影响其与导电纳米填料间的结合力；另外，对于玄武岩纤维、玻璃纤维等常用的复合材料增强纤维，其表面亲和性较差，与导电纳米填料之间的结合力较差，影响其表面导电涂层的构筑。此外，导电纳米填料涂层与聚合物基体的相容性往往较差，这将严重影响成型后复合材料样品的力学性能。因此，制备具有高表面导电性、高屏蔽效果的力学增强型电磁屏蔽复合材料，其关键在于提升纤维与导电纳米填料、导电纳米涂层与聚合物树脂之间的相互作用力。

3、另外，除了具备所需要求的机械性能和电磁屏蔽性能以外，纤维增强复合材料还面临着严峻的火安全问题。由于复合材料所涉及的织物和聚合物基体，如环氧树脂(ep)或不饱和聚酯等，均极易燃烧。为了解决这一问题，通过添加阻燃剂，可以有效的提高其阻燃效果。目前的研究证明，磷氮类阻燃剂由于具有添加量低、阻燃效率高、成炭性能好等优点，特别是膨胀型阻燃体系，因而在复合材料中被广泛应用。但是，当将其与导电纳米填料涂层改性后的织物相互结合时，膨胀型阻燃剂与导电填料涂层间的相互作用关系缺乏普遍性研究。因此，构筑出高效的阻燃-导电网络是制备出兼具优异阻燃性能与电磁屏蔽性能的复合材料的关键。

技术实现思路

1、针对当前纤维增强型电磁屏蔽复合材料存在的导电纤维选择性少、导电纤维与树脂间相容性差、复合材料易燃等问题，本发明提供了一种增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料，本发明通过真空层压的方式，将导电改性纤维织物与阻燃改性热固性树脂固化成型，该材料具有优异的力学性能、阻燃性能以及可调控的电磁屏蔽性能。

2、本发明的具体技术方案为：一种增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料，其包括阻燃改性热固性树脂基体，以及复合于所述基体中的导电改性纤维织物。

3、其中：所述阻燃改性热固性树脂基体为含有阻燃剂的热固性树脂；所述导电改性纤维织物为导电纳米粒子表面改性的纤维织物；所述纤维织物包括苎麻纤维织物、玄武岩纤维织物、棉纤维织物和玻璃纤维织物中的一种或多种；所述导电改性纤维织物的层数至少为一层，且每层的材料相同或不同。

4、本发明通过对纤维织物表面进行导电改性，可以调整纤维表面导电涂层的结构与导电性，进而通过真空层压的方式与阻燃剂填充改性的热固性树脂固化成型，获得具有增强-阻燃-电磁屏蔽性能的复合材料。这种结构设计具有以下特点：一是解决了导电纳米填料在纤维表面的涂层吸附问题，提升了导电涂层与纤维和热固性树脂的相互作用力；二是拓宽了电磁屏蔽用复合材料的纤维种类，提高了复合材料的电磁屏蔽功能的可调控性和高效性；三是改善了电磁屏蔽复合材料的易燃问题，提高了复合材料的使用安全性；四是简化了加工过程，降低了应用成本、提高了生产效率，拓宽了电磁屏蔽复合材料的应用范围。

5、优选地，所述热固性树脂包括环氧树脂和不饱和聚酯中的一种或多种。

6、优选地，所述阻燃剂包括无机阻燃剂、纳米阻燃剂和膨胀型阻燃剂中的一种或多种。

7、优选地，所述阻燃改性热固性树脂基体中阻燃剂的含量为10-30wt％。

8、优选地，所述导电改性纤维织物中导电纳米粒子的含量为0.5-2mg/cm2。

9、优选地，所述导电纳米粒子包括石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、金属离子和碳化钛中的一种或多种。

10、优选地，所述导电纳米粒子通过低温等离子体溅射处理、聚多巴胺原位改性处理、硅烷偶联剂表面改性处理或聚合物涂层改性附着于纤维织物表面。

11、优选地，其特征在于，所述导电改性纤维织物的层数为多层，每层导电改性纤维织物通过真空层叠抽压方式复合。

12、优选地，所述导电改性纤维织物的层数为3-10层。

13、优选地，所述导电改性纤维织物与阻燃改性热固性树脂基体的质量比为1:1-2。

14、优选地，所述增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料的厚度为1-10mm。

15、优选地，所述增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料选自以下组合之一：

16、(a)所述阻燃改性热固性树脂基体为含有膨胀型阻燃剂的环氧树脂；所述导电改性纤维织物为银纳米线涂层改性苎麻纤维织物；

17、(b)所述阻燃改性热固性树脂基体为含有膨胀型阻燃剂的不饱和聚酯树脂；所述导电改性纤维织物为碳化钛/碳纳米管协效改性玄武岩纤维织物；

18、(c)所述阻燃改性热固性树脂基体为含有聚磷酸铵阻燃剂的环氧树脂；所述导电改性纤维织物为碳化钛/石墨烯协效改性玻璃纤维织物；

19、(d)所述阻燃改性热固性树脂基体为含有聚磷酸铵阻燃剂的环氧树脂；所述导电改性纤维织物为碳化钛/石墨烯协效改性玻璃纤维织物和硅烷改性玄武岩纤维织物。

20、本发明发现，上述特定材料组合的增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料，兼具出色的阻燃、力学性能和电磁屏蔽性能。

21、优选地，所述增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料在x波段8-12ghz的屏蔽效能不低于30db，极限氧指数不低于26％，垂直燃烧评级至少为v-0级别，拉伸强度不低于50mpa，断裂伸长率不低于8％。

22、与现有技术对比，本发明的有益效果是：

23、(1)本发明的增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料具有优异的力学、阻燃以及可调控的电磁屏蔽性能，且使用的材料基本为市售，简化了加工过程，降低了应用成本、提高了生产效率，适合工业化生产。

24、(2)本发明成功解决了导电纳米填料在纤维织物表面的涂层吸附问题，提升了导电涂层与纤维以及聚合物树脂间的相互作用力，提升了复合材料的力学性能。

25、(3)本发明首次利用导电改性纤维织物制备层压复合材料，高效地解决了导电纳米填料在聚合物复合材料中的电磁屏蔽效率低下的问题。本发明为纤维增强型电磁屏蔽复合材料的高性能化与多功能化提供了一种新思路。

26、(4)本发明的增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料的最终性能可以通过调整纤维的种类、导电填料的种类和数量、导电涂层的构筑方式和形态、导电改性纤维与非导电改性纤维的数量比、热固性树脂的种类、阻燃剂种类和含量、阻燃剂的分布情况、复合板材的厚度等来调控。

27、(5)本发明的增强-阻燃-电磁屏蔽热固性树脂基复合材料兼具增强、阻燃、电磁屏蔽性能是指在x波段(8-12ghz)的屏蔽效能不低于30db，极限氧指数不低于26％，垂直燃烧评级达到v-0级别，拉伸强度不低于50mpa，断裂伸长率不低于8％。