good碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能
碳纤维材料在强电磁脉冲作用下的屏蔽效能研究
碳纤维材料在强电磁脉冲作用下的屏蔽效能研究碳纤维材料在强电磁脉冲作用下的屏蔽效能研究引言：随着科技的不断进步，电磁脉冲(EMP)的应用已经广泛涉及到军事、通信、能源等多个领域。
然而，强电磁脉冲所携带的高能量电磁辐射也给人们的生活和工作环境带来了严重的安全隐患。
因此，研究电磁脉冲屏蔽材料的效能对于保护人身安全和维护社会稳定具有重要意义。
一、碳纤维材料概述碳纤维是一种高性能纤维材料，由有机纤维在高温炭化过程中生成。
其材料结构成分主要为碳元素，具有轻质、高强度、高模量、高导电性和较低的热膨胀系数等优点，因此在航空航天、体育装备、汽车工业等领域得到了广泛应用。
近年来，随着对电磁脉冲屏蔽需求的增加，碳纤维材料也开始被应用于此领域。
二、强电磁脉冲的危害强电磁脉冲(EMP)是在短时域内产生大量高能量辐射的现象，其强度在不经意间可能引发电子设备、系统和网络的瞬时故障。
EMP产生的高能粒子流和强电场会导致电子设备的损坏，甚至使通信中断、电力系统瘫痪。
因此，研究并应用有效的屏蔽材料对于防止这些危害具有重要作用。
三、碳纤维材料的应用优势碳纤维材料具有卓越的电磁屏蔽性能和机械性能，因此在强电磁脉冲作用下具备良好的屏蔽效果。
首先，其高导电性能使得碳纤维能够有效地吸收和分散电磁波。
其次，碳纤维的高强度和高模量使其能够承受强大的电磁脉冲能量，并能有效阻隔电磁波的传播。
此外，碳纤维材料的轻质还能够降低设备的重量负担，同时具备较低的热膨胀系数，能够在高温环境下保持其屏蔽性能。
四、电磁脉冲屏蔽效能的影响因素电磁脉冲屏蔽效能受多个因素影响，包括材料类型、厚度、几何形状等。
对于碳纤维材料而言，其纤维排列方式、含量以及制备工艺等因素都会影响其屏蔽效能。
在研究中，我们探讨了不同碳纤维材料的导电性能、热膨胀系数以及机械性能对其屏蔽效能的影响，并通过实验方法验证了这些因素的重要性。
五、实验设计和结果分析我们选择了几种常见的碳纤维材料，制备了一系列不同厚度、纤维密度以及纤维排列方式的样品。
碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能
碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能王闯;李克智;李贺军;郭领军【期刊名称】《精细化工》【年(卷),期】2008(25)6【摘要】利用弓形法测试了碳纤维质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%时,碳纤维增强水泥基复合材料（CFRC）在低频段4～8 GHz和高频段8～18 GHz对电磁波的反射率,讨论了碳纤维质量掺量变化对反射率的影响。
结果发现,碳纤维质量掺量相同、低频段时,反射率小于-10 dB,复合材料对电磁波表现出吸收性;高频段时,反射率大于-10 dB,复合材料对电磁波表现出反射性。
低频段、碳纤维质量掺量为0.6%时出现最小反射率-15.1 dB;高频段、碳纤维质量掺量为0.4%时,出现最小反射率-19.4 dB。
【总页数】6页(P536-540)【关键词】碳纤维;水泥基;电磁波;反射率【作者】王闯;李克智;李贺军;郭领军【作者单位】陕西铁路工程职业技术学院道桥系,陕西渭南714000;西北工业大学材料学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TB332【相关文献】1.碳纤维对水泥基复合材料电磁屏蔽性能的影响 [J], 曾光群;康青;万步勇;冯孝杰;张彭成;沈志强2.碳纤维增强水泥基复合材料屏蔽性能的研究 [J], 李克智;王闯;李贺军;赵建国3.表面热处理碳纤维及其增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能(英文) [J], 王闯;李克智;李贺军;王君龙4.碳纤维增强水泥基复合材料电磁性能的研究(英文) [J], 李克智;王闯;李贺军;罗发;侯党社5.铁氧体、石墨及碳纤维水泥基复合材料的电磁屏蔽性能研究 [J], 左联;杨进超;赵华宇;林锐;杜广报因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳纤维增强材料
碳纤维增强材料
碳纤维增强材料是一种高性能复合材料，由碳纤维和树脂基体组成。
碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，具有优异的机械性能和化学稳定性，是目前最先进的增强材料之一。
碳纤维增强材料在航空航天、汽车制造、船舶建造、体育器材等领域有着广泛的应用。
首先，碳纤维增强材料具有极高的强度和刚度，比重小、耐腐蚀性好，具有优异的机械性能。
碳纤维的拉伸强度是钢的几倍，同时具有很高的弯曲刚度和抗冲击性能，能够有效提高材料的承载能力和抗疲劳性能。
这使得碳纤维增强材料成为航空航天领域的理想材料，可以大幅度减轻飞机和航天器的重量，提高其飞行性能和燃油效率。
其次，碳纤维增强材料具有优异的耐腐蚀性能和化学稳定性。
由于碳纤维的主要成分是碳元素，因此具有很高的化学稳定性，能够抵抗酸、碱等化学腐蚀，同时不会受潮、老化，具有很长的使用寿命。
这使得碳纤维增强材料在海洋工程、化工设备等领域有着广泛的应用，能够有效延长设备的使用寿命，降低维护成本。
此外，碳纤维增强材料还具有良好的导热性能和电磁屏蔽性能。
碳纤维具有优异的导热性能，能够有效传导热量，使其在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用。
同时，碳纤维还具有良好的电磁屏蔽性能，能够有效隔绝电磁波，保护设备和人员的安全。
总的来说，碳纤维增强材料具有优异的机械性能、耐腐蚀性能、导热性能和电磁屏蔽性能，是一种理想的高性能复合材料。
随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，碳纤维增强材料将会有着更广阔的发展前景，为各个领域的发展提供强有力的支持。
碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用
碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用
碳纤维在电磁屏蔽材料中被广泛应用，尤其是近年来，随着有机碳纤维材料和碳纤维
复合材料的发展，其在电磁屏蔽领域的应用越来越多。
首先，碳纤维材料具有很好的绝缘性能，用作电子器件的真空外壳材料，可以有效地
阻止电磁波的传播，保证设备的功率安全性。
其次，由于碳纤维材料具有良好的电磁屏蔽性，它可以实现固体和液体的绝缘，实现电子设备和其他物体的隔离传导，提供有效的电
磁屏蔽技术来保护电子设备免受电磁干扰的影响。
此外，碳纤维材料还具有优良的耐热性能，在高温环境下也能维持很好的功能性能。
碳纤维电磁屏蔽材料可以有效地阻止高温下的热量传输，减少结构和设备的损坏。
另外，碳纤维本身具有较低的密度，可以满足屏蔽设备质量必须轻量化的性能要求，
同时又保证其结构的空间紧凑度，极大地提高了屏蔽设备结构的可靠性和安装效率。
此外，碳纤维电磁屏蔽材料具有防腐蚀、抗老化、防火等特性，可以延长屏蔽设备的
使用寿命，进一步优化屏蔽设备的性能。
综上所述，碳纤维是一种具有良好电磁屏蔽特性的新型复合材料，具有良好的性能和
多种功能，在电磁屏蔽设备中的应用具有较高的价值，是未来电磁屏蔽技术研发的新方向。
碳纤维增强水泥基复合材料的研究
碳纤维增强水泥基复合材料的研究要:水泥混凝土材料以其抗压强度高,施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一,脆性自重大,抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到了很大限制.碳纤维具有高弹性,高模量,比重耐腐蚀,对人宙无害等优异性能被视为许多材料的优良增强体.将其加入到水泥基体中,制成碳纤维增强水泥基材料(CFRC),不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度,高模量,高韧性,更重要的是把普通的水筑材料变成了具有自感知内部温度,应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料..枣词:碳纤维;水泥基;复合材料~tract:Cementconcretematerialshaveplayedallimportantroleinhun]an’sconstructionhistoiT)ritshig hCOIllpres—strengthandeasyoperationduringconstruction.However,itsapplicationinsomespecialfieldisgreatlyr estrictedowlslgISsinglefunction,brittleneSS,heavyself-weight,poorstrengthagainsttensionandbending.Carbonfib ersareregardedasdreinforcementfbrnlanymaterialsduetotheirhighelastic ity,highmodulus,lessdensity,resistancetOco rrosion,and]llessnesstohunlallbeingsanddomesticalmnals.Carbon—fiber—reinforcedcement—basedcompos ites(CFRC)thatareievedbyaddingcarbon6bersintocelllentexhibithighflexuralstrength,hightensilestrength,highflexur altoughnesshightensileductility.Thusnot0I]lythenaechalficalpropertiesofcementareimproved.butfimctionalm aterialsCFRCobtainedthatareabletOsensetheinteriortemperature,stressanddanaageaswellastoshieldoffelectroma gneticwaves./words:Carbonfibers;Cementmatrix;Composites目分类号:TQ172.7文献标识码:A文章编号:1003—8965(2007)05—0005—05刖吾)世纪60年代以来,碳纤维作为新一代复合l补强纤维,以其高强度比,高模量比,低密)(光吸收率,抗腐蚀,耐烧蚀,抗疲劳,耐热冲皂导热性能好,传热系数小,膨胀系数小和自:优异性能而在航天,航空,航海,建筑,轻工.中获得了广泛的应用.将碳纤维加入到水泥p即制成碳纤维增强水泥基复合材料:),也称纤维增强混凝土【1.在水泥基体中强碳纤维是提高水泥复合材料抗裂,抗渗,度和弹性模量,控制裂纹发展,提高耐强碱性,增强变形能力的重要措施.此外,碳纤维还具有震动阻尼特性,可吸收震动波,使防地震能力和抗弯强度提高十几倍位一.更为可贵的是,碳纤维具有导电性,将其加入到水泥基体中可赋于其智能性,极大地扩大了它的应用范围.CFRC复合材料在承受载荷时表面不产生龟裂,其抗拉强度和抗弯强度,断裂韧性比不增强的高几倍到十几倍,其冲击韧性也相当可观.短切碳纤维增强水泥所用碳纤维的长度一般为3～6mm,直径为7-20m,抗拉强度范围在0.5～0.8GPa.普通水泥的强度通常为11.76MPa,若按重量掺入15%的碳纤维,其强度可达到245MPa:若掺入量为20%时,强度可高达548.8MPa.此外,与普通混凝土相比,CFRC具有5L水泥与混凝土质轻,强度高,流动性好,扩散性强,成型后表面质量高等优点,将其用作隔墙时,重量比普通混凝土制作的隔墙薄1/2—1/3,重量减轻1/2—1/3.因此, CFRCI”1能的研究近年来发展迅猛.2CFRC的性能特点及应用2.1CFRC的制备CFRC的制备一般由混料,成型,养护3步组成.利用分散剂将碳纤维预先分散开来,再与水泥,砂子,石子,外加剂等均匀混合,然后采用浇注法,挤出法,压制法,压制脱水法或振动法之一使混合料成型,成型后的试件放入到水或养护箱中养护,干后即成CFRC复合材料,通常有水泥砂浆和水泥混凝土两种类型,后者更具有实用I’*--.-.制备CFRC 过程中,如何使碳纤维均匀分散到水泥基体中,是决定CFRC复合材料性能好坏的关键.常用的拌合方法有两种:干拌法和湿拌法.前一种方法是先将碳纤维和水泥混合搅拌均匀后,再加入砂子,水和其他外加剂;后一种方法是将碳纤维预先分散在部分水中,再与水泥,砂子,硅灰和外加剂混合搅拌.搅拌工艺也十分讲究,一般采用间歇式自动控制搅拌仪.碳纤维水泥浆体的理想搅拌工艺为先拌制水泥和碳纤维,再加入拌合水或先将碳纤维在溶有分散剂的水中分散后加入水泥搅拌30秒钟,最后加入标准砂再继续搅拌.碳纤维在制备好的CFRC试件中呈三维乱向分布,由于受纤维排列方式和长度的影响,短切碳纤维的增强效果不如单轴连续纤维和两维乱向分散的短纤维增强效果.2.2力学性能水泥是脆性材料,但只要加入3vo1%的碳纤维就可以完全改变它的脆断特性,其模量可提高2倍,强度增加5倍.如果定向加入,则加入12.3vo1%的中强碳纤维便可使水泥的强度从5MPa提高到185MPa,抗弯强度也可达到130MPac2|4~5]o赵稼祥旧认为,用碳纤维增强水泥可以使抗拉强度和抗弯强度提高5~10倍,韧性与延伸率提高20~30倍,结构质量减轻1/2.郭全贵等人利用单丝拔出试验测定了CFRC复合材料的界6面结合力,认为高强度和高模量碳纤维的加入,有效阻止了裂纹的扩展,在复合材料受载时,基体通过界面将载荷传递给碳纤维,从而使碳纤维成为载荷的主要承载者,由于纤维的拔出或断裂吸收了大量的能量,所以复合材料的抗拉强度,抗弯性能,韧性等力学性能均得到了显着改善.2.3压敏性1989年美国的DDL.Chung研究小组首先发现,在水泥基体中掺入短切碳纤维,可使其具有自感知内部应力,应变和损伤程度的功能吲.随着压应力的变化,CFRC电阻率发生变化的现象称做压敏性,CFRC的主要特性就是压敏性和温敏性.当CFRC试件两端有温差时,会在此两端产生电压差,其冷端为负极,热端为正极,这便是所谓的热电效应.另一方面,当对CFRC施加电场时,会在混凝土中产生热效应,引起所谓的电热效应,这两种效应都是由碳纤维混凝土中空穴性电导运动所致.通过电阻率的变化可以测定CFRC中安全,损伤和失效3个工作阶段.由于CFRC既具有热电效应,又具有电热效应,因此把它”植入”混凝土结构时,可对混凝土结构进行温度分布自诊断,根据诊断结果实现混凝土结构的温度自适应.当CFRC与电源连通后,导电混凝土产生热量,使路面温度升高,当温度升到0.C以上后,路面上的冰雪就会自动融化成水蒸发流走,从而保障道路畅通和行车安全,国外已将温敏混凝土用于机场道路及桥梁路面的融雪和融冰中【&91o2.4屏蔽效应屏蔽是电磁干扰防护控制的最基本方法之一,其目的一是控制内部辐射区域的电磁场,不使其越出某一区域;二是防止外来的辐射进入某一区域.当外来电磁波遇到屏蔽材料时,就会被吸收,反射和多次反射,电磁波能量的继续传递受到削弱. CFRC复合材料中可形成导电网络,从而可产生屏蔽性能,碳纤维的添加量,长度以及成型方法对CFRC的屏蔽性能均有较大的影响.材料的屏蔽效能SE达到30~60dB的中等屏蔽值时才认为有效.性能良好的电磁屏蔽材料应具有较高的电导率和磁导率.碳纤维对电磁波有较强的反射性,利用水泥与混凝士此特性可将碳纤维复合材料用作薄壁结构吸波材料的背衬.这种材料是雷达波的反射体,特别是在低频下与金属一样反射电磁波..赵福辰等人通过实验发现”I,增加CFRC复合材料中导电碳纤维的长度和含量,可以明显提高屏蔽效果.3影响CFRC性能的主要因素3.1碳纤维掺入量和长度的影响张其颖等人”经过反复试验,确定了目前条件下制备轻质CFRC复合材料的适宜参数为:水泥: 轻骨料(重量)=2:1,水灰比0.65,复合外加剂含量0.5%,碳纤维长度6mm,掺入量3.3%.他的研究表明,外加剂,硅粉及热水养护方法都能促进碳纤维与水泥基体的粘结,更充分地发挥碳纤维的增强作用,提高复合体的强度.CFRC之所以具有良好的力学性能,一方面是因为碳纤维本身具有良好的力学性能,有明显的补强增韧效果;另一方面是合适的操作工艺,使得碳纤维在基体中分散较为均匀,阻断了裂纹的扩展和延伸,最终提高试体的抗折,抗拉,抗压性能.杨元霞等人”.0研究了碳纤维长度和掺量对CFRC导电性的影响,发现当碳纤维掺量(以占水泥质量计)在0~0.8%的范围内增加时,对于碳纤维长度为5mm和10mm的复合材料,其电阻率的变化分为先陡然下降,后缓慢下降,又急剧下降,再趋于平缓4个阶段.当碳纤维掺量相同时,长度为10mm的CFRC试件的电阻率比长度为5mm试件的电阻率要小,且在碳纤维掺量较小时,碳纤维长度对复合材料的电阻率影响较大,碳纤维掺量较大(大干0.6%)时,复合材料电阻率受碳纤维长度的影响变/J,.在水灰比,碳纤维掺量及成型工艺条件一定的情况下,碳纤维长度增大,CFRC导电性增强,但若纤维过长,则易集束成团,难于分散均匀,从而使碳纤维的利用率降低.所以,一般所用碳纤维长度不宜超过10mm.纤维在水泥基体中分散的均匀程度与其长径比有很大关系,一般是长径比越大,即纤维直径不变而纤维长度越大时,在搅拌中越易成球.因此,单纯从有利分散的角度来讲,应是纤维越短越好.同时,碳纤维的掺量对其分散性也有较大的影响.试验发现,在碳纤维和水泥混合搅拌过程中,当碳纤维掺量达到水泥质量的1%时,混合料中便会有明显的纤维团出现,且即使延长搅拌时间,纤维团也不会消失.所以,在一般的拌制工艺中,碳纤维的长度在5mm左右或更大时,碳纤维的最大掺量不宜超过1%.碳纤维的掺量和长度对CFRC的压敏性也有影响,对于5mm长的纤维,掺量为水泥质量的0.4%时压敏性最好,掺量增加或减少都使压敏性变差:对于10mm长的纤维,掺量为0.2%时效果最好,随着纤维掺量增加,压敏性越来越小.3.2碳纤维均匀分散的影响碳纤维直径仅为几个微米,表面光滑且憎水,在水泥基材料中很难均匀分散,这是制备电学能稳定的CFRC机敏材料的一个关键性难题.对于相同配比的CFRC材料,如果纤维分散不均匀,其电导率将产生明显的差异,这极大地限制了CFRC作为机敏材料的应用.提高碳纤维均匀分散的主要方法有两种:一是加入表面活性剂如羟乙基纤维素(HEC)用作分散剂,使自身具有增水性的碳纤维在水溶液中均匀分散;二是加入超细粉如硅灰,粉煤灰等,填充骨料间隙和絮化结构,占据水空间,使砂浆变稀,提高砂浆的和易性.研究表明陧,Ⅷ,HEC是促进碳纤维在水泥浆体中分散的一种有效的表面活性剂,它溶于水后,形成胶状透明液体,可以使碳纤维稳定地悬浮在水溶液中而不集结成束.HEC在降低纤维表面张力的同时,也降低了水泥基体的表面能,因而会在水泥浆体的搅拌过程中引入一定量的气泡.为了降低气泡的含量,制备CFRC试件过程中,添加HEC的同时,还应加入一定剂量的减水剂和消泡剂,这样,才能得到分散性能好,力学性能稳定的CFRC复合材料.图1(a)为短碳纤维均匀分散在水泥基体中时的SEM照片,图1(b)为短碳纤维呈集束状态,即分散不良时的SEM照片.均匀分散有利于改善CFRC的力学性能,反之,团聚会造成基体中存在大量的空隙,降低CFRC的力学性能.图2(a)为碳7(a)碳纤维分散呈良好分散态时(b)碳纤维呈集束态时图1短碳纤维在水泥基体中分散情况的SEM照片纤维均匀分散时,CFRC复合材料的抗压强度与纤维质量分数的关系,显然,抗压强度的提高与纤维质量掺量并不是呈线形增加,当纤维质量分数超过一定值时(0.6%),抗压强度反而逐渐降低.当短碳纤维呈不良分散状态时,抗压强度随纤维质量分数的增加直线下降如图2(b)所示.3.3碳纤维表面处理的影响碳纤维的表面比较光滑,比表面积小,表面能较低,具有活性的表面一般不超过总表面积的10%,呈现憎液性,所以较难与基体有较好的结合. 8凸_岂,_,暖1±】(a碳纤维呈良好分散态时)最大值5rit’’i0.0020.4限60.器《0碳纤维质量掺量(%)国内外已有许多研究人员采用多种方法对碳纤维表面进行了处理.表面处理可归纳为4大类:清除表面杂质:在纤维表面形成微孔或刻蚀槽,从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能;引进具有极性或反应性的官能团;形成和树脂起作用的中间层.DDLChung”日运用臭氧处理法,硅烷处理法等取得了可喜成果.她认为对碳纤维进行表面处理,增加了表面氧浓度,并且将表面氧从C—O型结构变成C=O结构,使纤维和水的接触角降到零,纤维的分散性提高,碳纤维与水泥基体之间的界面结332‘30凸_琶2岛警2624鞲=2220l8-=(b)碳纤维成不良分散态时004图2CFRC的抗压强度与碳纤维质量掺量的关系曲线0嚣I2l620碳纤维质量掺量(%).∞m合增强,最终提高了CFRC的拉伸强度,模量和延展性.同时,臭氧处理不影响纤维本身的形貌,强度及体积电阻.DDL.Chung1161也用30%的双氧水对碳纤维进行了表面处理,以改善碳纤维表面的疏水性,提高碳纤维对水的浸润性.张其颖认为碳纤维表面对水泥浆的润湿性不仅影响纤维与基体的界面粘结强度,还影响纤维在水泥中的分散程度.满华元等人”采用阳极表面处理法对碳纤维进行了处理,处理后的沥青碳纤维可使水泥复合材料比对应基体的力学的重点多集中在CFRC复合材料的力学性能和普通电学性能上,对其智能性,吸波性,Seebeck效应,Peltier效应和Thomson效应及其应用的研究远落后于美国DDL.Chung研究小组;CFRC复合材料屏蔽性能用于防止核辐射和电磁污染的研究还处在萌芽阶段;影响CFRC力学性能,电学性能的各主要成分之间的定量关系还未能精确描述;CFRC复合材料中纤维与基体之间的界面特征对其宏观性能的影响还有待进一步探讨.此外,制备CFRC过程中,除采取控制加料顺序,变换搅拌工艺,加入硅粉,HEC等分散剂促使碳纤维均匀分散外,材料研究工作者仍在寻找最理想的碳纤维分散方法.参考文献…王茂章,贺福.碳纤维的制造,性质及其应用【M】.北京:科学出版社,1984.第1版【2】李克智,王闯,李贺军,石振海.碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究.材料导报,2006,2O(5):85—88 【3】Zeng—QiangShi,D.D.L.Chung,Carbonfiber—re—inforcedconcretefortrafficmonitoringandweighingin motion,CemConcrRes,1999(29):435—439【4】张卫东,徐学燕.智能材料在土木工程健康监测中的应用【J】.石油工程建设,2004(2):9—13【5】邓宗才,钱在兹.碳纤维混凝土在反复荷载下的应力一应变全曲线研究【J】.建筑结构,2002(6):54—56 【6】赵稼祥.碳纤维的发展与应用【J】.纤维复合材料,1996(4):46—50【7】郭全贵,岳秀珍.单丝拔出实验表征碳纤维增强水泥复合材料的界面【J】.纤维复合材料,1995(3):42—46 【8】SihaiWen.DDL.Chung.Enhanc ingtheSeebeck effectincarbonfiber--reinforcedcementbyusingnter—calatedcarbonfibers.CemConcrRes,2000(3O):1295—1298-【9】Zeng—QiangShi,DD.L.Chung,Carbonfiber—re—inforcedconcretefortrafficmonitoringandweighingin motion,CemConcrRes,1999(29):435—439【1O】靳武刚.碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用【J】.现代塑料加工应用,2003(1):24—27【11】赵福辰.电磁屏蔽材料的发展现状【J】.材料开发与应用,2001(5):29—33【12】张其颖.碳纤维增强水泥混凝土导电机理的研究【J】.硅酸盐通报,2003(3):22—28【13】杨元霞,刘宝举.碳纤维水泥基复合材料电性能的若干研究.建筑材料学报,2001(2):200—203【14】韩宝国.碳纤维水泥基复合材料压敏性能的研究【D】.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2001【15】D.D.L.Chung.Carbonfiberreinforcedcement mortarimprovedbyusingacrylicdispersionasadmix—ture.CemConcrRes,2001(31):1633—1637【16】XuliFu,D.D.L.Chung.Ozonetreatmentofcar- bonfiberforreinforcingcement.Carbon,1998,36(9): 1337—1345【17】满华元,张岩.碳纤维阳极表面处理对CF/MDF水泥复合材料性能影响研究【J】.复合材料学报,1995(2):47—51【18】Jian—guoZhao,Ke-zhiLi,He-junLi,ChuangWang.Theinfluenceofthermafgradientonpyrocarbon depositionincarbon/carboncompositesduringtheCVI process,Carbon,2006(44):786—7919。
混凝土中纤维增强复合材料的防辐射性能研究
混凝土中纤维增强复合材料的防辐射性能研究一、背景介绍混凝土作为建筑结构中常用的材料，具有承重能力强、耐久性好等优点，但其抗辐射性能相对较差，容易受到核辐射的损伤影响。
为了提高混凝土的防辐射性能，研究人员开始考虑运用纤维增强复合材料（FRC）来加强混凝土的抗辐射性能。
二、纤维增强复合材料的定义和分类纤维增强复合材料是由纤维和基质组成的材料，其优点在于具有高强度、高刚度和耐腐蚀性好等特点。
根据纤维的类型不同，可以将纤维增强复合材料分为无机纤维增强复合材料和有机纤维增强复合材料两类。
三、防辐射性能的影响因素混凝土的防辐射性能受到多个因素的影响，包括混凝土的密度、水灰比、氯离子含量、抗裂性等。
同时，纤维增强复合材料的类型、纤维长度、纤维含量等也会对混凝土的防辐射性能产生影响。
四、纤维增强混凝土的防辐射性能研究进展近年来，研究人员进行了大量的实验研究，探讨了不同类型的纤维增强混凝土在核辐射环境下的防护效果。
其中，玻璃纤维增强混凝土、碳纤维增强混凝土和钢纤维增强混凝土等得到了广泛的研究。
实验结果表明，纤维增强混凝土可以显著提高混凝土的防辐射性能，其中玻璃纤维增强混凝土具有较好的防护效果。
五、纤维增强混凝土的抗裂性能研究纤维增强混凝土的抗裂性能对其防辐射性能也有影响。
研究表明，纤维增强混凝土的抗裂性能可以有效地提高混凝土的耐辐射能力。
同时，纤维增强混凝土的抗裂性能也受到纤维类型、纤维长度和纤维含量等因素的影响。
六、纤维增强混凝土的应用前景随着对混凝土防辐射性能的要求越来越高，纤维增强混凝土作为一种新型的防护材料，具有广阔的应用前景。
未来，纤维增强混凝土的研究方向将主要集中在纤维类型的选择、纤维含量的优化和混凝土性能的改善等方面。
七、结论纤维增强混凝土可以显著提高混凝土的防辐射性能，其中玻璃纤维增强混凝土具有较好的防护效果。
纤维增强混凝土的抗裂性能对其防辐射性能也有影响。
未来，纤维增强混凝土的研究方向将主要集中在纤维类型的选择、纤维含量的优化和混凝土性能的改善等方面。
水泥基电磁屏蔽材料性能分析
水泥基电磁屏蔽材料性能分析水泥基电磁屏蔽材料性能分析水泥基电磁屏蔽材料是一种具有良好电磁波阻隔性能的建筑材料。
它能够有效地阻挡电磁辐射并减少电磁波的传播，对于保护人体健康和电子设备的正常运作具有重要意义。
下面将逐步分析水泥基电磁屏蔽材料的性能。
首先，水泥基电磁屏蔽材料的阻隔性能是其最重要的性能之一。
它能够阻挡来自外部的电磁辐射，如无线电波和微波。
这主要是因为水泥基材料具有较高的密度和导电性，能够在一定程度上吸收和反射电磁波。
此外，电磁屏蔽材料中添加的金属纤维或导电粉末能够增加其导电性，提高阻隔性能。
其次，水泥基电磁屏蔽材料还具有良好的抗腐蚀性能。
水泥基材料本身具有较高的碱性，可以有效地抵御外部的腐蚀介质，如酸性物质和潮湿环境。
这使得电磁屏蔽材料能够在长期使用中保持稳定的性能，延长使用寿命。
另外，水泥基电磁屏蔽材料还具有一定的机械强度和耐磨性。
水泥基材料通常具有较高的抗压、抗拉和抗弯强度，能够经受一定的外力作用而不发生破坏。
此外，加入适量的纤维材料能够增加材料的韧性和抗冲击性，提高耐磨性。
此外，水泥基电磁屏蔽材料还具有一定的耐火性能。
水泥基材料具有较高的耐高温性能，能够在火灾等极端情况下保持稳定的性能。
这对于防火墙或其他消防设施的建造非常有利。
最后，水泥基电磁屏蔽材料在施工过程中具有一定的可塑性和可加工性。
它可以通过调整配比和控制混凝土的硬化过程来满足不同的工程需求。
此外，水泥基材料也可以通过添加适量的添加剂来改善其性能，如增强剂、流动剂等。
总结起来，水泥基电磁屏蔽材料具有良好的阻隔性能、抗腐蚀性能、机械强度和耐火性能，以及可塑性和可加工性。
它可以在建筑工程中广泛应用，为人们提供一个安全、舒适的生活和工作环境。
未来，随着科技的不断进步，水泥基电磁屏蔽材料的性能将得到进一步的提升和优化，为社会的可持续发展做出更大的贡献。
混凝土中添加导电材料的电磁屏蔽方法
混凝土中添加导电材料的电磁屏蔽方法一、背景随着电子设备的普及，电磁辐射的问题越来越受到关注。
电磁辐射不仅会对电子设备造成干扰，还会对人体健康产生不良影响。
因此，对于一些对电磁辐射敏感的场所，如医院、实验室等，需要采取一些措施来防止电磁辐射。
其中，混凝土作为一种常用的建筑材料，其具有较强的防护能力，可以用于电磁屏蔽。
而通过添加导电材料，可以提高混凝土的导电性，进一步增强其电磁屏蔽能力。
二、添加导电材料的选择1.碳纤维碳纤维具有较强的导电性，可以有效地增强混凝土的导电性。
此外，碳纤维还具有高强度、耐腐蚀等优点，可用于增强混凝土的力学性能。
2.铜粉铜粉是一种较常见的导电材料，其导电性能优良，可以用于增强混凝土的导电性。
同时，铜粉还具有良好的耐腐蚀性和耐久性。
3.金属纤维金属纤维具有较好的导电性能，可以用于增强混凝土的导电性。
金属纤维还具有高强度、耐腐蚀等优点，可用于增强混凝土的力学性能。
三、添加导电材料的方法1.混凝土预制品中添加导电材料将导电材料与混凝土预制品的原材料混合，然后进行振捣、浇注、养护等工艺步骤，制成具有较好导电性的混凝土预制品。
2.施工现场中添加导电材料在混凝土搅拌过程中，适量添加导电材料，并进行充分搅拌，然后进行浇筑、振捣、养护等工艺步骤，制成具有较好导电性的混凝土构件。
四、导电混凝土的应用导电混凝土可以用于电磁屏蔽，可应用于医院、实验室、机房等对电磁辐射敏感的场所。
同时，导电混凝土还可以应用于防雷、防静电等领域。
五、导电混凝土的优缺点优点：1.导电混凝土具有较好的导电性能，可以有效地防止电磁辐射。
2.导电混凝土具有较好的力学性能，可以用于增强构件的强度和耐久性。
3.导电混凝土具有较好的耐腐蚀性能，可以用于长期在恶劣环境下使用。
缺点：1.导电混凝土的成本较高。
2.导电混凝土的制备技术相对较为复杂，需要专业人员进行制备。
六、结论导电混凝土是一种有效的电磁屏蔽材料，可以应用于电磁辐射敏感的场所。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强型水泥基复合材料一、纤维增强型水泥基复合材料的概述纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
•• 2.2 抗裂性在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
混凝土中碳纤维增强材料应用技术规程
混凝土中碳纤维增强材料应用技术规程一、前言碳纤维增强材料是当前结构材料领域的一种新型材料，其具有轻质、高强、高刚度、耐热、耐腐蚀、电磁屏蔽等优异性能，已被广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、建筑等领域。
混凝土中加入碳纤维增强材料可以提高混凝土的抗裂性、抗冲击性、抗温变性等性能，本文旨在制定一份详细的技术规程，规范混凝土中碳纤维增强材料的应用。
二、材料准备1. 混凝土：符合GB/T 50080-2016《混凝土结构设计规范》要求的混凝土材料；2. 碳纤维增强材料：符合GB/T 32144-2015《碳纤维增强水泥基复合材料》要求的碳纤维增强材料。
三、配合比设计1. 确定混凝土的抗压强度等级和配合比；2. 确定碳纤维增强材料的掺量，掺量一般为混凝土配合比中水泥用量的0.5%~1.5%。
四、试验前准备1. 确认混凝土试件尺寸和数量，尺寸一般为150mm×150mm×150mm或100mm×100mm×100mm；2. 碳纤维增强材料进行分散处理，以保证其与混凝土的均匀分散。
五、试验方法1. 混凝土试件制备：按照配合比设计要求，将混凝土原材料按照一定比例搅拌均匀，加入碳纤维增强材料后再次搅拌均匀，制备混凝土试件；2. 试验条件：试验环境温度为20℃±2℃，相对湿度为（60±5）%；3. 试验项目：（1）抗压强度试验：按照GB/T 50081-2002《混凝土力学性能试验方法》进行试验，试件的养护时间为28天；（2）抗裂性试验：按照GB/T 50367-2006《混凝土抗裂性能试验方法》进行试验，试件的养护时间为28天；（3）抗冲击性试验：按照GB/T 50289-2015《混凝土抗冲击性能试验方法》进行试验，试件的养护时间为28天；（4）抗温变性试验：按照GB/T 50082-2009《混凝土耐久性能试验方法》进行试验，试件的养护时间为28天。
六、试验结果分析1. 抗压强度试验结果：计算混凝土试件的平均抗压强度，与无碳纤维增强材料的混凝土试件进行比较；2. 抗裂性试验结果：计算混凝土试件的裂缝宽度和裂缝载荷，与无碳纤维增强材料的混凝土试件进行比较；3. 抗冲击性试验结果：计算混凝土试件的冲击载荷、最大位移和能量吸收能力，与无碳纤维增强材料的混凝土试件进行比较；4. 抗温变性试验结果：计算混凝土试件的热收缩率和抗冻性能，与无碳纤维增强材料的混凝土试件进行比较。
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用 Aglient PAN 系列网络 分析 仪 ( E8362B , 10
MHz～20 GHz,美国 )对制备好的试样进行弓形反射
法 (NRL )测试 。测量前先放置标准铝板将反射率
校正为零 ,测量频率范围分别为 4～8 GHz和 8～18
GHz,测量动态范围 - 40 dB ,扫频点分别为 401 个 。
Abstract: The reflectivity of carbon fiber reinforced cement2based composites ( CFRC ) against electrom agnetic waves in the ranges of 4 ～8 GHz and of 8 ～18 GHz were measured using the Naval Research Laboratory system when the mass fractions of carbon fiber were 012% , 014% , 016% , 018% and 110% respectively. The influence of carbon fiber contents on the reflectivity was discussed. Results showed that the reflectivity of the composites was less than - 10 dB at the lower frequency range and there were wave2absorbing p roperties. However, the reflectivity was more than - 10 dB at the higher range and there were wave2reflecting p roperties. A t the lower frequency range, the m inimum reflectivity was - 1511 dB when the fiber content was 016% , whereas at the higher frequency range the m inim um reflectivity was - 1914 dB when the fiber content was 014%. Key words: carbon fibers; cem ent2based; electromagnetic interference; reflectivity Founda tion item : Granted by national natural science foundation of China (50172039)
拌 1 m in。将拌合料倒入 180 mm ×180 mm ×10 mm
正方形自制薄板钢模内 ,振动 ,捣实 ,用抹子抹平 ,放
入标准养护箱中养护 , 24 h后脱模 ,继续正常养护 。
箱内温度 (21 ±1) ℃,湿度 ≥95% , 28 d后进行反射
率测试 。
11213 CFRC样品反射损耗的测试
适的分散剂质量分数是促使碳纤维均匀分散的重要
手段 ,也是制备性能良好的 CFRC 复合材料的重要
前提 。
11212 CFRC样品的制备
将称量好的水泥 、砂子 、FDN 减水剂和硅粉等
干料加入到搅拌锅内 ,慢速搅拌 1 m in,使其混合均
匀 。然后加入上述制备好的碳纤维分散系混合物 ,
先慢速搅拌 2 m in,再快速搅拌 2 m in,最后再慢速搅
传统的评价碳纤维增强水泥基复合材料 (CFRC) 抗电磁波干扰性能的方法 ,是应用 Hewlett2Packard (HP) 8510A 网络测试系统 ,通过同轴电缆传递 ,直接 测试其屏蔽效能 ( Shielding Effectiveness, SE) ,判断材 料对电磁波的屏蔽能力 [15～17] ,很少从复合材料对电磁 波的吸收角度去评价其对电磁波的屏蔽效果 [18～20 ] , 这直接妨碍了 CFRC复合材料吸波性能的研究 。
第 25卷第 6期 2 0 0 8年 6月
精细化工
F INE CHEM ICAL S
Vol. 25 , No. 6 June 2 0 0 8
功能材料
碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能3
王 闯 1 ,李克智 2 ,李贺军 2 ,郭领军 2
(1. 陕西铁路工程职业技术学院 道桥系 ,陕西 渭南 714000; 2. 西北工业大学 材料学院 ,陕西 西安 710072)
染领域中的应用研究提供了参考 。
1 实验部分
111 材料及仪器 水泥 :陕西耀洲水泥厂秦岭牌 4215R 普通硅酸
盐水泥 ,执行标准 GB175—1999;分散剂 :硅粉 (上海 九凌冶炼有限公司 , 300目 ,质量分数 9917% ) ,羟乙 基纤 维 素 HEC (山 东 一 滕 化 工 有 限 公 司 , 黏 度 30 000 Pa·s) ;减水剂 : FDN 高效减水剂 (武汉钢铁 公司外加剂厂 ) ;磷酸三丁酯 ,液体 ,消泡剂 (天津市 恒昊科工贸有限公司 ) ; KQ - 250DE型数控超声仪 (上海昆山市超声仪器有限公司 ) ; JA21002 电子天 平 ; YH - 40型水泥混凝土养护箱 (北京路达试验仪 器有限公司 ) ;神舟牌 JJ - 5水泥胶砂搅拌机 ( ISO 679) ;振动台 ;神舟牌 JJ - 5行星式水泥胶砂搅拌机 控制器 ;碳纤维为 PAN 基短切碳纤维 ,长度为 6 mm (吉林市吉研高科技纤维有限责任公司 ) ,主要技术 参数见表 1。
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第 6期
王 闯 ,等 :碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能
·537·
吸波材料吸收电磁波应具备两个基本条件 [ 9 ] : 一是入射波最大限度地进入材料内部而不在其前表
取羟乙基纤维素分散剂 ,将称量好的分散剂加入到
烧杯中 ,搅拌 ,继续超声振荡 10 m in。分散剂的质量
分数控制在 1167% ～1178%。质量分数太小 ,分散
剂的黏度不足以将碳纤维包覆起来 ,形成类似于胶
体的“囊包 ”;分散剂质量分数太大 ,则溶液黏度太
大 ,流动性差 ,碳纤维无法分散开来 。因此 ,控制合
平板为铝板 。
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摘要 :利用弓形法测试了碳纤维质量掺量分别为 012%、014%、016%、018%和 110%时 ,碳纤维增强水泥基复合 材料 (CFRC)在低频段 4～8 GHz和高频段 8～18 GHz对电磁波的反射率 ,讨论了碳纤维质量掺量变化对反射率 的影响 。结果发现 ,碳纤维质量掺量相同 、低频段时 ,反射率小于 - 10 dB ,复合材料对电磁波表现出吸收性 ;高 频段时 ,反射率大于 - 10 dB,复合材料对电磁波表现出反射性 。低频段 、碳纤维质量掺量为 016%时出现最小反 射率 - 1511 dB;高频段 、碳纤维质量掺量为 014%时 ,出现最小反射率 - 1914 dB。 关键词 :碳纤维 ;水泥基 ;电磁波 ;反射率 中图分类号 : TB332 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 - 5214 (2008) 06 - 0536 - 06
本研究从 CFRC 复合材料对电磁波的吸收角度 出发 ,以反射率为表征 [ 2～4 ] ,分析了碳纤维质量掺量 变化对 CFRC复合材料电磁屏蔽性能的影响 ,讨论 了在低频段和高频段时的反射率变化 ,证明 CFRC 复合材料在不同频率段有不同的电磁特性 。不论是
从吸收电磁波性能方面看 ,还是从反射电磁波性能 方面看 ,该类复合材料都是一种良好的电磁屏蔽体 , 为其在防止电磁辐射 、雷达波干扰 、核辐射等电磁污
现代电子设备的大量应用所带来的电磁波辐射 已经成为一种新的社会公害 ,其造成的电磁干扰不 仅影响各种电子设备的正常运行 ,而且会通过热效 应 、非热效应 、累积效应对人体造成直接和间接的伤 害 。因此 ,电磁辐射的危害已越来越引起人们的重
视 [ 1～5 ] 。具有屏蔽性能材料之一的吸波材料是防止 电磁污染和电磁波干扰的重要材料之一 。当电磁波 作用于吸波材料时 ,材料会产生电导损耗 、介质损耗 和磁损耗等将电磁能转化为热能 ,从而削弱其电磁 影响 [ 6～8 ] 。
3 收稿日期 : 2008 - 01 - 13;定用日期 : 2008 - 02 - 25 基金项目 :国家自然科学基金项目 (50172039) 作者简介 :王 闯 (1961 - ) ,男 ,陕西渭南人 ,陕西铁路工程职业技术学院副教授 ,博士 ,主要从事碳纤维增强复合材料的研究 ,电话 : 029 - 88495764,传真 : 029 - 87783767, E - mail: wangchuang1961@ sina. com。
面上反射 ,即材料的匹配特性 ;二是进入材料内部的 电磁波能迅速地被材料吸收衰减 ,即材料的衰减特 性 。吸波材料的性能主要用反射率来衡量 ,它表示 了吸波材料相对于金属平板反射的大小 [ 10, 11 ] ,反射 率小于 - 10 dB 时可用在军工领域 ,反射率小于 - 5 dB 时可用在民用防电磁波干扰领域 [ 12～14 ] 。
The Electromagnetic In terference of Carbon F iber Re inforced Cem en t2ba sed Com posites
WANG Chuang1 , L I Ke2zhi2 , L I He2jun2 , GUO L ing2jun2