專利名稱：一種碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材及其制備方法，屬于電磁波屏蔽材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于科技的飛速進(jìn)步和電腦設(shè)備、無線電話、通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和高頻裝置的廣泛使用，由此引發(fā)的環(huán)境安全的問題亟待解決。電磁污染會嚴(yán)重危害人類和其它生物的健康，而且也對通訊設(shè)備和電氣電子設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的危害，這都需要防護(hù)。對人體的防護(hù)，尤其是以織物為對象所進(jìn)行的吸波性的改進(jìn)已有眾多報(bào)道，但大多為材料組成方式及其配比的選擇。如專利Harry F. Glatfelter的U. S. Pat. 4684762中采用摻入不同比例的導(dǎo)電纖維制成機(jī)織、緯編和三維的電磁屏蔽織物。碳纖維和碳納米材料作為組分摻入的復(fù)合材料的吸波性能已有討論，國內(nèi)外有關(guān)吸波材料的發(fā)明專利多為特種碳纖維摻入的復(fù)合材料或剛性的單層、多層的復(fù)合材料。如專利U. S. Pat. 7471233B2中的一種電磁波吸收裝置，底層為有吸波作用磁損耗材料，在此之上是一個(gè)頂部有小孔且呈中空錐形的導(dǎo)電材料；在電磁波暗室天花板及墻壁上采用此種吸波材料，在離暗室IOm的地方經(jīng)場地衰減實(shí)驗(yàn)證明其在30MHz 18GHz頻率范圍內(nèi)的吸波值達(dá)到20dB。專利EP 1912487A1以超細(xì)碳纖維作為負(fù)磁阻材料以0. 1% 20%的比例填充復(fù)合材料，結(jié)果碳纖維鋪放厚度0. 105mm，在頻率為5GHz時(shí)，對電磁波的衰減值達(dá)到-13dB ；當(dāng)碳纖維或納米碳纖維以層疊結(jié)構(gòu)鋪放厚度為0. 8mm，在頻率為2. IGHz時(shí)，對電磁波的衰減達(dá)到-20 49dB，當(dāng)鋪放厚度達(dá)9mm時(shí)，其在60GHz下有-20 -35dB的衰減。專利US 01486^A1的多層復(fù)合材料，其獨(dú)特之處在于復(fù)合材料中包含一個(gè)層壓結(jié)構(gòu)的摻有0. 3% 3%直徑為8 μ m長度為40mm金屬纖維的碳纖維非織物(類似碳?xì)?作為吸波層和底部金屬層采用鐵、鋁、銅或它們的合金，材料在9. 5GHz處對電磁波的衰減最高達(dá)到-46dB。專利CN 1730555A的將0. 5% 3%的5 50mm的短活性碳纖維填充復(fù)合材料， 其在8GHz處對電磁波的衰減最高達(dá)_14dB。專利201544500U采用多層吸波材料來制備一種特性阻抗控制的軟性扁平電纜FFC?，F(xiàn)有技術(shù)中并無對碳纖維長絲束的存在形態(tài)以及排列方式進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有特殊的碳纖維存在形態(tài)的吸波片材及其制備方法，所述的特殊的碳纖維長絲束存在形態(tài)可以使得低頻段和高頻段的電磁波的屏蔽效能得到提高。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材， 包括至少一層吸波片，其特征在于，所述的吸波片包括基材以及以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束。優(yōu)選地，所述的以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束穿插在所述的基材中。
優(yōu)選地，所述的多個(gè)以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束在基材中等間距排列，每個(gè)碳纖維長絲束所在的平面垂直于基材。優(yōu)選地，所述的碳纖維長絲束的間距d與針距λ之比為0. 5:1 4:0. 5。優(yōu)選地，所述的碳纖維長絲束的波幅力等于基材的總厚度t。優(yōu)選地，所述的基材為高聚物發(fā)泡片，優(yōu)選為聚苯乙烯(PS)發(fā)泡片、聚丙烯(PP) 發(fā)泡片和聚氯乙烯(PVC)發(fā)泡片中的一種或兩種以上的層合片。本發(fā)明還提供了上述碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材的制備方法，其特征在于，包括在基材上用記號筆畫出的網(wǎng)格線，并按此網(wǎng)格線傾斜打孔，根據(jù)基材上打好的孔眼，將碳纖維長絲束以屈曲波形態(tài)穿插到基材中。優(yōu)選地，所述的網(wǎng)格線的行間距與列間距之間的比為0. 1:2 10:0. 1。優(yōu)選地，所述的打孔的角度與正弦波的傾角相同。優(yōu)選地，所述的碳纖維長絲束在穿插之前，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行上漿處理，以改善其耐磨性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)碳纖維以以屈曲波形態(tài)存在，低頻段和高頻段的電磁波屏蔽效果顯著，用料少，屏蔽效率高；
(2)制法簡便，可直接用于大面積片材的制備；
(3)輕質(zhì)，可用于防電磁波輻射防護(hù)服襯材和輕結(jié)構(gòu)的裝飾遮擋材料。本發(fā)明還可以用金屬纖維和其他導(dǎo)電纖維來代替碳纖維長絲束，因?yàn)檫@些纖維更容易成形，由此可擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1為碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材三維效果圖2是碳長絲/PS發(fā)泡片的復(fù)合結(jié)構(gòu)體的電磁波屏蔽效能曲線； 圖3是碳長絲/PVC發(fā)泡片的復(fù)合結(jié)構(gòu)體的電磁波屏蔽效能曲線。圖中/7——發(fā)泡片的層數(shù)； t——發(fā)泡片的總厚度；
h——屈曲波的波幅； H——發(fā)泡片的厚度； d——碳纖維長絲束的間距； Λ——針距，即屈曲波波長。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例1
所用原料為市售聚丙烯腈(PAN)基碳纖維長絲束，200teX/3000F ；市售PS發(fā)泡片。 如圖1所示，為碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材三維效果圖，所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材包括2層PS發(fā)泡片1，PS發(fā)泡片1中穿插有多個(gè)以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束2，所述的多個(gè)以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束2在PS發(fā)泡片1中等間距排列，每個(gè)碳纖維長絲束2所在的平面垂直于PS發(fā)泡片1。將購買的PS發(fā)泡片裁剪成尺寸為30cm'30cm規(guī)格，取兩片自然對齊疊放在一起 (/ =2)，兩層PS發(fā)泡片1的總厚度t等同于屈曲波的波幅力等同于2H，其中H為PS發(fā)泡片 1的厚度，H=L 66mm。取碳纖維長絲束2的間距d為2mm ；針距為2 =2i/=4mm。碳纖維無需前處理，在PS發(fā)泡片1上用記號筆畫好網(wǎng)格線，網(wǎng)格線的行間距與列間距之間的比為1 :1，按此網(wǎng)格線傾斜打孔，打孔的角度與正弦波的傾角相同，采用鋼絲針帶著碳纖維長絲束2沿網(wǎng)格線的行的方向以一上一下的形式穿插到PS發(fā)泡片1中，碳纖維長絲束2以屈曲波形態(tài)存在。為保證碳纖維長絲束2的屈曲波形態(tài)即屈曲波的波長和波幅在PS發(fā)泡片1是均勻一致的，此時(shí)張力要一致。如圖2所示，為碳長絲/PS發(fā)泡片的復(fù)合結(jié)構(gòu)體的電磁波屏蔽效能(EMSE， electro- magnetic shielding efficiency)曲線，其在 1900MHz 時(shí)，EMSE 值最高達(dá) 18. 02dB。而PS發(fā)泡片的EMSE-頻率曲線幾乎是平線，而且處于低位。實(shí)施例2
所用原料為市售聚丙烯腈(PAN)基碳纖維長絲束，200teX/3000F ；市售PVC發(fā)泡片。 碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材包括3層PVC發(fā)泡片，PVC發(fā)泡片中穿插有多個(gè)以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束，所述的多個(gè)以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束在PVC發(fā)泡片中等間距排列，每個(gè)碳纖維長絲束所在的平面垂直于PVC發(fā)泡片。將購買的PVC發(fā)泡片裁剪成尺寸為30cm'30cm規(guī)格，取三片自然對齊疊放在一起(/ =3)，兩層PVC發(fā)泡片的總厚度 等同于屈曲波的波幅力等同于3Η，其中H為PVC 發(fā)泡片的厚度。取碳纖維長絲束的間距d為2mm，在縱向取三個(gè)正方小格為一個(gè)針距 1，使i/zemm，1 =12mm。對碳纖維長絲束的表面涂覆環(huán)氧樹脂上漿劑以改善其耐磨性，在 PVC發(fā)泡片上用記號筆畫好網(wǎng)格線，網(wǎng)格線的行間距與列間距之間的比為1 :1，按此網(wǎng)格線傾斜打孔，打孔的角度與正弦波的傾角相同，采用鋼絲針帶著碳纖維長絲束沿網(wǎng)格線的行的方向以一上一下的形式穿插到PVC發(fā)泡片中，碳纖維長絲束以屈曲波形態(tài)存在。如圖3所示，為碳長絲/PVC發(fā)泡片的復(fù)合結(jié)構(gòu)體的電磁波屏蔽效能(EMSE， electromagnetic shielding efficiency)曲線，其在 400MHz 時(shí)，EMSE 值最高達(dá) 10. 89dB。 而PVC發(fā)泡片的EMSE-頻率曲線幾乎是平線，而且處于低位。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，包括至少一層吸波片，其特征在于，所述的吸波片包括基材以及以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束。
2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束穿插在所述的基材中。
3.如權(quán)利要求2所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的多個(gè)以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束在基材中等間距排列，每個(gè)碳纖維長絲束所在的平面垂直于基材。
4.如權(quán)利要求2所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的碳纖維長絲束的間距d與針距λ之比為0.5:1 4:0. 5。
5.如權(quán)利要求2所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的碳纖維長絲束的波幅力等于基材的總厚度t。
6.如權(quán)利要求2所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的基材為高聚物發(fā)泡片。
7.權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材的制備方法，其特征在于，包括在基材上用記號筆畫出的網(wǎng)格線，并按此網(wǎng)格線傾斜打孔，根據(jù)基材上打好的孔眼，將碳纖維長絲束以屈曲波形態(tài)穿插到基材中。
8.如權(quán)利要求7所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的網(wǎng)格線的行間距與列間距之間的比為0. 1:2 10:0. 1。
9.如權(quán)利要求7所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的打孔的角度與正弦波的傾角相同。
10.如權(quán)利要求7所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，所述的碳纖維長絲束在穿插之前，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行上漿處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材及其制備方法，所述的碳纖維長絲束屈曲排列的吸波片材，其特征在于，包括至少一層吸波片，其特征在于，所述的吸波片包括基材以及以屈曲波形態(tài)存在的碳纖維長絲束。其制備方法，其特征在于，包括在高聚物發(fā)泡片上用記號筆畫好網(wǎng)格線，按此網(wǎng)格線傾斜打孔，根據(jù)高聚物發(fā)泡片上打好的孔眼，將碳纖維長絲束以屈曲波形態(tài)穿插到高聚物發(fā)泡片中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于碳纖維以以屈曲波形態(tài)存在，電磁波屏蔽效顯著，用料少，屏蔽效率高；制法簡便，可直接用于大面積片材的制備；輕質(zhì)，可用于防電磁波輻射防護(hù)服襯材和輕結(jié)構(gòu)的裝飾遮擋材料。
文檔編號H05K9/00GK102427713SQ20111028829
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者于偉東, 吳瑜, 周勝, 徐增波 申請人:東華大學(xué)