碳纤维布的电磁屏蔽效能研究

  碳纤维布在旧建筑的加固改造上已得到广泛应用,对于防护工程,选用结构内表面纵横双向粘贴复合材料碳纤维布2-4层,可改善结构防震塌性能。在碳纤维布电磁功能研究上,有研究机构研究了其微波反射特性、雷达透射性能。而对于电磁干扰杀伤失密泄漏防范的低频段,未见有人研究。本文结合工程加固,研究其在该频段兼具有的电磁屏蔽性能,包括层迭、交叉编织碳纤维加固材料屏蔽效能,多层铺设方式的屏蔽效能,碳纤维布加固改性及其屏蔽效能,对其在防护工程中的应用可能性进行了探讨。

  按规格制备碳纤维样品,按照同轴法测其电磁屏蔽效能。对样品进行扫描电镜(SEM)形貌分析。高导电导磁粒子以重量百分比掺入。纤维为市售加固用聚丙烯腈基碳纤维和石墨纤维。

  通过测试可知,单向编织碳纤维布在14KHz~1GHz频率范围内,电磁屏蔽效能总体上随频率升高呈增大趋势,由17dB增至40dB,在高频段稍降到36dB。而双向编织碳纤维布的电磁屏蔽效能由低频时的47dB降到500MHz的33dB左右,在600MHz之前比单向碳纤维屏蔽效能高10~30dB,在高频段与单向碳纤维的屏蔽效能变化一致,基本上在36dB左右。可能的原因解释为,电磁波遇到屏蔽材料时,电磁波将被吸收、反射和透射。电磁屏蔽效能则为电磁波被屏蔽层反射、吸收及内部反射之和。

  碳纤维不同的编织方式影响其电磁屏蔽效能。单向编织碳纤维布在14K~1GHz频率范围内,电磁屏蔽效能总体上随频率升高呈增大趋势。双向编织碳纤维布的电磁屏蔽效能在600MHz之前比单向碳纤维的屏蔽效能高10~30dB,在高频段与单向碳纤维的屏蔽效能变化一致,基本上在36dB左右。

  碳纤维束规格影响其电磁屏蔽效能。3K规格的石墨纤维布的屏蔽效能好于1K的。碳纤维类型影响其电磁屏蔽效能。石墨纤维的电磁屏蔽效能总是高于碳纤维布的。

  另外铺层数能显著影响碳纤维电磁屏蔽效能。对于单向碳纤维布层叠,随着CFRP铺层层数的增加,电磁屏蔽效能SE越来越大。1层单向碳纤维布的电磁屏蔽值为38dB;当层数增加到20层时,屏蔽值达到62dB。对于1K规格碳纤维十字交叉编织布层叠1~4层,随着铺层层数增加,电磁屏蔽效能越来越大。1层双向编织碳纤维布的电磁屏蔽值,在14K~1GHz频率范围内为30~50dB;4层的达到50~60dB。

  掺入20%高导电导磁粒子渗透能显著提高单向碳纤维加固布低频段的电磁屏蔽效能。对于两层的单向碳纤维布,在100MHz频率点之前,SE=31~61dB,SE值增加8~48dB;在100MHz频率点之后,SE-31~42dB,SE值增加0~8dB。对于四层单向碳纤维布,在100MHz频率点之前,SE=36~111dB,SE值增加3~89dB;在100MHz频率点之后,SE=36~50dB,SE值增加0~3dB。

 

  阅读延伸:《碳纤维电磁屏蔽机箱的研制技术