技术领域
[0001] 本
发明属于
碳纤维和电磁屏蔽技术领域，特别涉及一种碳纤维/聚苯胺复合材料，具体是一种碳纤维/聚苯胺吸波电磁屏蔽复合材料的制备方法。
背景技术
[0002] 21世纪是人类与互联网互动时代，
电子工业的飞速发展、
人工智能应用、互联网+时代到来，各种移动数码设备、办公设备、
家用电器、仪器仪表电子产品的应用于普及，给人们生活带来了诸多便利和体验。但是也给人们带来了
电磁波辐射困扰，严重危害人们健康问题。同时，也会对大多数设备的电子元器件间造成干扰，影响使用情况。
[0003] 为了解决这些问题，目前工业界采用电磁屏蔽材料主要以金属壳体或绝缘高分子材料中添加导电填料(导电高分子复合材料)为主。一方面，金属壳体对电磁波进行全反射效应，导致相应电磁屏蔽材料内部电磁紊乱，电磁环境恶化，对内部元器件自身造成一定
电磁干扰，使设备产生故障可能性增加。另一方面，高分子材料中添加导电剂多为导电
炭黑，导电炭黑(
无机填料)与大分子量高分子材料的极性不同，使炭黑在高分子
树脂中的分散性较差，不能形成导
电网络，存在复合材料
导电性差、导电不均匀性等缺点。
[0004] 发明
专利申请号200610021121.X公开了一种新型电磁屏蔽塑料母料和复合塑料的制备方法，在高分子树脂基体中添加高导电性、高磁导率功能填料，制备出具有不同屏蔽性能的电磁屏蔽塑料母料和复合塑料。中国发明专利申请号201310031414.6公开了一种具有吸波功能的聚苯胺和碳纤维毡复合屏蔽材料及其制备方法，将聚苯胺与相应的助剂混合于环
氧树脂内，屠夫到碳纤维毡表面，在紫外灯下
固化光敏胶，将多层复合碳纤维
热压成型，得到电磁屏蔽、吸波材料。而上述两技术方案虽有其优点，但均存在工艺复杂等
缺陷。
发明内容
[0005] 针对
现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种碳纤维/聚苯胺吸波电磁屏蔽复合材料的制备方法，其具有制备简单、工艺步骤少、易操作、组份种类少等优点。
[0006] 本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：利用电化学聚合方法，碳纤维表面沉积一层聚苯胺，合成碳纤维/聚苯胺复合材料，制备碳纤维与聚苯胺吸波电磁屏蔽复合材料的方法，包括如下步骤：
[0007] (1)碳纤维(毡)预处理：
[0008] 一定
质量浓度酸(
碱)溶液对成品碳纤维浸泡，去除纤维品表面油剂、杂质等。碳纤维为纤维品或毡材，用蒸馏
水洗涤使其显中性；放置干燥设备，一定
温度下干燥一段时间，去除表面水分，存放于干燥环境中，待用。
[0009] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0010] 取一定长度、面积的经步骤(1)前处理的碳纤维(毡)，通过导电胶粘附在不锈
钢箔片上作为
阳极，选取Cu箔片为
阴极，以苯胺和
掺杂剂的水溶液为
电解液，采用电聚合条件，在碳纤维表面电聚合一层聚苯胺膜，得到碳纤维/聚苯胺复合材料。调节电聚合方式、
电流大小、时间、苯胺浓度，控制聚苯胺含量，制备碳纤维/聚苯胺复合材料，待用。
[0011] (3)碳纤维/聚苯胺吸波电磁屏蔽复合材料制备：
[0012] 以
环氧树脂为树脂基底，以聚苯胺的双损耗特性结构作为吸波剂，以聚苯胺和碳纤维良好的导电性作为电磁屏蔽双组份功能填料，利用成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的碳纤维/聚苯胺复合材料。
[0013] 步骤(1)中，酸为H2SO4、HCl、HNO3中的一种或多种混合，碱液为NaOH、KOH、NH3·H2O的一种或多种混合，浓度(wt％)为1％-5％。
[0014] 步骤(1)中，碳纤维浸泡时间为10-60min，蒸馏水洗涤次数1-3次，选取的干燥方式为烘箱干燥、热台干燥，温度60-120℃，时间10-30min。
[0015] 步骤(2)中，导电胶为
银胶，苯胺浓度0.1-5M，掺杂剂选之
硫酸(H2SO4)、十二烷基苯磺酸(DBSA)、
乙醇、硫酸-十二烷基苯磺酸中一种或多种，掺杂剂浓度0.1-5M。
[0016] 步骤(2)中，电聚合方式为循环
伏安法(CV)、计时电位法(CP)、电流-时间(i-t)响应曲线中的一种。
[0017] 步骤(2)中，
循环伏安法(CV)扫描
电压为-0.1-1.0V，扫描速度5-100mV/s,扫描周期1-50次，直至循环图稳定为止。
[0018] 步骤(2)中，计时电位法的电流
密度0-10mA.cm-2，阴阳极电流的通电、断电时间比0-20ms:0-180ms。
[0019] 步骤(2)中，电流-时间(i-t)响应曲线的初始电压为0.75-0.8V，电
镀时间为0-1200s。
[0020] 步骤(3)中，环氧树脂为聚
丙烯酸酯类或双酚F型环氧树脂；成型技术选用热压成型。
[0021] 本发明有益效果是：
[0022] (1)本发明采用不同电化学聚合方法制备碳纤维/聚苯胺吸波电磁屏蔽复合材料，与传统金属壳体或导电填料型高分子复合材料相比，本发明制备导电/吸波特性聚苯胺分布致密成膜，克服了内部电磁紊乱、屏蔽材料导电性差、导电不均匀性等缺点。
[0023] (2)本发明制备过程步骤少、工艺简单、操作简易，便于工业化生产。
[0024] (3)本发明采用循环伏安法(CV)、计时电位法(CP)、电流-时间(i-t)响应曲线，所制备碳纤维/聚苯胺复合材料，具有碳纤维本身导电率高、聚苯胺本身高导电率、双损耗结构吸波特性，可应用于电磁屏蔽、超级电容器、智能穿戴、
锂离子电池、军用航天材料等领域。
附图说明
具体实施方式
[0026] 为了保证本发明所具有的技术手段、创作特性、实现目的与效果易于掌握、明白，下面结合具体相关实施案例，进一步阐述本发明内容。
[0028] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0029] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0030] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0031] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0032] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.1M苯胺溶液(1MH2SO4)，待用。
[0033] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，循环伏安法(CV)电聚合聚苯胺，扫描电压为-0.1-1.0V，扫描速度为100mV/s,扫描周期为50次，直至循环图稳定为止。待用。
[0034] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0035] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料。
[0036] 实施例2
[0037] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0038] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0039] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0040] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0041] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.2M苯胺溶液(1M H2SO4)，待用。
[0042] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.2M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，循环伏安法(CV)电聚合聚苯胺，扫描电压为-0.1–1.0V，扫描速度为50mV/s,扫描周期为50次，直至循环图稳定为止。待用。
[0043] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0044] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料
[0045] 实施例3
[0046] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0047] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0048] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0049] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0050] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)，待用。
[0051] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，循环伏安法(CV)电聚合聚苯胺，扫描电压为-0.1–1.0V，扫描速度为50mV/s,扫描周期为50次，直至循环图稳定为止，待用；
[0052] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0053] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料
[0054] 实施例4
[0055] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0056] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0057] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0058] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0059] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.1M苯胺溶液(1MH2SO4)，待用。
[0060] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，计时电位法电聚合聚苯胺，电流密度为10mA.cm-2，阴阳极电流的通电、断电时间比为20ms:180ms。待用。
[0061] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0062] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料
[0063] 实施例5
[0064] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0065] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0066] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0067] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0068] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.2M苯胺溶液(1M H2SO4)，待用。
[0069] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.2M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，计时电位法电聚合聚苯胺，电流密度为5mA.cm-2，阴阳极电流的通电、断电时间比为20ms:180ms。待用。
[0070] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0071] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料
[0072] 实施例6
[0073] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0074] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0075] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0076] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0077] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)，待用。
[0078] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，电流–时间(i–t)响应曲线的方式电聚合聚苯胺，初始电压为0.75V,
电镀时间为300s。
[0079] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0080] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料
[0081] 实施例7
[0082] (1)碳纤维(毡)前处理：
[0083] 碳纤维浸泡至浓度为5％H2SO4溶液中，浸泡时间30min，蒸馏水洗涤3次，放置烘箱内烘干，温度为80℃，干燥30min。
[0084] (2)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0085] a、取步骤(1)制备的碳纤维，利用导电银胶沾涂到箔片上，热台60℃烘干，待用。
[0086] b、苯胺加入已配置好的1M H2SO4溶液中，配成0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)，待用。
[0087] c、步骤(2)a制备的碳纤维为阳极，Cu箔片为阴极，步骤(2)b制备的0.1M苯胺溶液(1M H2SO4)为电解液，电流–时间(i–t)响应曲线的方式电聚合聚苯胺，初始电压为0.75V,电镀时间为600s。
[0088] (3)碳纤维/聚苯胺复合材料制备：
[0089] 取步骤(2)制备的碳纤维/聚苯胺复合材料，以双酚F型环氧树脂为树脂基底，利用热压成型制备技术制得具有吸波/屏蔽功能的复合材料
[0090] 上述实施例1-7中所制备碳纤维/聚苯胺复合材料的导电性能较好，纤维表面电导率可达到200S/cm以上，作为电磁屏蔽材料，150KHz-18GHz范围内的电磁波，其电磁屏蔽效果≥35dB的屏蔽宽度为17.75GHz；2-18GHz范围内的电磁波，其反射效果≤-5dB的频带宽度为7.0GHz。
[0091] 本发明碳纤维/聚苯胺复合材料制备方法，其涉及吸波电磁屏蔽材料制备方法，其采用电化学原位聚合方式，在不同酸性溶液中，不同电化学聚合方法，控制聚合参数，碳纤维表面
电沉积一层聚苯胺，合成碳纤维/聚苯胺吸波电磁屏蔽复合材料。
[0092] 本发明中，采用循环伏安法(CV)、计时电位法(CP)、电流-时间(i-t)响应曲线，碳纤维表面形成致密导电/吸波特性聚苯胺膜，克服了屏蔽材料内部电磁紊乱、材料本身导电性差，导电不均匀性等缺点。纤维表面电导率可达到200S/m以上，作为电磁屏蔽材料，屏蔽效果好，碳纤维本身导电率高、聚苯胺本身高导电率、双损耗结构吸波特性，可应用于电磁屏蔽、超级电容器、智能穿戴、
锂离子电池、军用航天材料等领域。
[0093] 本发明注重通过几种不同电化学聚合方式制备碳纤维/聚苯胺复合材料，并应用于电磁屏蔽材料的开发。对其材料的其他下游应用，如超级电容器、锂电、
太阳能电池、防腐材料等，任何在本发明
基础上的应用均在本发明的保护范围内。
[0094] 本发明内容中阐述和显示了基本原理和主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
