基于碳纤维织物的多组分柔性电磁屏蔽材料研究

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当前碳纤维在电磁屏蔽领域中的应用大多集中在作为单一组分加入聚合物基体的层面上,很少涉及到碳纤维织物的应用,从而碳纤维本身具有的高强度和高模量性能并没有被很好的发挥出来,因此,在碳纤维织物的基础上进行加工可以在保留其优秀机械性能的同时获得电磁屏蔽性能。  本文以碳纤维织物作为基体,采用多种不同的处理方式,研究了0.05~2GHz范围内试样的电磁屏蔽性能,以及2GHz下圆形轨道上的微波远场散射强度的分布。并分析了多组分电磁屏蔽材料的电磁屏蔽原理。  试验探讨了不同填料对涂层的电磁屏蔽性能的影响,其中质量含量为15%,涂层厚度为3mm的以导电炭黑作为填料的涂层在700MHz时电磁屏蔽效能能够达到6.5dB,并且具有良好的成膜性能。当涂层厚度达到2层后,棉布表面形成均匀完整的电磁屏蔽涂层,试样的电磁屏蔽效能曲线面积以达到1层时的2.5倍左右,涂层厚度达到3层后,由于导电网络已经基本形成,电磁屏蔽效能变化较小,电磁屏蔽效能曲线面积的增量在10%~25%。棉布的表面形成连续的涂层之后,导电炭黑的厚度变化对复合材料的电磁屏蔽性能影响不如涂层中导电炭黑质量含量大,含有相同质量导电炭黑的涂层,涂层厚度越小,涂层导电炭黑含量越大的试样在0.05~2GHz具有更大的电磁屏蔽效能曲线面积。  实验探讨了经过不同处理方式的碳布的电磁屏蔽性能。分别测试了丙酮硝酸处理的碳布试样、聚吡咯处理的碳布和棉布试样、导电炭黑涂覆的碳布试样、经过聚吡咯处理的导电炭黑涂覆的碳布试样在0.05~2GHz频率范围内的电磁屏蔽效能。丙酮和硝酸处理去掉碳纤维表面的油剂和杂质之后,碳布试样的电磁屏蔽性能在0.05~2GHz的范围内上有了幅度为2dB左右的整体提升,但是试样的最大特征峰值的位置和大小并没有发生明显变化,电磁屏蔽效能曲线的面积却增大了13.5%;经过聚吡咯在表面进行多聚合的棉布能够具有较好的电磁屏蔽性能,聚合次数以6次为最佳。6次聚吡咯聚合的棉布在频率为600MHz处可以获得电磁屏蔽性能的峰值,大小为12dB,同时在0.05~2GHz范围内的屏蔽效能也整体高于3dB;在经过丙酮硝酸处理的碳布试样表面进行了聚吡咯的聚合之后,碳布的最大特征峰值发生了100MHz的位置移动,其值也增大了2.98,电磁屏蔽效能曲线的面积增大了20.6%,试样在0.05~2GHz范围内的电磁屏蔽效能得到了明显的提高;导电聚合物在经过丙酮硝酸处理的碳布表面聚合后试样的电磁屏蔽效能并不仅仅是碳布和聚吡咯棉布的电磁屏蔽效能的简单叠加,两者的结合虽然提高了试样的电磁屏蔽效能,但并没有达到预期的效果;导电炭黑涂覆的丙酮硝酸处理的碳布试样在0.05~2GHz范围内,试样的电磁屏蔽效能曲线的最大特征峰值位置发生了325MHz的变化,屏蔽效能曲线的总面积增长了14.1%,对电磁屏蔽性能的改善不明显;导电炭黑涂覆的丙酮硝酸聚吡咯处理的碳布试样的电磁屏蔽效能曲线的最大特征峰值位置只发生了75MHz的变化,屏蔽效能曲线的最大特征峰值降低了0.68dB电磁屏蔽效能曲线的总面积也仅增长了4.8%,导电炭黑的涂覆和聚吡咯的处理在0.05~2GHz范围内并没有明显的改变碳布的均匀结构;导电炭黑涂覆过后的样的电磁屏蔽效能曲线与只经过丙酮硝酸处理试样的相比则发生了很明显的变化,对不同频率的电磁波有了选择性的屏蔽效果。  采用弓形测试法和微波分光计测试法,自建测试台,测得在2GHz范围内,用极坐标表示圆形轨道上微波圆场散射强度的分布。  通过改变电磁波入射方向和试样法线方向的夹角得到微波圆场散射强度的分布规律是,散射强度分布图中峰值出现与镜面反射和透射方向相关,其整体屏蔽效能0°>30°>60°,而屏蔽效能的增加显然与电磁波穿透厚度增加有关,但也有一定的例外。通过自制布面以及骨架制备了一种简易屏蔽室,并且通过实验证明屏蔽室具有良好的电磁屏蔽性能。在简易屏蔽室内,接收天线几乎接收不到电磁波信号。
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