一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂、制备及使用方法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料领域和先进复合材料技术领域，更具体而言，涉及一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂、制备及使用方法。
背景技术
随着电磁屏蔽领域对于各类防护装备减重的要求越来越严苛，新材料在各类屏蔽产品的应用也逐渐增加，但目前研究较多的是轻量化的金属合金材料。而以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料，受电性能的影响，限制了其在该领域的发展。如何能将具有优异力学性能和更低密度的新材料应用于减重和电磁防护领域，已经成为关注的重点。目前基于碳纤维复合材料电磁屏蔽能力强化的处理方式主要有三类：一为复合材料树脂基体内部填充导电颗粒、纤维等方式增加复合材料导电性能；二为复合材料表面利用化学镀、电镀、气相沉积等方式增加表面导电性能；三为利用导电纤维、导电金属网、金属薄膜等作为复合材料铺层增强其内部层间导电性能。
拉挤成型工艺作为复合材料产品制作的一个重要工艺方法，具有生产效率高，产品连续性好的优点。如何结合拉挤成型工艺和电磁屏蔽复合材料设计的特点是实现拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料产品的关键。并且设计满足上述工艺设计方法的树脂体系是保障拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料产品的一个重要研究方向。而目前用于电磁屏蔽领域的拉挤树脂研究较少，满足拉挤工艺对树脂体系粘度低、活性高、性能优且具有电磁性能补偿的拉挤树脂尚无报道。
中国发明专利申请CN 110951369A 公开了一种用于电磁屏蔽的涂料、制备方法及使用方法。该发明的屏蔽涂料树脂体系采用由聚氨酯树脂、聚酯树脂酚醛树脂、环氧树脂等组成的有机载体和石墨烯、片状银包铜粉组成的导电填料组成。该体系的优选方案实现了60dB的屏蔽效果。
中国发明专利申请CN 104448243A 公开了一种无溶剂耐高温改性环氧体系拉挤树脂及其制备方法。该发明的拉挤树脂由环氧树脂、活性稀释剂、固化剂、促进剂组成，适用于碳纤维、玻璃纤维增强的拉挤复合材料的制造生产。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂、制备及使用方法，主要用于拉挤成型工艺的电磁屏蔽碳纤维产品，可延伸用于屏蔽舱、屏蔽机箱蒙皮、壁板等部位起到减重、电磁屏蔽的功效。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂，由以下质量百分比的组分配制而成：30%-60%的环氧树脂体系、10%-30%的不饱和树脂体系、2%-5%的增韧剂、3%-5%内脱模剂、5%-10%的活性稀释剂、3%-8%的短切导电纤维；所述环氧树脂体系包含环氧树脂与对应固化剂，所述不饱和树脂体系包含不饱和树脂与对应固化剂。通过不饱和树脂组分调节树脂体系黏度，利用不饱和树脂活性高的特点，利用固化热促进环氧组分固化。
进一步地，所述增韧剂为聚乙二醇二缩水甘油醚、端羧基液体丁腈橡胶、聚氨酯中的任意一种或组合。通过增韧剂达到产品对冲击强度的要求。
进一步地，所述活性稀释剂为1,4-丁内酯、丁基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的任意一种或组合。通过活性稀释剂达到树脂体系黏度的要求。
进一步地，所述短切导电纤维为镀镍碳纤维、不锈钢纤维、磁性纳米改性氧化锌晶须、镀镍碳纳米管中的任意一种或组合。利用固化后树脂内部导电纤维形成的空间网络起到电磁屏蔽和电性能补偿的作用，在碳纤维拉挤制品中与连续纤维能形成更丰富的空间导电网络。
进一步地，所述短切导电纤维为长度低于1mm的导电导磁性纤维。
一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂体系、不饱和树脂体系、内脱模剂按质量百分比组分，依次添加，使用高速搅拌机分散5min-10min，制得复合树脂体系；
S2、将增韧剂、活性稀释剂按质量百分比添加至S1中复合树脂体系，使用高速搅拌机分散5min-10min，制得低粘度复合树脂体系；
S3、将短切导电纤维按质量百分比添加至S2中低粘度复合树脂体系，使用高速搅拌机分散30min制得复合树脂体系，得到拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料树脂。
一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂的使用方法，将拉挤碳纤维复合材料树脂置于树脂浸渍槽内，采用注胶泵由注胶管将经浸渍后树脂引入预成型模具内通过连续增强纤维。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明提供了一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂、制备及使用方法，采用环氧和不饱和树脂复合树脂体系，保障其黏度、反应活性满足工艺特性要求，保证快速固化，黏度低渗透性好；以短切导电纤维作为导电增强体，利用固化后树脂内部导电纤维形成的空间网络起到电磁屏蔽和电性能补偿的作用，在碳纤维拉挤制品中与连续纤维能形成更丰富的空间导电网络。制备工艺简便，只需将所设计的树脂各组分拌均匀后，再将短切导电纤维加入其中，使用高速搅拌机搅拌即可，适于大批量的制备生产。本发明提供的拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料树脂使用方法，避免了由于拉挤产品表面毡、表面布对树脂体系内短切纤维增强体的过滤作用，能够实现导电增强体在材料内部分散，而不是集中于表面。
附图说明
图1为本发明制备的拉挤碳纤维复合材料树脂使用方法示意。
图中：11为碳纤维布、12为碳纤维纱、2为树脂浸渍槽、3为注胶泵、4为注胶管、5为预成型模具、6为固化模具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂，由以下质量百分比的组分配制而成：30%-60%的环氧树脂体系、10%-30%的不饱和树脂体系、2%-5%的增韧剂、3%-5%内脱模剂、5%-10%的活性稀释剂、3%-8%的短切导电纤维；所述环氧树脂体系包含环氧树脂与对应固化剂，所述不饱和树脂体系包含不饱和树脂与对应固化剂。在本实施例中，所述增韧剂为聚乙二醇二缩水甘油醚、端羧基液体丁腈橡胶、聚氨酯中的任意一种或组合。所述活性稀释剂为1,4-丁内酯、丁基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的任意一种或组合。所述短切导电纤维为长度低于1mm的导电导磁性纤维。短切导电纤维为镀镍碳纤维、不锈钢纤维、磁性纳米改性氧化锌晶须、镀镍碳纳米管中的任意一种或组合。
一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂体系、不饱和树脂体系、内脱模剂按质量百分比组分，依次添加，使用高速搅拌机分散5min-10min，制得复合树脂体系；
S2、将增韧剂、活性稀释剂按质量百分比添加至S1中复合树脂体系，使用高速搅拌机分散5min-10min，制得低粘度复合树脂体系；
S3、将短切导电纤维按质量百分比添加至S2中低粘度复合树脂体系，使用高速搅拌机分散30min制得复合树脂体系，得到拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料树脂。
一种用于拉挤碳纤维复合材料的树脂的使用方法，将拉挤碳纤维复合材料树脂置于树脂浸渍槽内，采用注胶泵由注胶管将经浸渍后树脂引入预成型模具内通过连续增强纤维。
实施例1
本实施例提供一种拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料树脂，包括如下质量百分比的组分：
依次称量30份环氧树脂E51、20份甲基四氢苯酐、30份不饱和树脂、2份过氧化苯甲酰，5份1,4-丁内酯，3份端羧基液体丁腈橡胶，3份内脱模剂，5份1mm长度短切镀镍碳纤维，2份1mm不锈钢纤维，添加到搅拌桶内搅拌均匀待用；
测得上述树脂体系黏度为：650mPa·s；
拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料制作，设计纤维体积含量65%，如图1，张紧装置从上到下依次设置为碳纤维布11、碳纤维纱12、碳纤维纱12和碳纤维布11，在碳纤维流水方向依次设置有预成型模具5和固化模具6，注浆泵3通过注胶管4将树脂浸渍槽2中树脂注入预成型模具5中，碳纤维纱12在牵引装置的牵引下，通过导纱板聚拢后进入预成型模具5中进行浸渍，最终与碳纤维布11在固化模具6完成树脂固化，实现复合材料成型。为防止增强纤维布对短切导电纤维的过滤作用，预成型模具5内只通过连续增强碳纤维纱12。
在拉挤机牵引力作用下，增强纤维浸渍后通过固化模具进行固化成型，固化温度为一段85℃，二段135℃，三段150℃。牵引速度0.01 m/min。固化后切割即得到拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料板材。
测得电磁屏蔽碳纤维复合材料拉伸强度为：890MPa；
测得电磁屏蔽碳纤维复合材料屏蔽效能，如表1
表1 屏蔽效能
实施例2
本实施例提供一种拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料树脂，包括如下质量百分比的组分：
依次称量50份环氧树脂TDE-85、5份二甲基咪唑、20份不饱和树脂、2份过氧化苯甲酰，5份丁基缩水甘油醚，5份乙二醇二缩水甘油醚，3份端羧基液体丁腈橡胶，5份内脱模剂，3份1mm长度短切镀镍碳纤维，2份磁性纳米改性氧化锌晶须。添加到搅拌桶内搅拌均匀待用；
测得上述树脂体系黏度为：450mPa·s；
拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料制作，设计纤维含量60%（体积含量），如图1，张紧装置从上到下依次设置为碳纤维布11、碳纤维纱12、碳纤维纱12和碳纤维布11，在碳纤维流水方向依次设置有预成型模具5和固化模具6，注浆泵3通过注胶管4将树脂浸渍槽2中树脂注入预成型模具5中，碳纤维纱12在牵引装置的牵引下，通过导纱板聚拢后进入预成型模具5中进行浸渍，最终与碳纤维布11在固化模具6完成树脂固化，实现复合材料成型。
在拉挤机牵引力作用下，增强纤维浸渍后通过固化模具进行固化成型，固化温度为一段85℃，二段130℃，三段140℃。牵引速度0.06 m/min。固化后切割即得到拉挤碳纤维电磁屏蔽复合材料板材。
测得电磁屏蔽碳纤维复合材料拉伸强度为：850MPa；
测得电磁屏蔽碳纤维复合材料屏蔽效能，如表2
表2 屏蔽效能
上述实施例中对制得的拉挤电磁屏蔽碳纤维复合材料树脂性能测试方法如下：
（1）黏度：依据GB/T 22314-2008 塑料 环氧树脂 黏度测定方法；
（2）拉伸强度：依据GBT 1447-2005 纤维增强塑料拉伸性能试验方法；
（3）电磁屏蔽性能：依据GBT 12190-2006 电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法，样板尺寸300mm*300mm*4mm1。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
