碳纤维的电磁屏蔽性能研究

　　电磁波逐渐成为除水、空气、噪音、之外的第四大环境污染。除此之外，人们所制造的电子、电器和通讯设备也会产生电磁辐射，电磁屏蔽材料的开发与研究逐渐成为人们日益关注的问题。碳纤维具有良好的电磁屏蔽性能，并且碳纤维具备优异的电、热传导性，阻燃性能良好，热膨胀系数极低、低辐射线吸收性等一系列优点。

 

　　电磁屏蔽是利用导电或者导磁材料将电磁辐射限制在某一规定的空间范围内。电磁屏蔽的目的一般有两个，限制内部辐射的电磁能量泄露出该内部区域，或者是防止外来的辐射干扰进入某一区域。按照屏蔽原理可将电磁屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种，实质都是研究电磁场在各种具体问题中局部空间如何分布的问题。

电磁屏蔽对比图

 

　　电磁屏蔽材料分类方法有很多种，主要有铁磁材料与金属良导体材料、表层导电型屏蔽材料和填充型屏蔽复合材料。其中填充型屏蔽复合材料是由电绝缘性较好的基体和具有优良导电性能的导电填料及其它助剂所组成的电磁屏蔽材料制品，碳纤维就属于这种电磁屏蔽材料。在60℃和相对湿度为90%的恶劣条件下，经2000h的耐久测试中，3mm长度的碳纤维与含量为5wt%的CF/PVC树脂制成的碳纤维屏蔽材料可获得30dB以上的屏蔽效果，当CF含量为10wt%hi，可达到接近铜箔的屏蔽效果。

 

　　碳纤维具有电磁屏蔽能力的主要原因是因为其具有较好的导电性能。碳纤维常见的体积电阻率在(0.8~1.8)×10- 3Ω·cm 之间，并且电导率会随着热处理温度的升高而增大。所以碳纤维在经过高温石墨化处理之后，可以成为电磁波优秀的反射材料。目前国企业对碳纤维的研究主要还是集中在力学性能上，在电磁领域的研究还是比较少。江苏博实在电磁屏蔽领域方面也进行了一系列的开发，目前该方面的产品有军用碳纤维电磁屏蔽箱（罩）、碳纤维医疗（床）板、碳纤维医用电磁屏蔽箱盖等定制产品。

 

碳纤维电磁屏蔽端盖

 

　　当碳纤维的排布方向与入射电场平行时，由于碳纤维本身是一种优良的导电性的电损耗材料，碳纤维中此时会产生较大的传导电流，对入射的电场产生强反射，具有接近于金属的反射效果；另一种情况是当碳纤维的排布方向与入射电场垂直时，碳纤维在这时作为雷达波的损耗介质；而当碳纤维的排布方向与入射电场的夹角不确定时，由于反射电场与入射电场不相平行，反射电场会产生一个与入射电场垂直的反射电场分量，从而起到一定的消波作用。

 

　　除了电磁屏蔽性能优良外，碳纤维还具有高强度轻质量等特点。在国外已经将碳纤维复合材料应用于隐形飞机等飞行器上，并且通过对碳纤维改性达到减少电磁波反射的目的。在国内，碳纤维电磁屏蔽的技术相对来说没有国外那么成熟，多数企业的主要研究方面集中在碳纤维作为填料的树脂基复合材料上，碳纤维电磁屏蔽性能的开发研究还是任重道远的。