短切碳纤维复合材料电磁屏蔽性能研究

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作者：

汪俊

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摘要：

随着社会电气化的飞速发展,电子产品的种类和数量不断增加,产生了大量的电磁辐射,电磁辐射不仅会干扰到电子仪器的正常使用,还会威胁人体健康,甚至有可能泄露重要经济或政治信息,开发电磁屏蔽材料具有十分重要的意义.碳纤维是制造先进复合材料的增强材料,具备良好的物理,机械和导电性能.碳纤维复合材料的导电性具备可设计性,可以制备出不同体积电阻率的导电材料,是一种很有发展前景的电磁屏蔽材料.本文以短切碳纤维为增强材料,以环氧树脂为基体材料,用抄纸法制备短切碳毡,用真空灌注的成型工艺制备复合材料板材.研究材料的导电性能和介电性能对屏蔽性能的影响,同时研究了炭黑填充和化学镀镍对CFRP的屏蔽性能的影响.主要的研究结果归纳如下:通过研究短切碳纤维质量分数和长径比对复合材料导电性能的影响,表明其变化规律为:短切碳纤维质量分数越高,CFRP的导电性能越好,当短切碳纤维质量分数达到12%,体积电阻率ρv为0.358Ω·cm,质量分数增加到15%,ρv为0.299Ω·cm,体积电阻率趋于稳定;短切碳纤维质量分数≤8%时,短切碳纤维长度越大,材料的ρv越小;当含量>8%时,不同长度的CFRP的ρv保持稳定.通过研究短切碳纤维质量分数和长径比对复合材料的介电性能影响,表明其变化规律为:当短切碳纤维质量分数为5%,5 mm时的CFRP损耗最大,变化范围为0.9～1.4;当质量分数为8%,4mm时的CFRP损耗最大,变化范围为0.9～1.5;当质量分数为10%,3mm时的CFRP损耗最大,变化范围为0.9～1.7;当质量分数为12%,3mm时的CFRP损耗最大,变化范围为1.1～1.7;当质量分数为15%,3mm时的CFRP损耗最大,变化范围为1.3～1.8.通过研究CFRP的导电性能和测试频率对屏蔽效能的影响,屏蔽效能随着导电性的提高而提高,当CFRP的ρv为0.299Ω·cm时,出现最大的屏蔽效能,为34 dB;不同频率下的屏蔽效能表现不同,高频段的屏蔽效能较之低频段略有下降,降幅为2 dB左右.复合材料中填充炭黑对于CFRP的导电性能和屏蔽性能提高不大;化学镀镍则能较大程度的提高复合材料的屏蔽效能,当镀镍短切碳纤维质量分数为15%时,CFRP的ρv为0.121Ω·cm,屏蔽效能达到48 dB.

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关键词：

电磁辐射 短切碳纤维 导电网络 屏蔽效能 复合材料

学位级别：

硕士

学位年度：

2013

DOI：

10.7666/d.Y2362777