碳纤维功能复合材料

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1、碳纤维功能复合材料华正新材聂冬斌炭纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。其不仅作为一种结构增强材料，同时也作为一种功能材料得以应用。其中，研究和改善炭纤维的电磁性能，使其满足结构材料所需性能的同时，又具有一定的抗电磁干扰或雷达波隐身能力是炭纤维研究的新领域，其应用主要包括三方面：一是作为电磁屏蔽材料，以减小各种低频电磁波污染；二是作为雷达波吸收材料(简称吸波材料)，以达到隐身的目的；三是作为导电复合材料的导电基体纤维，在面发热材料，电极材料等领域应用。1.1电磁屏蔽材料在过去

2、的二十几年里，由电器设备的干扰而产生的问题即所谓的电磁辐射已成为人们普遍关注的一个热点问题，电磁辐射波易使周围的电子电器设备受到干扰，产生误操作、图像障碍或者声音障碍，而且还会造成计算机信息泄漏等严重的社会问。同时电视机、计算机，手机等常用电器的电磁辐射也会对人体产生危害。而近些年随着各种电器的普及，电子计算机，通讯卫星，高压输电网和一些医用设备等的广泛应用，由此带来的电磁污染越来越严重，为此，人们研究了适用于不同领域的各种电磁屏蔽技术，如铁磁材料，良导体材料，复合材料及其他新型材料。而研制开发新型、高效的电磁屏蔽材料已成为功能复合材料研究领域新的焦

3、点。在这方面，炭纤维及其复合材料由于具有比重小、比强度高、导电性能好等特点，正受到人们的高度重视。为了防止电磁波辐射造成的干扰与泄漏，采用电磁屏蔽材料是一个主要解决方法。通常材料对电磁波的屏蔽作用，包括反射、吸收、折射(内反射)几方面的贡献。炭纤维的电磁屏蔽性能主要源于其良好的导电性。炭(石墨)纤维是电的良好导体，常见电阻率在(0.8-1.8)×10-3Ω.Cm之间，基体树脂是绝缘体，电阻率在1014-1016Ω.Cm之间，由它们组成的复合材料应有一定的导电能力，介于导体和绝缘体之间，见表1。表1各种材料的电阻率（Ω.Cm）普通炭纤维的电磁屏蔽性能，

4、可以借助特殊的工艺处理方法，通过改善炭纤维的电磁性能而得到进一步的提高。这些方法包括在炭纤维表面包覆金属、镀覆SiC、沉积石墨碳粒以及将纤维原料与其他成分混合制得复合炭纤维等。与炭纤维特殊的表面处理方法不同，复合炭纤维是在制造过程中将纤维制造原料与其他成分混合而得的一种新型炭纤维，开辟了炭纤维电磁改性的新途径。1.2炭纤维雷达波吸收功能复合材料隐身技术是当今世界重点发展的军事技术之一，隐身材料可分为微波隐身材料，红外隐身材料，声隐身材料，激光隐身材料和多功能隐身材料。吸波材料（微波隐身材料）可分为传统吸波材料和新型吸波材料。传统吸波材料以强吸收为主要

5、目标，常用的材料有铁氧体、金属微粉、钛酸钡、碳化硅、石墨、导电纤维等。它们通常都存在吸收频带窄、密度大等缺点。新型吸波材料包括纳米材料、多晶铁纤维、“手征”材料、导电高聚物及电路模拟吸波材料等。而碳纤维具有导电等一系列的优异性能，作为吸波材料同时满足“薄、宽、轻、强”等特点，即厚度薄，吸收频带宽，重量轻，力学性能强，在隐身材料的应用上具有很大的发展前景。1.3炭纤维面发热材料基于炭纤维具有导电、导热、抗氧化(300℃下可长时间使用)、质轻、直径细(<7um)、电阻温度系数小、电性能稳定等一系列优异性能，它已作为一种新型导电材料在导电复合材料中得到广泛

6、应用。其中导电炭纤维复合纸——将短切导电炭纤维均匀分散在基体纤维(如木质纤维素浆，化学纤维，矿物纤维等)，用湿法成纸的工艺加工—是一种最简单、最经济并易于工业化的方法。发达国家如日本、美国、德国、俄罗斯等国家已将其应用在许多民用领域。导电复合材料的开发及应用是为了满足电子工业、信息产业及新技术发展的需要而进行的。虽然结构性导电复合材料从70年代后期开始了研究，如聚乙炔、聚对苯撑、聚毗咯，但距产业化还存在相当长的距离。而复合型导电复合材料是以各种导电性物质以不同的加工方式及加工工艺(如分散复合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中构成的材料。几

7、乎所有的聚合物都可以制成复合型导电材料。复合型导电聚合物材料的一般制备方法是充填高效导电粒子或导电纤镍、铬、硅、镁等金属纤维，填充纤维的最佳直径是7微米。其应用以防静电材料、导电材料、电阻体材料和电磁波屏蔽材料等更广泛。国外开发的电阻体材料(即面状发热体)主要是以碳黑/高分子材料制成的，其优点是发热均匀，热效率高，无断丝事故，有些还可以进行温度自控，如HulS公司的Elastollan-C系列(聚氨酯/碳黑)，BASF公司的LuPolen5261Z(HDPE/碳黑)等均属此类。日本藤仓电线公司，Seikawashin公司等也有此类产品。应用时许多情况

8、下采取的是碳黑与石墨并用，如JP56-8443（旧立电线公司），JP52一101737(松下电气公司)，JP