碳纤维碳纤维电磁屏蔽织物织物
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碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用
碳纤维在电磁屏蔽材料中被广泛应用,尤其是近年来,随着有机碳纤维材料和碳纤维
复合材料的发展,其在电磁屏蔽领域的应用越来越多。
首先,碳纤维材料具有很好的绝缘性能,用作电子器件的真空外壳材料,可以有效地
阻止电磁波的传播,保证设备的功率安全性。
其次,由于碳纤维材料具有良好的电磁屏蔽性,它可以实现固体和液体的绝缘,实现电子设备和其他物体的隔离传导,提供有效的电
磁屏蔽技术来保护电子设备免受电磁干扰的影响。
此外,碳纤维材料还具有优良的耐热性能,在高温环境下也能维持很好的功能性能。
碳纤维电磁屏蔽材料可以有效地阻止高温下的热量传输,减少结构和设备的损坏。
另外,碳纤维本身具有较低的密度,可以满足屏蔽设备质量必须轻量化的性能要求,
同时又保证其结构的空间紧凑度,极大地提高了屏蔽设备结构的可靠性和安装效率。
此外,碳纤维电磁屏蔽材料具有防腐蚀、抗老化、防火等特性,可以延长屏蔽设备的
使用寿命,进一步优化屏蔽设备的性能。
综上所述,碳纤维是一种具有良好电磁屏蔽特性的新型复合材料,具有良好的性能和
多种功能,在电磁屏蔽设备中的应用具有较高的价值,是未来电磁屏蔽技术研发的新方向。
碳纤维对电磁波屏蔽原理
碳纤维对电磁波屏蔽的原理
电磁波是一种无线电波,由电磁场和磁场交替形成,可以传播在真空中或在各种介质中。
电磁波的频率范围非常广泛,包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
然而,由于电磁波的特性,它们在某些情况下会对人体和设备产生不利影响,因此需要进行屏蔽。
碳纤维是一种由碳元素组成的纤维材料,具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,在航空、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。
同时,碳纤维还具有良好的电磁波屏蔽性能,可以有效地屏蔽电磁辐射。
碳纤维对电磁波屏蔽的原理主要包括吸收、反射和散射三个方面。
碳纤维材料具有较高的电导率,能够吸收电磁波的能量。
当电磁波通过碳纤维时,其能量会被传导到碳纤维内部,并转化为热能。
这种吸收作用可以有效地减少电磁波的传播和反射,从而降低电磁辐射对周围环境的影响。
碳纤维表面的电导率也能够反射电磁波。
当电磁波遇到碳纤维表面时,一部分电磁波会被碳纤维反射回去,形成镜面反射。
碳纤维的电导率高,能够有效地反射电磁波,从而减少电磁波的传播距离。
碳纤维的纤维结构也能够散射电磁波。
当电磁波通过碳纤维时,碳
纤维的纤维结构会对电磁波进行散射,使电磁波的传播方向发生改变。
这种散射作用可以使电磁波的能量分散,减少电磁辐射的强度。
碳纤维对电磁波的屏蔽主要通过吸收、反射和散射三种方式来实现。
碳纤维具有高电导率和纤维结构特点,能够吸收电磁波的能量,反射电磁波并将电磁波的传播方向进行散射,从而有效地降低电磁辐射的影响。
因此,在电子设备、航空航天、医疗保健等领域中,碳纤维是一种理想的电磁波屏蔽材料。
混凝土中添加导电材料的电磁屏蔽方法一、背景随着电子设备的普及,电磁辐射的问题越来越受到关注。
电磁辐射不仅会对电子设备造成干扰,还会对人体健康产生不良影响。
因此,对于一些对电磁辐射敏感的场所,如医院、实验室等,需要采取一些措施来防止电磁辐射。
其中,混凝土作为一种常用的建筑材料,其具有较强的防护能力,可以用于电磁屏蔽。
而通过添加导电材料,可以提高混凝土的导电性,进一步增强其电磁屏蔽能力。
二、添加导电材料的选择1.碳纤维碳纤维具有较强的导电性,可以有效地增强混凝土的导电性。
此外,碳纤维还具有高强度、耐腐蚀等优点,可用于增强混凝土的力学性能。
2.铜粉铜粉是一种较常见的导电材料,其导电性能优良,可以用于增强混凝土的导电性。
同时,铜粉还具有良好的耐腐蚀性和耐久性。
3.金属纤维金属纤维具有较好的导电性能,可以用于增强混凝土的导电性。
金属纤维还具有高强度、耐腐蚀等优点,可用于增强混凝土的力学性能。
三、添加导电材料的方法1.混凝土预制品中添加导电材料将导电材料与混凝土预制品的原材料混合,然后进行振捣、浇注、养护等工艺步骤,制成具有较好导电性的混凝土预制品。
2.施工现场中添加导电材料在混凝土搅拌过程中,适量添加导电材料,并进行充分搅拌,然后进行浇筑、振捣、养护等工艺步骤,制成具有较好导电性的混凝土构件。
四、导电混凝土的应用导电混凝土可以用于电磁屏蔽,可应用于医院、实验室、机房等对电磁辐射敏感的场所。
同时,导电混凝土还可以应用于防雷、防静电等领域。
五、导电混凝土的优缺点优点:1.导电混凝土具有较好的导电性能,可以有效地防止电磁辐射。
2.导电混凝土具有较好的力学性能,可以用于增强构件的强度和耐久性。
3.导电混凝土具有较好的耐腐蚀性能,可以用于长期在恶劣环境下使用。
缺点:1.导电混凝土的成本较高。
2.导电混凝土的制备技术相对较为复杂,需要专业人员进行制备。
六、结论导电混凝土是一种有效的电磁屏蔽材料,可以应用于电磁辐射敏感的场所。
碳纤维碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。
碳纤维具有许多优良性能,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。
良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。
其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。
碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A,各平行层面间的各个碳原子,排列不如石墨那样规整,层与层之间借范德华力连接在一起。
通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。
当孔隙率低于某个临界值时,孔隙率对碳纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和拉伸强度无明显的影响。
有些研究指出,引起材料力学性能下降的临界孔隙率是1%-4%。
孔隙体积含量在0-4%范围内时,孔隙体积含量每增加1%,层间剪切强度大约降低7%。
通过对碳纤维环氧树脂和碳纤维双马来亚胺树脂层压板的研究看出,当孔隙率超过0.9%时,层间剪切强度开始下降。
由试验得知,孔隙主要分布在纤维束之间和层间界面处。
并且孔隙含量越高,孔隙的尺寸越大,并显著降低了层合板中层间界面的面积。
当材料受力时,易沿层间破坏,这也是层间剪切强度对孔隙相对敏感的原因。
另外孔隙处是应力集中区,承载能力弱,当受力时,孔隙扩大形成长裂纹,从而遭到破坏。
即使两种具有相同孔隙率的层压板(在同一养护周期运用不同的预浸方法和制造方式),它们也表现处完全不同的力学行为。
防电磁辐射材料
首先,铝箔是一种常见的防电磁辐射材料。
铝箔具有良好的屏蔽性能,可以有效地阻挡电磁波的传播,减少电磁辐射对人体的影响。
因此,在一些需要进行电磁屏蔽处理的场合,铝箔被广泛应用。
例如,在电子产品的内部结构设计中,常常会使用铝箔作为屏蔽材料,以减少电磁干扰。
此外,铝箔还可以用于制作电磁辐射防护服装、窗帘等,为人们提供更加安全的生活环境。
其次,碳纤维也是一种常用的防电磁辐射材料。
碳纤维具有良好的导电性能和屏蔽性能,可以有效地吸收和散射电磁波,减少电磁辐射的影响。
因此,碳纤维被广泛应用于电磁屏蔽材料的制造中。
在一些高频电磁辐射环境下,穿戴碳纤维制成的防护服装可以有效地保护人体免受电磁辐射的侵害。
此外,碳纤维还可以用于制作电磁屏蔽窗帘、隔断等,为人们创造一个更加安全的居住和工作环境。
除了铝箔和碳纤维,还有一些其他材料也具有一定的防电磁辐射效果,如金属网格、铁氟龙等。
这些材料在不同场合下都有着各自的优势和适用性,可以根据实际需要进行选择和应用。
总的来说,防电磁辐射材料在现代社会中具有着重要的意义,它们可以有效地保护人们免受电磁辐射的危害,为人们的健康提供保障。
随着科技的不断发展,相信会有更多更好的防电磁辐射材料被研发出来,为人类创造一个更加安全、健康的生活环境。
希望本文所介绍的防电磁辐射材料能够对大家有所帮助,也希望大家在日常生活中能够重视电磁辐射对健康的影响,采取有效的防护措施,保护自己和家人的健康。
同时,也希望科研人员能够不断努力,研发出更加优秀的防电磁辐射材料,为人类的健康和安全作出更大的贡献。
高性能复合材料在纺织中的应用纺织行业作为人类生活中不可或缺的一部分,一直在不断地创新和发展。
近年来,高性能复合材料的出现为纺织领域带来了新的机遇和挑战。
高性能复合材料具有优异的性能,如高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等,这些特性使得它们在纺织中的应用日益广泛,为纺织产品赋予了更多的功能和更高的品质。
一、高性能复合材料的种类及特点(一)碳纤维复合材料碳纤维具有极高的强度和模量,同时重量轻。
在纺织中,碳纤维复合材料常用于制造高性能的运动服装、防护装备等。
其良好的导电性还使其在防静电和电磁屏蔽方面具有应用潜力。
(二)芳纶复合材料芳纶具有出色的耐高温和阻燃性能,强度也较高。
在纺织领域,常用于制作防火服、高温作业服以及防弹衣等,能够为使用者提供有效的保护。
(三)玻璃纤维复合材料玻璃纤维价格相对较低,强度较好。
在纺织中,可用于增强一些普通织物的性能,如增强帐篷布、输送带等的强度和耐用性。
(四)陶瓷纤维复合材料陶瓷纤维具有极高的耐高温性能,在高温过滤、防火隔热等领域的纺织应用中表现出色。
二、高性能复合材料在纺织中的具体应用(一)功能性服装1、运动服装高性能复合材料能够提高运动服装的弹性、透气性和耐磨性。
例如,在运动内衣和紧身裤中加入弹性较好的复合材料,能够提供更好的支撑和舒适度,减少运动过程中的摩擦和疲劳。
2、防护服装在一些危险工作环境中,如消防、化工等,防护服装至关重要。
高性能复合材料制成的防护服能够有效地抵御高温、火焰、化学物质等的侵害,保障工作人员的生命安全。
(二)家用纺织品1、窗帘和遮阳布具有耐高温、耐紫外线的复合材料制成的窗帘和遮阳布,能够更好地阻挡阳光,延长使用寿命。
2、床上用品加入高性能复合材料的床垫、枕头等床上用品,可以提高其支撑性和透气性,改善睡眠质量。
(三)工业用纺织品1、过滤材料在工业过滤领域,高性能复合材料制成的过滤布能够有效地过滤微小颗粒和有害物质,提高过滤效率和使用寿命。
2、输送带用于输送带的制造,能够增加输送带的强度和耐磨性,减少维修和更换的频率,提高生产效率。
碳纤维材料性能及电磁屏蔽应用摘要介绍碳纤维材料的性能及其主要用途,并简要分析电磁屏蔽原理。
综述了碳纤维作为电磁屏蔽材料的主要应用形式以及研究现状。
关键词碳纤维复合材料电磁屏蔽Abstract: In this paper, carbon fiber property and its main application are introduced briefly, and the principle of EMS(Electromagnetic shielding) is analyzed in brief. Then the development and applications of carbon fiber in EMS composites are reviewed in detail.Key word: carbon fiber composites EMS(Electromagnetic shielding)前言碳纤维(Carbon Fiber)主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上[1,2]。
碳纤维呈黑色,密度比金属铝低,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性。
既有碳材料“硬”的固有特征,又兼备纺织纤维“柔”的可加工性,是新一代军民两用新材料,广泛应用于航空、航天、交通、体育休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。
碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面发挥着重要作用,对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义。
1 碳纤维产品特性及其产品用途碳纤维是由含碳量较高,在热处理过程中不熔融的人造化学纤维,经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
碳纤维与钻石一样,是主要由碳元素组成的物质,碳纤维主要具备以下特性:①轻质高强,其比重为铁的四分之一,比强度为铁的10倍,,尤其是高弹模量碳纤维,其抗拉强度比钢材大68倍,弹性模量比钢材大1.8~2.6倍。
碳纤维在半导体领域的应用引言:碳纤维是一种具有轻质、高强度、高模量和优异导电性能的材料,因此在半导体领域具有广泛的应用。
本文将介绍碳纤维在半导体领域的应用,包括碳纤维作为导电材料、支撑材料和散热材料的应用。
一、碳纤维作为导电材料的应用碳纤维具有优异的导电性能,因此在半导体领域广泛应用于导电材料方面。
首先,碳纤维可以用作电极材料,例如在电化学传感器中,碳纤维电极能够提供稳定的电流传输和较大的比表面积,从而提高传感器的检测灵敏度。
其次,碳纤维还可以用作电磁屏蔽材料,碳纤维织物可以有效地屏蔽电磁波,减少对电子设备的干扰。
此外,碳纤维还可以用作电池电极材料,碳纤维电极具有较高的比容量和较长的循环寿命,有望应用于高性能锂离子电池和超级电容器中。
二、碳纤维作为支撑材料的应用碳纤维具有轻质和高强度的特点,因此在半导体领域被广泛应用于支撑材料方面。
首先,碳纤维可以用作半导体器件的载流子引线,碳纤维引线具有较低的电阻和较高的载流能力,可以提高器件的工作效率。
其次,碳纤维还可以用作半导体封装材料的支撑结构,碳纤维支撑结构具有较高的刚度和较低的热膨胀系数,可以提高封装材料的稳定性和可靠性。
此外,碳纤维还可以用作半导体芯片的基座材料,碳纤维基座具有较好的散热性能和机械强度,可以有效降低芯片的工作温度,提高芯片的可靠性和寿命。
三、碳纤维作为散热材料的应用碳纤维具有良好的导热性能和散热性能,因此在半导体领域被广泛应用于散热材料方面。
首先,碳纤维可以用作散热片材料,碳纤维散热片具有较高的导热系数和较大的表面积,可以有效地将芯片产生的热量传导到散热片上,提高散热效率。
其次,碳纤维还可以用作散热模块的散热管材料,碳纤维散热管具有较好的导热性能和机械强度,可以有效地将芯片产生的热量传导到散热模块的散热片上,提高散热效率。
此外,碳纤维还可以用作散热风扇的叶片材料,碳纤维叶片具有较低的密度和较高的刚度,可以提高风扇的工作效率和散热能力。
纺织工程中新材料的应用探索纺织工程作为一门涉及纤维、纱线、织物及其加工工艺的学科,一直以来都在不断地发展和创新。
其中,新材料的应用为纺织行业带来了新的机遇和挑战。
本文将探讨纺织工程中一些具有代表性的新材料及其应用,包括高性能纤维、智能材料和环保材料等,并分析它们对纺织行业的影响。
一、高性能纤维高性能纤维是具有优异的物理性能和化学性能的纤维材料,如碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维等。
碳纤维具有高强度、高模量和低密度的特点,在航空航天、汽车制造和体育用品等领域得到广泛应用。
在纺织工程中,碳纤维可用于制造高性能的纺织复合材料,如碳纤维增强织物。
这些织物具有出色的强度和刚度,可用于制造飞机的结构部件、汽车的轻量化零部件以及高性能的运动装备,如网球拍、自行车车架等。
芳纶纤维具有耐高温、阻燃、高强度和高模量等特性,被广泛应用于防护服装、航空航天和电子电气等领域。
在纺织领域,芳纶纤维常用于制造防火服、防弹衣等防护用品,以及耐高温的输送带和电缆等工业用品。
超高分子量聚乙烯纤维具有极高的强度和耐磨性,在绳索、防护装备和渔网等领域有着重要的应用。
在纺织工程中,它可以用于制造高强度的绳索和渔网,以及具有良好耐磨性能的防护服。
二、智能材料智能材料是指能够感知外界环境变化并做出相应响应的材料。
在纺织工程中,常见的智能材料包括形状记忆材料、相变材料和导电纤维等。
形状记忆材料能够在一定条件下改变形状,并在特定条件下恢复原始形状。
例如,形状记忆合金丝可以被编织到织物中,用于制造具有形状记忆功能的服装,如能够自动调整领口和袖口形状的衬衫。
相变材料能够根据环境温度的变化吸收或释放热量,从而实现温度调节的功能。
将相变材料微胶囊化后可以嵌入到纺织纤维中,制造出具有调温功能的织物,这种织物可用于制作保暖服装和智能床上用品,能够根据人体的温度和环境温度自动调节热量,提供舒适的穿着和使用体验。
导电纤维具有良好的导电性,可用于制造抗静电织物和智能电子纺织品。
碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用
碳纤维(Carbonfiber)是一种高性能的复合材料,由含碳的聚合物组成,具有极高的抗张强度。
它广泛应用于航空航天、汽车和运动器材等领域,是挑战海拔纪录、壁垒各地的实现力量。
碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用,更是发挥了无与伦比的作用。
电磁屏蔽材料是指以金属或非金属为主要成分,通过物理或化学手段,利用金属和非金属等物质的良好体性,使外来的电磁波无法通过屏蔽物质,达到抑制电磁波的作用。
现代的电磁屏蔽除了传统的金属屏蔽外,还有混合碳纤维屏蔽,由碳纤维和其他材料混合而成。
碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用,可以大大改善电磁屏蔽质量和性能,从而更好地保护免受电磁波的影响。
碳纤维具有抗张强度高,抗拉强度高,体积密度低,吸收程度高等特点,因而能够有效抑制电磁波对环境的侵害。
另外,碳纤维可以有效地吸收外来的电磁波,预防高能电磁辐射对人身和设备的危害。
碳纤维不仅能够用作电磁屏蔽材料,还能够用来提高其他电磁屏蔽材料的性能,这种综合效应更好地抑制电磁波的侵害。
例如,碳纤维可以与其他金属合金混合,制成更具弹性的合金屏蔽材料,具有极高的电磁屏蔽效果。
此外,碳纤维还可以用作电磁屏蔽涂层,可以有效地安装在电器设备上,防止电磁波对设备产生的影响。
由于碳纤维具有较低的导热性,同时可以保护环境免受电磁波的侵害,所以在电磁屏蔽应用中非常有用。
另外,碳纤维具有高强度和较低的重量,可以减轻电磁屏蔽材料的重量,减少安装的难度,也可
以节约成本。
总之,碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用,可以提高电磁屏蔽材料的性能,降低电磁波对环境和人身的危害,进而更好地保护我们的社会环境。
电磁屏蔽织物的研究进展杨召;佐同林【摘要】阐述了电磁屏蔽织物作用机理,对金属纤维混纺方式、金属涂层方式、真空镀方式等几种金属化方式作了概括总结,并对金属涂层织物、真空镀织物、化学镀织物、电镀织物等几种常见金属化织物的电磁屏蔽性能进行归纳,介绍了织物经金属化之后包括手感、耐摩擦性、透气性等在内的性能变化情况;概括了每种电磁屏蔽织物的应用领域和方向,并罗列出在金属化织物研究方面比较突出的一些案例;最后探讨了电磁屏蔽织物存在的问题和发展前景.【期刊名称】《毛纺科技》【年(卷),期】2016(044)001【总页数】5页(P14-18)【关键词】织物;电磁屏蔽;金属镀层;金属化【作者】杨召;佐同林【作者单位】内蒙古工业大学轻工与纺织学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学轻工与纺织学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TS106随着科技的发展,电磁波给人类生活带来质的飞越的同时,也对人类构成了危害。
从日常的手机到高压输电线,从电脑、电视、电冰箱、电热毯、微波炉到雷达发射装置、电子导航装置等,一方面使人类的生活更加方便快捷;另一方面,电磁波辐射又给人类带来了不可忽视的健康危害,如失眠多梦、心悸、免疫功能下降等。
为了应对这些潜在问题,纺织品是否具备电磁屏蔽性能及其屏蔽效能大小被提上议程,因此电磁屏蔽织物很快被广泛关注和研究。
电磁屏蔽织物主要是指用某些电或磁的导体材料做成屏蔽体,把被电磁波辐射的区域屏蔽起来,形成一个被保护的空间,以使电磁能量被反射或被吸收,进而发生较大的能量减损过程[1]的一类功能性纺织品。
电磁屏蔽效能计算见式(1),电磁屏蔽机制见图1。
式中:SE为屏蔽效能;A为吸收损耗;B为多次反射损耗;R为反射损耗。
不同应用领域对电磁屏蔽效果的要求不尽相同,SE值越大,表明电磁屏蔽效果越好,不同应用领域对电磁屏蔽性能的要求如表1所示。
国内外关于电磁屏蔽织物的研究已有很多,其所选用的基材主要为涤纶、芳族聚酰胺以及碳纤维等,且以涤纶为最多。
第2期2020年6月No. 2 26Jun. , 2020FIBER COMPOSITES纤维复合材料摘 要 随着电子技术的广泛应用,电磁波引起的电磁干扰问题日益严重,电磁屏蔽成为当前国际上迫切需要解决的问题,电磁屏蔽材料的研究成为人们越来越关注的重要内容。
本文阐述了电磁屏蔽材料的种类,电磁屏蔽原理以及碳纤维性能特点。
同时,制备碳纤维复合材料电磁屏蔽效能试样,在30MHz-1.5GHz 频率范围内用同轴传输线法进行了电磁屏蔽效能的测试。
实验结果表明:在30MHz-1.5GHz 频率范围内,碳纤维复合材料的电磁屏蔽效能在32.3dB-43.1dB 之间。
关键词 碳纤维;复合材料;电磁屏蔽;屏蔽效能碳纤维复合材料电磁屏蔽性能研究刘甲秋,伊翠云,刘芳芳,杨纪龙,李军(哈尔滨玻璃钢研究院有限公司,哈尔滨 150028)ABSTRACT With the wide application of electronic technology, electromagnetic interference caused by electromagnetic wave is becoming more and more serious. Electromagnetic shielding has become an urgent problem in the word. The research of electromagnetic shielding materials has become an important content that people pay more and more attention to. This paper introduces the importance of electromagnetic shielding materials, the principle of electromagnetic shielding and the characteristics of carbon fiber. At the same time, the electromagnetic shielding effectiveness of carbon fiber composites was tested in the frequency range of 30MHz-1.5 GHz by the coaxial transmission line method. The results show that the electromagnetic shielding effectiveness of carbon fiber composites is between 32.3 dB-43.1 dB in the frequency range of 30MHz-1.5GHz.KEYWORDS carbon fiber; composite; electromagnetic shielding; shielding effectivenessStudy on Electromagnetic Shielding Properties of Carbon FiberCompositesLIU Jiaqiu, YI Cuiyun, LIU Fangfang, YANG Jilong, LI Jun(Harbin FRP Institute Co., Ltd., Harbin 150028)1 前言随着电子技术的广泛应用,当前的电磁环境越来越复杂,电磁波引起的电磁干扰 (EMI) 与电磁兼容(EMC)问题日益严重。
碳纤维碳纤维电磁屏蔽织物织物
作者:吴瑜
来源:《科学与技术》2018年第25期
摘要:论述了碳纤维电磁屏蔽织物材料的屏蔽原理,分析了目前制备碳纤维电磁屏蔽织物织物材料的技术手段,综述了表面镀金属织物、表面涂覆织物、贴金属箔织物、导电纤维混纺织物的研究现状,叙述了织物碳纤维电磁屏蔽织物的性能测试,简要介绍了国内外碳纤维电磁屏蔽织物织物的生产现状及趋势。
关键词:碳纤维电磁屏蔽织物;织物;屏蔽材料
引言
随着科技的迅速发展,电磁波在航空、航天、通信、家用电器、军事等领域得到广泛的应用,随之电磁污染问题也日渐突出。
电磁波向外辐射的电磁能量正在以每年7%-14%的
1 碳纤维电磁屏蔽织物的原理
电磁辐射是指电磁场能量以频率
30-30000MHz电磁波的形式向外发射。
电磁波在传播途中遇到障碍物时,受障碍物的反射和吸收作用,能量发生衰减。
通常,屏蔽材料对空间某点的屏蔽效果用屏蔽效能(Shielding Effectiveness,SE)表示,即 SE=20lg(E0/E),其中,E0是无屏蔽材料时该点场强,E是有屏蔽体后该点场强。
2 碳纤维电磁屏蔽织物织物制备技术
碳纤维电磁屏蔽织物织物具有良好的导电性能,又可保持织物材料透气、柔韌、可折叠、粘结等特性,可制成屏蔽服、屏蔽帐篷及屏蔽室材料等,以保障人身、信息安全等,是理想的碳纤维电磁屏蔽织物材料。
其按照制备工艺可分为以下几种。
2.1表面镀金属屏蔽织物
这类织物材料是在织物表面附着一层导电层,主要通过反射损耗达到屏蔽的目的。
常用的制备技术包括化学镀、电镀、真空镀等。
2.2涂层屏蔽织物
涂层屏蔽织物是在织物涂层剂中加入适当的金属粉末、金属氧化物或者非金属导电材料;或让涂层剂中含有高分子成膜剂、导电成分涂料,涂覆在织物表面,使织物具有电磁蔽效果。
该方法制备的屏蔽织物材料屏蔽效果一般、不透气、手感性较差,目前应用较为局限。
Lee[18]等使用聚吡咯和AgPd 金属混合物在织物或非织造布上涂层,得到产品的屏蔽效果在8-80dB,并具有良好的吸波性能,是一种比较有前途的吸波纺织品。
Hong[19]等研究了经蒽醌磺酸或萘磺酸处理的聚吡咯,并加入适量的Ag纳米粒子,涂覆于PET织物表面,屏蔽性能超过
30dB,并且屏蔽机制以涂层材料的吸波为主。
Kim[20] 等在PET 织物上聚合一层本征型导电聚合体,其复合织物材料屏蔽效果达到36dB。
义小苏等[21]采用单臂碳纳米管作为导电填料,制备的单臂碳纳米管无纺布厚度在100nm—1μm,材料的性能优良且比重较轻。
2.3 贴金属箔
贴金属箔是利用铝箔和铜箔等金属薄膜同织物经胶黏剂复合制成的材料,其中表面金属箔起到屏蔽电磁波的作用。
它的优点是方法简单、粘结强度高、不易部分脱落、导电性能良好,但织物材料的透气性及柔软程度较差,目前常见的贴金属箔织物多用于消防防护服,主要通过反射高温辐射能,达到保护人体的作用。
2.4 导电纤维混纺织物
该类织物主要将导电纤维与普通纤维经混纺技术织成的织物。
常用的导电纤维主要有镍纤维、铜纤维和碳纤维等,这种工艺制备的碳纤维电磁屏蔽织物织物材料主要应用于防辐射服、保密室窗帘、精密仪器防护罩及活动式屏蔽帐篷等。
Chen[22-23]等人将铜纤维与PET纤维等混纺制出的碳纤维电磁屏蔽织物织物,表面覆有金属 Cu、Zn、Sn纤维材料,在30-1000 MHz 频率范围内,屏蔽效果达到30dB以上,进行6层层压的碳纤维电磁屏蔽织物织物材料屏蔽效果达到55dB以上。
中国山西华丽服饰科技发展有限公司开发的碳纤维电磁屏蔽织物织物材料,将不锈钢纤维均匀分布在涤棉纤维中,在10GHz时织物的屏蔽性能达到34.77dB。
2.5 多离子碳纤维电磁屏蔽织物织物
多离子碳纤维电磁屏蔽织物织物材料是当今最先进的第六代屏蔽电磁辐射材料,采用先进的物理和化学工艺对金属进行离子化处理。
目前国内产业化的主要是红豆集团与科研单位联合开发的多离子碳纤维电磁屏蔽织物夹克衫,其电磁辐射屏蔽衰减达到99.4%,可用于多种场合的电磁辐射防护,也可应用于军队保密、伪装等领域。
3 织物的碳纤维电磁屏蔽织物性能测试
衡量材料的电磁波屏蔽性能的指标是屏蔽效能(SE),其定义为在同一激励电平下,有
屏蔽材料与没有屏蔽材料时所接收到的功率之比或电压之比,并以对数表示:
SE=20lg(V0/V1)=10lg(P0/P1)(1)
式中SE为屏蔽效能,dB;V0为无屏蔽材料时的接受电压;V1为有屏蔽材料时的接受电压;P0为无屏蔽材料时的接受功率;P1为有屏蔽材料时的接受功率。
也可根据有无屏蔽材料时电磁波电场和磁场的变化来定义屏蔽效能:
SEE=20lg(E0/Es);(2)
SEH=20lg(H0/Hs)。
(3)
式中E0,H0为屏蔽前电场强度(V/m)和磁场强度(A/m);Es、Hs为屏蔽后的电场强度(V/m)和磁场强度(A/m)。
根据屏蔽材料距离电磁辐射源的距离不同,碳纤维电磁屏蔽织物材料屏蔽效能测试方法可以分为远场测试法和近场测试法[24-25]。
远场为屏蔽体到电磁辐射源的距离r≥λ/2π的区域,λ为辐射电磁波波长,远场区电场和磁场相互垂直,相位相同,任一点 E和H能量各占一半,且随着r的增加而衰减,因而SEE= SEH,目前国内外使用最多的是同轴测试方法;近场是指屏蔽体到电磁辐射源的距离r
4 国内外发展现状及趋势
国内外通过改进纺纱工艺提高生产技术,相继开发出了多种防护织物以适应市场需要。
例如,瑞士Swissshield公司的电磁防护织物Swissshield是用一种非常细的金属丝作芯纱,通过一种特殊的纺纱工艺将棉或涤纶等纤维包在外面,可反射99%的电磁辐射;AsahiKasei公司将导电纤维交织到涤纶面料中,可以屏蔽97%甚至更高的电磁波,还具有良好的抗静电性能和微生物控制功能[27];日本大阪的 Daiwabo公司推出了一种柔韧性好且能经受普通纺织加工的金属涂层纤维,该纤维是利用一种连带催化剂的化学镀层技术制得[28]。
目前在国际上,供应碳纤维电磁屏蔽织物织物产品的只有几家企业,如韩国Metaline、德国 Schlegal、Shiedex、美国英国跨国公司 Laird 和日本Seiren,这些公司技术力量雄厚,在碳纤维电磁屏蔽织物材料行业已有多年的技术经验,产品的性能稳定,其采用的技术已从污染严重的电镀或化学镀工艺向环保的技术工艺发展,如采用先进的等离子技术、超临界技术等,同时也有部分公司采用先进的编织技术、混纺技术织造碳纤维电磁屏蔽织物材料,产品档次高、性能稳定、生产效率高。
与此同时,这些公司加大对吸波材料的研究,尤其是智能隐身材料的研究,部分先进的技术已应用到武器装备中,而国内对于智能型吸波材料的研究仍处于探索性阶段,技术力量相对薄弱,研究主要集中在概念及基础理论研究、机体智能材料及结构元件的研制等方面。
对于新型多离子碳纤维电磁屏蔽织物织物的研究开发,国内的技术相对薄弱,虽已有新产品面市,但价格昂贵。
新型的碳纤维电磁屏蔽织物织物材料将向吸波织物材料[29-31]的方向发展,并且要求屏蔽织物材料具有“薄、轻、宽、强”的特性,同时需要建立相應的屏蔽理论、材料的表征参数及材料的设计机制。
采用纺织复合方法制备的碳纤维电磁屏蔽织物织物是充分开发现有材料性能潜力、增进材料吸波性能的一种有效方法。
而随着碳纤维电磁屏蔽织物织物材料需求的不断扩
大,对碳纤维电磁屏蔽织物织物的性能要求也越来越高,不仅要求织物材料具有抗宽频碳纤维电磁屏蔽织物波辐射、耐候性、可热封、可折叠等优点,而且还希望织物具有穿着舒适、抗紫外线辐射、抗菌等功能。
参考文献
[1]潘智勇,张慧,吴中伟等. 碳纤维电磁屏蔽织物织物材料研究进展[J]. 科技导报,2009,(27):86-91.
[2]赵灵智,胡社军,何琴玉,等. 碳纤维电磁屏蔽织物材料的屏蔽原理与研究现状[J].包装工程,2006(2):1-4.
(作者单位:国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心)。