电磁透波功能复合材料的研究

碳纤维/聚合物复合材料的导电性

及电磁屏蔽性能的研究

陈耀庭　周明义　王国全　俞　炯　谷晓昱　者东梅(北京化工大学　100029)

摘　要　系统介绍了碳纤维(CF)与各种高分子材料(PVC糊树脂、木质纤维、EVA乳液、氯丁胶乳、PP、PE)的导电性能及电磁屏蔽性能。指出,其性能与CF的含量、长径比及电磁波本身频率有关,制得了各种有广泛应用价值的CF导电纸及抗静电高分子电热材料和电磁屏蔽材料。

关键词　碳纤维　导电材料　电磁屏蔽　纸　聚氯乙烯收稿日期:1997-05-230　前言

高分子材料具有良好的电绝缘性能,重量

轻、强度高,易于成型加工,为本世纪高速发展

的领域之一。但是,正由于它们具有良好的电绝缘性,因而易积聚静电电荷,在易燃、易爆场所

易引起火灾和爆炸,并且不具有抗电磁干扰的

性能。随着电子工业的迅速发展,电磁波干扰随

处可见,有时可致使电子设备和智能化仪器不能正常工作,甚至酿成灾祸。因此,研究高分子

材料的导电性能和电磁屏蔽性能具有重要的理

论意义和实际意义,在尖端技术、民品开发和抗电子污染方面的应用,亦具有广阔的开发前景。

(1)高分子导电材料的分类[1～3]

高分子导电材料可按其组成和导电性来分

类。按组成分结构型和复合材料型两大类,按导

电性能(电导率的大小)可分为五类。按组成分类结构导电型(共轭高分子、多烯高分子、杂环型、共聚型)复合材料型(抗静电型、表面处理型、导电填料型)

表1　导电高分子复合材料的分类及用途

体积电阻率8·cm功　能 用 途

107～1010半导体材料防电晕纸、带、膜;复印电极板;静电记录纸

104～107防静电材料集成电路产品包装;传送带;软管;纤维织物;导电轮胎;防爆电缆;防静电地板、地毯、垫

102～104导电材料电路元件;电缆半导体电层;

100～102电阻体材料电极材料面状发热体;传感器电极;弹性电极;光盘、镀层基材

10-2～100高导性材料电磁屏蔽材料:屏蔽外壳、屏蔽线;导电涂料;导电胶粘剂

第２期　２００２年６月　纤维复合材料　ＦＩＢＥＲ　Ｃｏ　Ｉ】Ｆ’０ＳＩＴ］　Ｎｏ．２　１３　Ｊｕｎ．，２００２　

影响玻璃纤维／不饱和聚酯树脂复合　

材料透波性能因素的研究　

孙宝华　王兴华　高　禹　（哈尔滨玻璃钢研究所，１５００３６）（空军驻长春地区军事代表窄，１３００１２）　摘要本文阐述了单层平板的透波原理，对工艺中影响材料透波的一些因素进行了研究，并对其机理进行ｒ探讨。　关键词玻璃纤维，不饱和聚酯树脂，玻璃钢，透波性能　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆａｃｔｏｒｓ　Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｗａｖｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｇｌａｓｓ／Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ　Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ　Ｒｅｓｉｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　Ｓｕｎ　Ｂａｏｈｕａ　Ｗａｎｇ　ＸｉｎｇｈＨａ　’　Ｇａｏ　Ｙｕ　（Ｈａｒｂｉｎ　ｎ｛Ｐ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１５００３６）（Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｉｎ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，１３００１２）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｌａｍｉｎａｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｄｉ￣ｕ．ｓｓｅｄ．　ＫＥＹＷＯＲＤＳ　ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ，ＵＰ　ｒｅｓｉｎ，ｎ｛Ｐ，ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｗａｖｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　

１　引　言　玻璃钢的透波性能已经得到了广泛的应用，从　保护天线的天线罩、电子对抗用的透波墙以及电视　发射塔的墙体等，这主要是因为玻璃钢能够将电气　性能、力学性能及耐侯性很好地统一起来。而玻璃　纤维／不饱和聚酯树脂复合材料由于其性能／价格比　方面的优势，成为透波产品的首选，单层玻璃纤维／　不饱和聚酯树脂复合材料的结构和以其作为蒙皮的　夹层结构是透波产品基本的结构形式。透波产品在　单程传输功率、峰值副瓣电平抬高以及波束偏转等　方面的要求都使得产品的均匀性变得非常重要，也就　是说，对产品的工艺控制提出了较为严格的要求，笔　者在工艺实践中对玻璃纤维／不饱和聚酯树脂复合材　料的含量、孑Ｌ隙率及吸水性等因素对其透波性能的影　响作了初步的研究，得出了一些规律，仅供参考。　２单层平板的透波原理　电磁波透过材料时，同时伴随着能量损失，能量　损失的原因是由于材料对电磁波的反射与吸收。一　般可以用下式来表示：　ＩＴＩ　＋Ｉ　ＲＩ　＋Ａ：１　（１）　式中：ｌＴｌ　——功率传输系数；　ｌ　Ｒｌ　——功率反射系数；　Ａ——在介质中的衰减，主要为热损耗。　材料透过电磁波的多少，取决于材料本身的介　电性能（ｅ、ｔａｎ６）、结构、厚度、入射角度等。　当电磁波自介质ｂ区入射到介质ａ区时，由于　ａ、ｂ介质的介电常数不同，一部分能量在单层平板　的前壁被反射，另一部分被透射；而透射的电磁波在　ａ介质的后壁又发生反射，且其中又有一部分能量　通过前壁，与前壁反射的电磁波相迭加，其余的电磁　波就是透过ａ介质的电磁波（图１）。在电磁波的传　输过程中，将有一部分能量由于介质损耗使电能变　成热而损失。　｜　

第26卷 第5期 无 机 材 料 学 报 Vol. 26 No. 5 2011年5月 Journal of Inorganic Materials May, 2011

收稿日期: 2010-08-12; 收到修改稿日期: 2010-10-29 基金项目: 中央高等学校基本科研业务费专项基金 Fundamental Research Funds for the Central Universities 作者简介: 陈雪刚(1983−), 男, 博士. E-mail: chenxg83@ 通讯联系人: 叶 瑛, 教授. E-mail: gsyeying@ 文章编号: 1000-324X(2011)05-0449-09 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.00449

电磁波吸收材料的研究进展

陈雪刚1, 叶 瑛1, 程继鹏2

(1. 浙江大学 海洋科学与工程学系, 杭州310028; 2. 浙江大学 材料科学与工程学系, 杭州310027)

摘 要: 吸波材料是武器装备的重要材料之一, 目前朝着“厚度薄、密度低、频段宽、吸收强”的方向发展. 本文

综述了吸波材料的最新研究方法与进展, 并提出了现有研究中存在的不足及进一步研究的方向. 目前吸波材料的

主要研究方向是制备纳米复合吸波材料, 对吸波材料进行表面改性或掺杂改性, 以及改变材料的微观形貌和结构

设计等. 然而现有的研究集中在常规吸波材料上, 以摸索性的应用研究为主, 缺乏理论的指导和突破性的创新. 进

一步的研究应以电磁波吸收理论为基础, 开发纳米复合吸波材料以及具有结构设计的纳米复合吸波材料, 并大力

开展智能吸波材料与结构以及超材料吸波材料的研究与开发.

关 键 词: 吸波材料; 铁氧体; 羰基铁; 碳纳米管; 纳米复合材料; 超材料; 综述 中图分类号: TB34 文献标识码: A

Recent Progress in Electromagnetic Wave Absorbers

EMC材料应用

572021年第1期 安全与电磁兼容引言泡沫吸波材料是以高分子发泡材料为基体，与电磁波吸收剂进行复合制备而成的复合材料，广泛应用于电磁兼容、微波暗室等领域[1]。传统的泡沫吸波材料主要采用通孔聚氨酯泡沫浸渍吸波浆料的工艺制备，存在吸波剂分布不均匀、吸波性能不稳定、长时间使用会老化变形、容易掉落粉尘等问题，并存在一定的消防安全隐患。随着现代化工技术的发展，高分子发泡材料技术已经得到了广泛应用，例如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、热塑性弹性体材料（TPE）、聚氨基甲酸酯（PU）、聚苯乙烯（PS）等多种发泡材料，常用于填充、粘接、保温、缓冲等用途。吸收剂涂覆在聚苯乙烯（EPS）泡沫小球上制作成吸波材料[2-4]，将电磁波吸收剂与高分子材料进行复合再通过发泡工艺，可制作新型的发泡型吸波材料[5-7]。PP基材的发泡吸波材料（EPPA）相对于传统的聚氨酯发泡基材浸渍[8] 及EPS涂覆型工艺制作的吸波材料具有诸多优点[7] 。由于是采用原位超临界发泡工艺，具有非常均匀的微孔结构[9] ，可以对吸波材料的电磁参数进行精确设计和测试，采用模具成型工艺可以对吸波材料外形进行多样化设计及制造。因此，新型的EPPA有望成为取代聚氨酯泡沫的新一代吸波材料，并已经开始进入工业生产及科研领域。

1 复合吸波材料设计原理角锥与铁氧体复合吸波材料外形及多层反射吸收示意如图1，其主要工作原理是在低频时电磁波需要尽量穿透上部的锥形电损耗型吸波材料，底部的磁损耗型铁氧体吸波材料起主要吸收作用；500 MHz以上频段铁氧体材料的吸收性能变差，锥形吸波材料起主要吸收作用。复合吸波材料要达到好的宽带、低频吸收性能，必须要控制好锥形吸波材料的吸收剂含量及外形设计，形成与自由空间、与铁氧体吸波材料之间的双重阻抗匹配。为了提高复合材料的匹配性能，在两种吸波材料中间增加介质匹配层的设计，也是工程上常用的方法[10] 。对单频点或者窄带来说，相对容易找到适合匹配的电磁参数[11] ，但对于宽带，这是一个非常难以解决的问题，角锥的结构使得电磁波的反射及干涉变得尤为摘要 介绍了一种新型发泡聚丙烯微孔泡沫吸波材料，并与铁氧体吸波材料进行复合后，在30~1 000 MHz的宽频带范围内有优异的反射性能。将复合后的材料应用在3 m法电磁兼容暗室，其归一化场地衰减性能仿真计算结果在±4 dB以内，其中绝大部分值在±2 dB以内，满足高性能电磁兼容电波暗室的设计要求。发泡聚丙烯微孔泡沫吸波材料相对于传统的聚氨酯泡沫吸波材料具有洁净不脱粉、不吸水、耐热性好、硬度强、长期使用不垂头变形等优点，为下一代暗室的建设提供了更多的选择。关键词 电波暗室；吸波材料；发泡聚丙烯；电磁参数；反射率；归一化场地衰减Abstract A new type of expanded polypropylene microcellular foam absorbing material is introduced. It is combined with ferrite absorbing material and achieves excellent reflectivity in the wide frequency range of 30~1 000 MHz. The material is used in the 3 m method EMC anechoic chamber to simulate the performance of the normalized site attenuation and the results are within ±4 dB, most of which are within ± 2 dB, which meets the design requirements of high-performance electromagnetic compatibility anechoic chamber. Compared with the conventional polyurethane foam material, expanded polypropylene microcellular foam absorbing material has a lot of advantages. It provides more choice for the next generation anechoic chamber construction.Keywords anechoic chamber; absorbing material; expanded polypropylene (EPP); electromagnetic parameters; reflectivity; normalized site attenuation (NSA)聚丙烯泡沫/铁氧体复合吸波材料研制及应用Development and Application of Polypropylene Foam/Ferrite Composite Absorbing Material1南京大学 2南京航天波平电子科技有限公司樊迪刚1,2 李新涛2 胡益民2 徐杰2 陈平1 伍瑞新1MATERIAL APPLICATION IN EMC58SAFETY & EMC No.1 2021复杂。对此，可以通过等效复合多层吸波材料的思路来对吸波材料进行分析和设计。材料的阻抗变化是个渐进的过程，使得入射的电磁波产生较少的反射而被各层完全吸收或者衰减掉，每一层都会产生吸收、反射和传播。电磁波在多层复合吸收材料传播的过程实际上就是振幅不同的多个波往返传播后能量得到衰减，达到电磁波被吸收的目的。与常规的单一电损耗材料不同的是，铁氧体复合吸波材料的最后一层为铁氧体磁损耗吸波材料。