表面热处理碳纤维及其增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能

在1200℃左右,将短切碳纤维进行化学气相沉积处理后,制成碳纤维增强水泥基复合材料.对处理后的碳纤维表面形貌及复合材料样品的断面进行了扫描电镜观察,利用海军研究实验室弓型反射率测试系统测试了碳纤维质量掺量为0.2%,0.5%,0.6%,1.0%时,复合材料试样在C,X,Ku波段对电磁波的反射率.结果表明:高温热处理改变了碳纤维的表面形貌,增强了纤维与基体之间的界面结合力,改善了复合材料的电磁屏蔽性能.当碳纤维掺量为0.2%时,在上述3个波段均出现最小反射率,复合材料主要吸收电磁波;当碳纤维掺量为0.5%时,复合材料主要反射电磁波.     

炭纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的电磁性能

炭纤维增强水泥基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Cement Composites,CFRC)是新发展起来的一种电磁屏蔽材料,它是防止电磁污染的防护性功能材料之一。本文阐述了炭纤维增强水泥基复合材料的制备成型工艺;分析了炭纤维掺入量和长度、水灰比和密实成型制备工艺、炭纤维分散性、养护龄期、外加剂、炭纤维表面化学气相沉积(CVD)处理等因素对CFRC力学性能、导电性能、压敏性能及电磁性能的影响。合适的炭纤维掺入量和长度、炭纤维的均匀分散、合理的水灰比和炭纤维表面处理是影响CFRC导电性能和电磁性能的主要因素。CFRC对电磁波的屏蔽效果除利用屏蔽效能从反射电磁波角度衡量外,亦可从吸收电磁波角度利用反射率进行评价。     

碳纤维增强水泥基复合材料的性能和应用

介绍了水泥混凝土材料以其抗压强度高、施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到很多限制。试验中,将碳纤维加入到水泥基体中,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是把普通的水泥建筑材料变成了具有自感知内部温度、应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料。     

铁氧体、石墨及碳纤维水泥基复合材料的电磁屏蔽性能研究

通过设计正交实验的方式研究了复掺铁氧体、石墨和碳纤维水泥基复合材料材料的电磁屏蔽效能.结果表明:在30～1500 MHz频率范围内,影响电磁屏蔽效能的主次因素分别为碳纤维、铁氧体和石墨.铁氧体、石墨和碳纤维最佳掺量为占水泥质量比34.4％、25％和1.9％,其平均电磁屏蔽效能达到33.51 dB,且电磁屏蔽效能随着试样厚度的增加而线性增大.在200～1500 MHz范围内,掺入铁氧体和碳纤维的平均屏蔽效能在37 dB左右,而掺入石墨和碳纤维的平均屏蔽效能在31 dB左右,复掺铁氧体和碳纤维试样的电磁屏蔽效能要比复掺石墨和碳纤维的屏蔽效果好.     

石墨–碳纤维水泥基复合材料的电磁屏蔽效能

采用同轴法兰–网络分析仪法研究了石墨–碳纤维水泥基材料在100kHz～1.5GHz频率范围内的电磁屏蔽性能。结果表明:水泥中石墨掺量接近渗滤阈值时,材料的屏蔽效能可获得明显改善。胶体石墨的屏蔽效能要明显好于鳞片石墨的,石墨的细度以25μm为宜,超过25μm对进一步改善屏蔽效果作用不大。碳纤维能显著提高材料的屏蔽效能,复掺石墨及碳纤维可使水泥基材料的屏效值进一步提高,其屏效值在测试频段内最高可达24dB。     

羰基铁粉-碳纤维水泥基复合材料的吸波性能

采用海军研究实验室反射率测试系统,研究了单掺碳纤维和复掺羰基铁粉碳纤维水泥基复合材料在2～18GHz频率段的吸波性能.利用扫描电镜和X射线衍射仪分析了复合材料微观结构和组成成分的变化.结果表明:单掺碳纤维时,在2～8GHz低频率段,反射率随碳纤维掺量增加逐渐增强;在8～18 GHz高频率段,随碳纤维掺量增加.复合材料吸...     

碳纤维增强水泥基复合材料的电阻计算模型

根据碳纤维增强水泥基复合材料(carbon fiber reinflorced cement composite,CFRC)导电机理,将CFRC材料内部导电通路分成碳纤维搭接导电与隧道效应导电两种方式.通过假定碳纤维理想搭接,运用定量体视学理论计算碳纤维的搭接电阻.结果表明:随着碳纤维掺量的增加,CFRC材料中网络搭接导电通路所占比例逐渐增加,尤其在渗流区域附近,搭接通路所占比例急剧上升,但是在过渗流区碳纤维掺量对搭接电阻所占比例的影响呈现微弱上升趋势.隧道效应电阻模型计算则依据定态schTodinger方程,通过选取合适参数--电子跃迁的势垒与电子能量的比值U0/E,运用模型得到的计算值与试验值有较好的一致性.在相同的U0/E取值下,隧道效应电阻随着碳纤维掺量的增加而减小;而在同一掺量下,隧道效应电阻计算值随U0/E的增大而增大.     

碳纤维复合材料电磁屏蔽性能研究

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。     

纤维增强水泥基复合材料的新发展

介绍了纤维增强水泥基复合材料的应用与研究现状，展望了新型纤维增强水泥基复合材料的发展方向。     

低温循环载荷对碳纤维增强硫铝酸盐水泥基复合材料热电性能的影响研究

将膨胀石墨和碳纤维加入到硫铝酸盐水泥基体当中,通过干压成型法制备出具有热电性能的水泥基复合材料.通过对水泥样品施加低温循环载荷(室温 ～-40℃ ～室温),测试了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的热电性能变化,研究和分析了不同循环次数下低温载荷作用对CFRC热电性能的影响,发现样品的电导率从2.16×10-3 S/cm减小到1.11×10-3 S/cm,Seebeck系数绝对值从33.3μV/℃减小到了8.67μV/℃,ZT值从7.51×10-8减小到了0.40×10-8.通过分析和计算样品活化能和载流子浓度,借助SEM图谱,发现由于低温载荷作用所产生的内应力使得材料内部产生更多的微裂纹,阻碍了电荷的传导,降低了材料电导率.此外,由于测量过程中样品要承受高温载荷,所以样品含水率会发生变化,从而使得材料Seebeck系数绝对值也有所减小,最终降低了CFRC的热电性能.     

碳纤维水泥基复合材料正、负压敏性与含水量的相关性研究

对碳纤维水泥基复合材料进行多次烘干逐次减少材料的含水量,测定各次失水后相应的压敏性,研究含水量变化对材料压敏性的影响,结果表明:碳纤维水泥基复合材料在不同含水量情况下,压敏性表现形式不同,即当含水量较高时材料表现为“正压敏性”;失去一定量水后转变为“负压敏性”;当持续失水使含水量很低或者达到理想干燥状态时材料最终表现为“正压敏性”.值得注意的是,碳纤维水泥基复合材料在正、负压敏性发生转变过程中,在一定含水量条件下,存在正、负压敏性共存的过渡状态.     

碳纤维增强水泥基阳极板导电及韧性研究

采用导电水泥基材料取代金属网作为阳极材料用于电化学除盐可有效防止金属网锈蚀、异形结构难以安装等难题.采用不同掺量、不同尺寸碳纤维制备导电水泥基材料,测试其导电性能和断裂能.试验结果表明:水泥基材料电阻率随碳纤维掺量及纤维长度增加而降低,当碳纤维长度6 mm,纤维体积掺量0.8％时水泥基材料电阻率可降低至100 Ω·cm.相比体积掺量为0.2％的水泥基材料而言,当碳纤维掺量提高到0.8％时,其28 d抗压强度提高1.48倍,破坏应变增大50％,断裂能提高1.36倍.     

短切碳纤维增强LAS玻璃—陶瓷的研究

研究了短切碳纤维增强ＬＡＳ玻璃－陶瓷基复合材料的制备工艺及纤维含量，热压工艺对其强韧性的影响，获得了短切碳纤维均匀分散并单向排列的复合材料，当纤维体积分数为１％左右时，材料强度和断裂韧性分别达到４３０ＭＰａ和８．８ＭＰａ．ｍ＾１／２。用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了复合材料中短切碳纤维的分布状态和断口形貌。     

炭纤维增强中间相炭微球制备炭/炭复合材料

以中间相炭微球为炭源,沥青基磨切炭纤维为同质增强相,采用冷模压成型和气氛低温烧结制备出高性能炭/炭复合材料。研究了炭纤维表面处理对界面结合强度的作用机制和改善效果,分析了不同球磨时间下原始粉料的微观形貌。结果表明：炭纤维的添加有利于坯体各向均匀收缩,降低了总体积收缩率,使得复合材料密度下降;同时大幅度提升了复合材料的机械强度;添加10%（质量分数）炭纤维时弯曲强度最高,达到123.5MPa。     

CNT基木塑复合材料的力学性能、电磁屏蔽性能

采用碳纤维(CF)和碳纳米管(CNT)通过模压工艺制备出具有电磁屏蔽功能的丙烯酸酯木塑复合材料。借助材料试验机、动态热机械分析仪、微欧计和电磁屏蔽测量仪等详细研究CNT质量分数对丙烯酸酯木塑复合材料弯曲性能、动态力学性能、电阻率和电磁屏蔽效能的影响。结果表明,添加质量分数为2%的CNT,使得复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量分别增加了10%和16%。复合材料的储能模量也在CNT质量分数为2%时达到最大值,之后储能模量随着CNT的增加而逐渐下降,损耗因子在CNT质量分数多于2%时也逐渐增加。复合材料的吸水率和导电性能随着CNT含量的增加而增加。同时复合材料的电磁屏蔽效能也随着CNT含量增加而递增。在30~1 500 MHz范围内,电磁屏蔽效能从27 d B增加到40 d B。结果证明,当CNT质量分数在2%时,丙烯酸酯木塑复合材料具有较佳的力学性能和较好的电磁屏蔽效能(30 d B),能满足商业要求。     

Synergistic Function between Phosphorus-Containing Flame Retardant and Multi-Walled Carbon Nanotubes towards Fire Safe Polystyrene Composites with Enhanced Electromagnetic Interference Shielding

As a universal polymer material, polystyrene (PS) is widely applied in electrical devices and construction. Thus, it is necessary to improve the flame retardancy and electromagnetic shielding properties of PS material. In this work, PS/silicon-wrapped ammonium polyphosphate/Inorganic acid-treated multi-walled carbon nanotubes composites (PS/SiAPP/aMWCNT, abbreviated as PAC) were prepared via methods of filtration-induced assembly and hot-pressing. Morphology and structure characterization demonstrated that SiAPP and aMWCNT had good dispersion in PS and excellent compatibility with the PS matrix. Thermogravimetric analysis revealed that the addition of aMWCNT to PS improved its thermal stability and carbon-forming characteristics. The peak heat release rate, the peak carbon monoxide production rate, and the peak smoke production rate of the PAC10 composite decreased by 53.7%, 41.9%, and 45.5%, respectively, while its electromagnetic shielding effectiveness reached 12 dB. These enhancements were attributed to the reason that SiAPP and aMWCNT synergistically catalyzed the char generation and SiAPP produced free radical scavengers and numbers of incombustible gases, which could decrease the oxygen concentration and retard the combustion reaction. Therefore, the assembled PS/SiAPP/aMWCNT system provides a new pathway to improve the flame retardant and electromagnetic shielding properties of PS.     

Strong and Flexible Carbon Fiber Fabric Reinforced Thermoplastic Polyurethane Composites for High‐Performance EMI Shielding Applications

Electromagnetic shielding materials play a significant role in solving the increasing environmental problem of electromagnetic pollutions. The commonly used metal‐based electromagnetic materials suffer from high density, poor corrosion resistance, and high processing cost. Polymer composites exhibit unique combined properties of lightweight, good shock absorption, and corrosion resistance. In this study, a novel high angle sensitive composite is fabricated by combining carbon fiber (CF) fabric with thermoplastic polyurethane elastomer (TPU). The effect of stacking angle of CF fabric on EMI shielding performance of composite is studied. When the stacking angle of CF fabric changed, the electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE) of CF fabric/TPU composite can reach a maximum of 73 dB, and the tensile strength can reach 168 MPa. In addition, the composite has anisotropic conductivity, which is conductive along the plane direction and nonconductive along the thickness direction. Moreover, the CF fabric/TPU composite manifests exceptional EMI‐SE/density/thickness value of 383 dB cm² g^?1, which is higher than most of current EMI shielding composites reported in literature. In summary, CF fabric/TPU composite is an excellent EMI shielding material that is lightweight, highly flexible, and mechanically robust, which can be applied to the field of aerospace and some intelligent electronic devices.     

改性巴基管水泥基复合材料的力学性能及表征

巴基管水泥基复合材料是一种新型功能材料。尝试先对多壁巴基管(MWCNTs)进行表面氧化修饰,然后用表面活性剂超声分散法及混合浇注法,制备了巴基管水泥基材料(MWCNTs/CC或AT-MWCNTs/CC)。采用三点弯曲法测试了MWCNTs/CC及AT-MWCNTs/CC的抗弯折强度;用FT-IR对MWCNTs,AT-MWCNTs,MWCNTs/CC及AT-MWCNTs/CC的表面基团进行了对比分析;用SEM观察了MWCNTs/CC及AT-MWCNTs/CC的显微结构。结果表明:力学性能优异的MWCNTs直接混合到水泥中不仅没有起到增强作用,还会降低MWCNTs/CC的抗折强度,而改性的AT-MWCNTs能使AT-MWCNTs/CC的抗折强度比空白试件Plain/C高23.1%,且离散度低;FT-IR图显示AT-MWCNTs表面带有许多MWCNTs所没有的含氧亲水基团,相应AT-MWCNTs/CC的特征吸收峰也丰富许多;SEM图显示MWCNTs于MWCNTs/CC中与松散的水化产物间结合弱,而AT-MWCNTs表面覆盖了许多的水化产物,与质地致密的水化产物间结合力强,整体粘结界面好。     

国内外植物纤维增强水泥基复合材料的研究

自然界广泛存在的植物纤维的形态具有长径比大,比强度高,比表面积大等优点。纤维在抑制混凝土裂缝发展中具有重要的作用,研究开发植物纤维增强水泥基复合材料不仅能降低混凝土的造价,而且有利于环保和可持续发展,具有深远的意义。文章综述了植物纤维的性能与增强作用、在混凝土应用中的研究进展、发展前景和存在的一些问题。     

碳纤维增强液晶高聚物复合材料的研究

研究了碳纤维(CF)增强热致性液晶聚合物(TLCP)制备高性能复合材料;探讨了不同纤维含量、不同纤维类型对复合材料力学性能、微观结构的影响;扫描电镜(SEM)结果证实了液晶聚合物在加工过程中自取向,形成了微纤结构,具有自增强作用,使复合材料表现出非常高的力学性能。