在轨道车辆轻量化设计过程中，为了满足车辆减重需求，车辆主材将由现行铝合金材料向碳纤维复合材料转变，但碳纤维复合材料的电磁防护性能远远不如金属材料，若在轻量化设计中不进行相应部位的电磁防护设计，势必会对车体内外部的人员安全以及通信设备、信号设备、音视频设备等弱电设备造成严重影响。由于轨道车辆典型电磁敏感部位（牵引电机、逆变器、受电弓）产生的干扰多为磁场和低频信号，如何提高碳纤维复合材料低频下的电磁防护能力己经成为该领域的研究重点。本文针轨道车辆敏感部位轻量化和电磁屏蔽设计需要，从低频电磁防护原理出发，以碳纤维复合材料为主材，并结合导电导磁的层间电磁增强材料，利用热压罐成型工艺制备了适用于轨道车辆环境下低频电磁防护碳纤维复合材料。

　　根据辐射电磁场屏蔽的基本原理，低频磁场由于其频率低，趋肤效应很小，吸收损耗很小，并且由于其波阻抗很低，反射损耗也很小，因此单纯靠吸收和反射很难获得需要的屏蔽效能。对这种低频磁场，要通过使用高导磁率铁磁材料（如纯铁、硅钢片、玻莫合金等）提供磁旁路来实现屏蔽，而对于电场屏蔽来说，提高材料的电导率和磁导率是提高屏蔽效能的必要条件。

　　以目前轨道车辆敏感部位在直流磁场以及5Hz~20KHz低频环境下，防护要求大于20-30dB的目标进行设计。通过计算，按镀镍碳纤维复合材料，相对电导率0.01，相对磁导率102：镍网相对电导率0.25，相对磁导率1000来计算，坡莫合金相对电导率0.1，相对磁导率100000来计算。在满足上述趋肤深度和最低屏蔽效能的要求下，可按2mm坡莫合金，7.4mm镀镍碳纤维复合材料，0.4mm镍网设计10mm厚度防护复合材料。

　　与传统金属材料制备工艺不同，电磁防护碳纤维复合材料成型工装或模具辅以相应的成型工艺进行制造。常见的制备技术有手糊或湿法铺覆工艺，真空袋压、真空成型和热压罐成型工艺，模压成型工艺，注射模塑成型工艺，缠绕成型工艺，拉挤成型工艺等，其工艺各有特点。热压罐工艺因其能够成型复杂性结构的蒙皮，壁板和壳体等，较大程度的发挥材料自身力学性能，在军工、航天等领域有非常广泛的应用。热压罐成型方式主要是利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料坯料进行加热、加压以完成固化成型的方法。

　　碳纤维电磁防护复合材料直流磁场和低频屏蔽效能测试参照Q/710J 0602-2010《直流磁屏蔽装置屏蔽性能测量方法》，主要测量仪器为三分量磁通门传感器，测量范围±10μT。对600mm×600mm×10mm碳纤维电磁防护复合材料样板进行测试，结果显示直流磁场-30dB，DC-20KHz为-35dB。从屏蔽理论分析，试验样件在能够保证相应趋肤深度的情况下，屏蔽效能主要决于反射损耗R,而反射损耗与电磁波的波阻抗关系很大。而本文中采用具有良好导电性能的高导磁材料与镀镍碳纤维复合材料进行复合，得到了一种具有良好低频和直流磁场防护性能的复合材料。

　　在利用热压罐工艺进行低频电磁防护碳纤维复合材料研制过程中取得的成果归纳如下：选用碳纤维、镀镍碳纤维增强材料以及坡莫合金的混合铺层和整体成型工艺过程质量可控，产品有较好的表观质量，在满足强度、刚度等力学性能条件下，实现非常显著的减重效果。本文研究结论对轨道交通轻量化设计中的电磁兼容和减重设计具有指导意义。

　　阅读延伸：《碳纤维箱体电磁屏蔽原理解析》