連續(xù)碳纖維表面金屬化及其復(fù)合材料電磁屏蔽性能研究.pdf

1、隨著電子設(shè)備的高頻化、數(shù)字化，干擾信號(hào)的能量密度極度增大，有限空間的電磁環(huán)境發(fā)生前所未有的惡化，嚴(yán)重影響社會(huì)進(jìn)程與人類生存和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。因此，電磁屏蔽材料的研究與發(fā)展成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重要課題。隨著科技的發(fā)展，新型電磁屏蔽材料的研究向著高屏蔽效率、低密度的方向發(fā)展。碳纖維具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，并且導(dǎo)電性良好的特點(diǎn)，可直接用于輕質(zhì)屏蔽材料的制備，本課題采用連續(xù)電鍍和化學(xué)鍍的方法對(duì)碳纖維進(jìn)行表面金屬化，并將其填充于低密度的高分

2、子材料基體，制備出新興電磁屏蔽復(fù)合材料，該材料具有高效、質(zhì)輕等突出優(yōu)點(diǎn)，有望在電磁屏蔽材料領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
　　 本課題研究了連續(xù)碳纖維表面金屬化改性的化學(xué)鍍工藝和電鍍工藝，理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)對(duì)于碳纖維這樣的小直徑束狀連續(xù)材料，采用電鍍工藝可比化學(xué)鍍工藝獲得更好的表面金屬化效果。因此本課題開發(fā)出我國(guó)第一條碳纖維表面連續(xù)電鍍鎳工藝的生產(chǎn)設(shè)備。由該設(shè)備制備的鍍鎳碳纖維鍍層均勻致密，鍍層厚度可調(diào)。
　　 采用鍍鎳碳纖維

3、制備的三維編織鍍鎳碳纖維/環(huán)氧樹脂(Ni-CF3D/EP)復(fù)合材料比三維編織碳纖維/環(huán)氧樹脂(CF3D/EP)復(fù)合材料具有更高和更平穩(wěn)的電磁屏蔽性能。在30～150 MHz頻率范圍內(nèi)，鍍鎳碳纖維的屏蔽優(yōu)勢(shì)尤為突出，Ni-CF3D/EP復(fù)合材料的屏蔽效能比CF3D/EP復(fù)合材料高約40 dB。當(dāng)在Ni-CF3D/EP復(fù)合材料中加入5％的導(dǎo)電介質(zhì)(鎳包石墨)時(shí)，復(fù)合材料具備更加優(yōu)異的電磁屏蔽性能，屏蔽值比之前提高10 dB。通過(guò)對(duì)莎皮羅絲網(wǎng)

4、材料電磁屏蔽效能計(jì)算模型的修正，得到適用于編織材料的電磁屏蔽效能計(jì)算理論模型。
　　 以鍍鎳碳纖維為屏蔽填料制備的鍍鎳碳纖維/硅橡膠(Ni-CF/VMQ)屏蔽復(fù)合材料同樣具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能。當(dāng)纖維含量為80 phr時(shí)，復(fù)合材料達(dá)到最佳的綜合性能，在30～1200 MHz頻率范圍內(nèi)Ni-CF/VMQ復(fù)合材料的電磁屏蔽效能均在80 dB以上，此時(shí)材料的拉伸強(qiáng)度為3.23MPa，密度1.37 g/cm3，性能優(yōu)于前人研究以粉末狀填

5、料制備的電磁屏蔽橡膠(拉伸強(qiáng)度1.5 MPa，密度3g/cm3)。
　　 根據(jù)Schelkunoff電磁屏蔽理論的指導(dǎo)，本課題還研究制備了兼具高導(dǎo)電和高導(dǎo)磁性能的表面沉積鎳/四氧化三鐵納米顆粒(Ni/Fe3O4-NPs)復(fù)合鍍層的碳纖維，并對(duì)復(fù)合鍍層的沉積機(jī)理進(jìn)行了研究，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入兩步吸附理論模型發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型完全吻合，說(shuō)明Ni/Fe3O4-NPs復(fù)合鍍層的沉積過(guò)程適用于兩步吸附理論模型。課題還制備了Ni/Fe3O4-