一种电磁屏蔽复合材料门板结构及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽复合材料门板结构及其制备方法。

背景技术

为防止敏感的电子、电器设备受本船高场强信号干扰，及提高系统的电磁兼容性能，船舶上层建筑通常设置具有一定屏蔽效能、供安装有敏感电子设备使用的电磁屏蔽舱室，其中，由于门的活动性强，要求电性能好，对舱室屏蔽效能影响最大。而传统的屏蔽门板为金属材质，产品重量大，不易加工，在使用过程中易受到海洋环境腐蚀等缺点，使得应用受到制约。

在树脂基体表面涂覆一层较薄的导电金属层或导电涂料，成本低、屏蔽性好、制备简单且应用范围广，但导电型电磁屏蔽材料金属层存在容易脱落、二次加工性能较差、使用寿命短的缺点。电磁屏蔽材料经历了由金属型、金属表面敷层型，向本征型导电聚合物和填充型复合电磁屏蔽材料等方向发展的过程。单一材料均存在不足之处，而复合材料的屏蔽作用相比于单一的导电或导磁材料，拥有更大的可设计性，可以实现更加优化的结构设计以及导电和导磁参数配置，从而获得更为优异的电磁屏蔽特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对传统船舶上层建筑用金属屏蔽门重量大、不耐腐蚀及传统复合材料结构屏蔽效能差的问题，提供一种轻质的多层复合设计的电磁屏蔽复合材料门板结构及其制备方法，可实现在L和X频段实现屏蔽效能≥60dB，同时兼具良好的力学性能。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种电磁屏蔽复合材料门板结构，包括芯材结构和蒙皮结构；所述芯材结构包括导电金属结构和泡沫芯材结构，其中，所述导电金属结构包括第一导电金属层和第二导电金属层，所述泡沫芯材结构包括第一泡沫芯材层和第二泡沫芯材层；所述蒙皮结构包括外表面蒙皮层和内表面蒙皮层；外表面蒙皮层、第一导电金属层、第一泡沫芯材层、第二导电金属层、第二泡沫芯材层内表面蒙皮层沿舱外至舱内的方向依次设置。

上述方案中，所述芯材结构和蒙皮结构采用OOA成型工艺或热压罐成型工艺制成一体化结构。

上述方案中，还包括导电油漆涂层，所述导电油漆涂层涂覆于所述内表面蒙皮层的内表面。

上述方案中，所述第一导电金属层和第二导电金属层均为网状结构，网孔边长为1～5mm，厚度为0.1～1mm。

上述方案中，所述导电金属结构的金属导电材料采用铁、铜或铝材料中的一种。

上述方案中，所述泡沫芯材结构采用泡沫材料，且材料密度为50～200kg/m

上述方案中，所述泡沫材料选用PMI、PVC、HCP或PET中的一种。

上述方案中，所述蒙皮结构的内表面蒙皮层和外表面蒙皮层，均采用有导电功能的碳纤维复合材料，蒙皮厚度均为0.5-10mm。

相应的，本发明还提出上述电磁屏蔽复合材料门板结构的制备方法，采用OOA成型或热压罐成型工艺，包括以下步骤：

S1、内表面蒙皮层铺覆：按照铺层完成内表面蒙皮层碳纤维预浸料铺覆，每铺贴一定层后，不揭除最上表面离型膜，用透气毡全包覆，采用常温真空袋膜抽真空预压，根据产品设计铺层层数，依次完成碳纤维预浸料的铺贴和预压；

S2、芯材结构层铺放：依次完成第二泡沫芯材层、第二导电金属层、第一泡沫芯材层、第一导电金属层的铺放，采用常温真空袋膜抽真空预压；

S3、外表面蒙皮层铺覆：按照铺层完成外表面蒙皮层碳纤维预浸料铺覆，每铺贴一定层后，不揭除最上表面离型膜，用透气毡全包覆，采用常温真空袋膜抽真空预压，根据产品设计铺层层数，依次完成碳纤维预浸料的铺贴和预压；

S4、真空辅材铺敷：按要求完成真空辅材铺贴后，最后设置抽气、检验阀门并连接真空管进行封装；

S5、热压固化：对于OOA成型工艺，将门板结构放入烘箱；对于热压罐成型工艺，将门板结构放入热压罐内；然后在真空状态下升温加压，完成产品固化；

S6、产品修整：固化完成后，产品表面修整；

S7、喷导电油漆：在内表面蒙皮层的内表面层喷涂导电漆，形成导电油漆涂层。

上述方法中，步骤S1和S3可以调换顺序，相应地，步骤S2中依次完成第一导电金属层、第一泡沫芯材层、第二导电金属层、第二泡沫芯材层的铺放，采用常温真空袋膜抽真空预压。

本发明的有益效果在于：

本发明根据电磁波的工作频段以及电磁屏蔽功能层与其他力学承载层的兼容性，对电磁屏蔽功能层的结构和空间排布进行设计，在夹芯结构的各层之间插入电磁屏蔽功能层，对电磁波产生反射、吸收、多层反射率等效应，最终实现优良的电磁屏蔽性能，同时兼具了良好的力学性能。

经测试，本发明实现屏蔽效能在L和X波段实现屏蔽效能≥60dB；结构的整体强度及刚度均满足相关规范的要求；且结构轻质高强，相比同功能金属屏蔽门可减重20～40％，大幅度减轻门板重量；并具备耐海洋环境腐蚀等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明电磁屏蔽复合材料门板结构的剖面图；

图2是本发明实施例中电磁屏蔽复合材料门板的屏蔽效能测试点位示意图。

图中：10、芯材结构；11、导电金属结构；111、第一导电金属层；112、第二导电金属层；12、泡沫芯材结构；121、第一泡沫芯材层；122、第二泡沫芯材层；

20、蒙皮结构；201、外表面蒙皮层；202、内表面蒙皮层；

30、导电油漆涂层。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种电磁屏蔽复合材料门板结构，包括芯材结构10、蒙皮结构20和导电油漆涂层30；芯材结构10包括导电金属结构11和泡沫芯材结构12，其中，导电金属结构11包括第一导电金属层111和第二导电金属层112，泡沫芯材结构12包括第一泡沫芯材层121和第二泡沫芯材层122；蒙皮结构20包括外表面蒙皮层201和内表面蒙皮层202；外表面蒙皮层201、第一导电金属层111、第一泡沫芯材层121、第二导电金属层112、第二泡沫芯材层122内表面蒙皮层202沿舱外至舱内的方向依次设置。导电油漆涂层30涂覆于内表面蒙皮层202的内表面。

进一步优化，第一导电金属层111和第二导电金属层112均为网状结构，且网孔边长为1～5mm，厚度为0.1～1mm。利用金属网的导电性和反射性使其能够吸收和反射电磁波，从而达到电磁屏蔽的目的。

进一步优化，导电金属结构11的金属导电材料选用铁、铜或铝材料中的一种，优选铜质材料。

进一步优化，泡沫芯材结构12采用泡沫材料，且材料密度为50～200kg/m

进一步优化，泡沫材料选用PMI、PVC、HCP或PET中的一种，优选PMI泡沫。

进一步优化，蒙皮结构20的内表面蒙皮层202和外表面蒙皮层201，均采用有导电功能的碳纤维复合材料，优选铺层为[0/45/90/-45]ns，蒙皮厚度均为0.5-10mm。

进一步优化，电磁屏蔽复合材料门板结构的成型工艺选用OOA成型或热压罐成型工艺中的一种，确保成型质量。优选热压罐成型工艺，通过热压罐成型工艺将蒙皮结构20与芯材结构10制成一体化结构。

进一步优化，本发明所采用材料均满足耐海洋环境使用要求。

本发明的门板结构中，导电金属结构11为电磁屏蔽功能层，间隔设置了两层，即第一导电金属层111和第二导电金属层112，是因为随着屏蔽功能层网孔边长尺寸增大，屏蔽效能下降，但网孔尺寸若太小，成型过程中将影响结构强度，因此，采用双层金属丝网的方案则可灵活调控结构，有利于各种性能的综合平衡。泡沫芯材结构12主要起力学承载功能，提供结构整体刚度，对应双层导电金属结构11间隔设置了两层，即第一泡沫芯材层121和第二泡沫芯材层122。在夹芯结构的各层之间插入电磁屏蔽功能层，对电磁波产生反射、吸收、多层反射率等效应，最终实现优良的电磁屏蔽性能，同时兼具了良好的力学性能。蒙皮结构20用于提供整体结构强度，若碳纤蒙皮层太厚，则不利于电磁屏蔽，因此仅在门板结构的内外表面设置蒙皮层。导电油漆涂层30干燥形成漆膜起到导电作用，从而可以进一步屏蔽电磁波干扰。

相应地，本发明还提出上述电磁屏蔽复合材料门板结构的制备方法，采用OOA成型或热压罐成型工艺，包括以下步骤：

S1、内表面蒙皮层202铺覆：按照铺层完成内表面蒙皮层202碳纤维预浸料的铺覆，每铺贴一定层后，不揭除最上表面离型膜，用透气毡全包覆，采用常温真空袋膜抽真空预压，根据产品设计铺层层数，依次完成碳纤维预浸料的铺贴和预压；

S2、芯材结构10层铺放：按图1依次完成第二泡沫芯材层122、第二导电金属层112、第一泡沫芯材层121、第一导电金属层111的铺放，采用常温真空袋膜抽真空预压；

S3、外表面蒙皮层201铺覆：按照铺层完成外表面蒙皮层201碳纤维预浸料铺覆，每铺贴一定层后，不揭除最上表面离型膜，用透气毡全包覆，采用常温真空袋膜抽真空预压，根据产品设计铺层层数，依次完成碳纤维预浸料的铺贴和预压；

S4、真空辅材铺敷：按要求完成真空辅材铺贴后，最后设置抽气、检验阀门并连接真空管进行封装；

S5、热压固化：对于OOA成型工艺，将门板结构放入烘箱；对于热压罐成型工艺，将门板结构放入热压罐内；然后在真空状态下升温加压，完成产品固化；

S6、产品修整：固化完成后，产品表面修整；

S7、喷导电油漆：在内表面蒙皮层202的内表面层喷涂导电漆，形成导电油漆涂层30。

上述步骤中，步骤S1和S3可以调换顺序，相应地，步骤S2中依次完成第一导电金属层111、第一泡沫芯材层121、第二导电金属层112、第二泡沫芯材层122的铺放，采用常温真空袋膜抽真空预压。

最后，按照GJB 3039-1997《舰船屏蔽舱室要求和屏蔽效能测试方法》，对制备的电磁屏蔽复合材料门板结构及舱室进行屏蔽效能测试，通过对四周舱壁的屏蔽效能测试来考核整体舱室的屏蔽效能(测试位置见图2)。在L和X波段门体位置屏蔽效能≥60dB，舱壁位置屏蔽效能≥70dB。

根据《GJB/Z 119-99水面舰艇结构设计计算方法》第16.3.1节对上层建筑局部强度校核计算载荷部分的规定，屏蔽门的最大载荷为9.8KPa。蒙皮材料最大拉伸应力为3.28MPa(所设计复合材料抗拉强度为500MPa)，满足强度要求；蒙皮材料最大剪切应力为0.66MPa(所设计复合材料面内剪切强度为45MPa)，满足剪切强度要求；结构中泡沫最大应力为0.1MPa(所选泡沫材料最大抗拉强度为2.8MPa)，满足强度要求。所设计屏蔽门板整体的最大综合变形量为0.284mm，最大变形量不足门板厚度44.5mm的0.64％，满足结构刚度要求。

本发明所制备的电磁屏蔽复合材料门板结构轻质高强，相比同功能金属屏蔽门可减重20～40％，大幅度减轻门板重量。且能耐海洋环境腐蚀，降低了传统金属门板的维护。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。