生物质电磁屏蔽材料的制备与性能研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wulb
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本文主要研究生物质电磁屏蔽材料的制备方法,同时对材料的电磁屏蔽效能和相关物理性能进行深入探讨。首先采用模压成型方法,将导电填料等与环氧树脂混合进行固化成型。本试验一共采用了四种试验方案,分别是不同含量的竹炭与含量为10 wt%的炭黑、竹炭与含量为10 wt%的碳纤维、竹炭与20 wt%天然石墨以及竹炭与20 wt%合成石墨四种方案,其中,竹炭的含量是变量。随着加入不同质量分数的竹炭含量,主要研究了不同电磁屏蔽复合材料的弯曲性能、动态热机械性能、电阻率以及电磁屏蔽效能等性能的变化。其中分别研究了 10 wt%含量的炭黑和碳纤维、20 wt%含量的天然纤维和合成纤维与不同含量竹炭的相关性能并进行了对比。除研究竹炭对炭黑及碳纤维基的复合材料电磁屏蔽性能的影响外,本试验还对复合材料的力学性能、电阻率等进行了研究。将混合填料在120℃的条件下与环氧树脂进行固化模压成型,通过扫描电子显微镜图像发现,当竹炭含量为10 wt%时,混合填料在竹炭/炭黑复合材料和竹炭/碳纤维复合材料的分散效果最好,结果表明此时在竹炭/炭黑复合材料和竹炭/碳纤维复合材料中形成了导电网状结构,使得此时其力学性能也更好;且随着竹炭含量的增加,竹炭/炭黑复合材料和竹炭/碳纤维复合材料的电阻率都有所下降,其中,竹炭/炭黑复合材料的电阻率从2.128 Ω·m降低至0.785Ω·m,然而竹炭/碳纤维复合材料的电阻率从0.538 Ω·m减小至0.071 Ω·m;相应地,竹炭/碳纤维复合材料在竹炭含量为40 wt%、频率范围在30-1500 MHz条件下,其电磁屏蔽效能最大能达到60 dB。为研究不同种类的石墨在不同竹炭含量下的复合材料的电磁屏蔽效果,并制备得到屏蔽效能优异的竹炭/石墨环氧树脂电磁屏蔽复合材料;分别在两种石墨中加入不同质量分数的竹炭,通过模压固化成型制备得到竹炭/石墨电磁屏蔽复合材料,并分别对其进行力学性能、动态热机械性能、电阻率性能和电磁屏蔽效能测试以及扫描电子显微镜分析。结果表明:随着竹炭含量的增加,逐步形成竹炭-石墨网状结构,两种复合材料的玻璃化转变温度都有一定上升;电阻率都明显有所降低;在30-1500 MHz频率下两种复合材料的电磁屏蔽效能都增大,竹炭质量分数为40 wt%时,合成石墨复合材料电磁屏蔽效能最大,约为30 dB;但由于填料的团聚作用,两种复合材料的弯曲模量都有所下降;扫描电子显微镜分析表明,合成石墨复合材料的界面结合力更好。综上,当竹炭质量分数为30 wt%时,合成石墨复合材料的力学性能较好;随着竹炭含量增加,石墨复合材料的电磁屏蔽效能越大。为研究生物质可降解电磁屏蔽材料,本试验通过引入表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在低温中发泡制备得到生物质发泡材料,并通过加入不同长径比导电填料碳纤维于发泡材料中,制备得到碳纤维/纤维素电磁屏蔽发泡材料。并分别对干燥前混合液和干燥后的泡沫材料样品的气泡进行了扫描电子显微镜分析,也分析了碳纤维电磁屏蔽导电网状结构的微观形态,以及进行了碳纤维/纤维素电磁屏蔽发泡材料的导热系数和电磁屏蔽效能的分析。研究结果表明:引入表面活性剂分子后,可以有效增大泡沫中的气泡微孔,然而,随着纤维素浓度的增加,气泡孔径会减小;碳纤维/纤维素电磁屏蔽发泡材料导热系数分析表明,其导热系数是随着碳纤维填料含量的增加而增大;碳纤维/纤维素电磁屏蔽发泡材料电磁屏蔽效能表明,碳纤维/纤维素发泡材料形成了较好的导电网状结构,相应地,当长碳纤维含量为20 wt%时,长碳纤维/纤维素电磁屏蔽发泡材料的电磁屏蔽效能较大,最大可达到60 dB。
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