MXene在电磁屏蔽织物领域应用最新研究进展

MXene作为一种新型二维纳米材料,具有导电性高、比表面积大、耐热性好和密度低等优点,是一种优良的导电填料,其在电磁屏蔽织物领域的应用也越来越多。文中简述MXene材料的合成过程及应用;介绍MXene的电磁屏蔽机理及其复合纤维制备方法,包括涂层法、双辊法、静电纺丝法、湿法纺丝法等,并对比各方法的优缺点;总结MXene在电磁屏蔽织物应用领域的最新研究进展。最后展望MXene在电磁屏蔽织物应用领域的发展方向,为新一代电磁屏蔽性能优异、稳定性强、力学性能强、舒适性好的MXene复合纤维的研究提供新思路。

维生素C对聚合物/金属导电复合材料电磁屏蔽稳定性的影响

采用熔融共混法制备了动态硫化热塑性弹性体(TPV)/镀镍(Ni)玻璃纤维(NCGF)/维生素C(VC)导电复合材料TPV/NCGF_(VC),系统研究了VC对该复合材料老化前后的微观形貌、分子结构及力学性能的影响,探讨了VC对Ni金属网络的选择性保护作用机制。结果表明,在TPV/NCGF复合材料中添加VC能够有效抑制老化过程中Ni导电网络的氧化,从而使复合材料表现出稳定的导电性和电磁屏蔽性能,其中电磁屏蔽效能保持率超过90%;在纯TPV基体中引入VC后,VC能有效抑制老化后TPV分子链的断裂;在TPV/NCGF_(VC)复合材料的老化过程中,VC优先与Ni网络发生还原反应,将NCGF表面Ni层因氧化生成的Ni离子(Ni^(2+))还原为单质Ni(Ni^(0)),表明VC对Ni金属网络具有选择性保护作用。

超高分子量聚乙烯纤维表面金属化改性及应用

超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维及织物因表面呈化学惰性且高度结晶,导致其与复合材料基体之间的界面结合力弱,影响复合材料性能.为增强纤维表面活性,通过无电沉积金属铜的方法实现UHMWPE纤维表面金属化改性,制备UHMWPE-Cu复合纤维,分别考察金属镀层对UHMWPE纤维的形貌、晶体结构、表面粗糙度和电导率等性能的影响,并研究UHMWPE-Cu复合纤维与聚氨酯树脂基体之间的界面黏接性能和抗穿刺性能.结果表明,无电沉积金属化赋予了纤维良好的导电性能,电导率可达660.79 S/cm.同时,金属化增加了纤维的表面活性,提高了纤维与树脂基体之间的界面黏接性能.UHMWPE纤维可增强聚氨酯复合材料的剥离强度,相对于未改性纤维样品提高了108%.此外,UHMWPE纤维的金属化也显著提高了其复合材料的抗穿刺性能,与未改性样品相比,改性的样品抗穿刺性能提升了35%.金属化还大幅度提高了复合材料的电磁屏蔽性能,电磁屏性能可达53 dB,远优于屏蔽应用的合格电磁干扰强度值(20 dB).UHMWPE纤维表面金属化在电磁屏蔽上具有广阔的应用前景.

玻璃纤维/碳纤维织物基复合材料的电磁屏蔽性能

为增强碳纤维织物复合材料对电磁波的阻抗匹配性,减少二次反射,采用玻璃纤维调控碳纤维织物组织结构,并将其与水性聚氨酯复合,设计并制备了5种玻璃纤维/碳纤维(G/C)织物复合材料。借助超景深显微镜、矢量网络分析仪、模拟日光氙灯光源系统、红外热成像仪对G/C织物复合材料的形貌结构、电磁屏蔽性能、介电性能以及光热转化性能进行表征和分析。结果表明:在12.1 GHz下,纬纱采用2根玻璃纤维和单根碳纤维交替排列织造的G/C织物复合材料的屏蔽效能高达38.7 dB;G/C织物复合材料的组织结构变化可有效调控多种介电极化弛豫机制;G/C织物复合材料表面温度在模拟日光氙灯光源照射下响应速度快,其中玻璃纤维和碳纤维单根交替排列的G/C织物复合材料在2 kW/m^(2)光照强度下照射300 s时,其表面温度可达71.8℃。

玻璃纤维及二氧化硅微粒表面的化学镀银工艺

为了制备高导电性电磁屏蔽材料,对玻璃纤维和3种不同粒度(400,1000,2500目)的SiO2微粒表面的化学镀银工艺进行了研究,并对镀层表面状况及镀银产品的导电性进行了测试。结果表明:所用镀银液配方合理;镀银玻璃纤维表面镀层均匀,镀层与基底材料结合牢固。SiO2粒度对镀层质量影响很大,当粒度达400目时,表面镀银层呈明显的非晶态,表明粒度大小影响表面活性进而影响镀层质量。镀银后的玻璃纤维和400,2500目的SiO2微粒导电性良好,其体积电阻率分别为8.51×10-4,6.10×10-4,5.04×10-4Ω·cm。镀银玻璃纤维(由于其大的长径比)和粒度分布范围广的SiO2微粒(容易填充紧密)都具有更好的导电性,有望用于制备高导电性电磁屏蔽材料。

LDPE-Ni/多晶铁纤维电磁屏蔽包装材料研究

为制备一种性能优良，使用方便的电磁屏蔽包装材料，用多晶铁纤维和镍粉作为导电填料，填加到LDPE中，制备成了LDPE-Ni／多晶铁纤维电磁屏蔽材料。研究发现，该材料的屏蔽效能值为20dB；“渗滤阈值”为20％～25％；由于多晶铁纤维的复合磁损耗机理，材料的具有一定的吸波功能；当多晶铁纤雏和镍粉的含量为18％时，复合材料达到最大拉伸强度12．5MPa，而其断裂伸长率呈下降趋势。

某型舰载机碳纤维复合材料电源机箱及其核电磁脉冲防护性能

[目的]针对某型舰载机电源机箱减重和核电磁脉冲(HEMP)防护的设计需求,采用基于碳纤维复合材料化的机箱结构设计,并利用热压罐成型工艺制备复合材料电源机箱。[方法]利用CST仿真软件进行机箱复合材料的防护性能仿真和设计评估;选择镀镍碳纤维和延展金属网作为电磁增强材料,同时配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计;使用有界波模拟器验证其在核电磁脉冲下的防护能力。[结果]结果表明,碳纤维复合材料机箱在核电磁脉冲下的屏蔽效能达到65 dB以上。[结论]采用热压罐工艺制作的机箱具有质量轻、强度高、成型方便、电磁脉冲防护性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。

PP纤维和碳纳米管对复合保温材料性能的影响

以玻化微珠、水泥、粉煤灰、PP纤维和碳纳米管为主要原料制备复合保温材料.利用扫描电镜（SEM）和Nicolet傅里叶变换红外光谱仪（IR）对PP纤维改性前后的表面形貌、试样断口形貌和纤维表面活性基团进行分析,研究了PP纤维改性前后对复合保温材料力学性能的影响.采用扫描电镜对复合保温材料断口形貌进行分析,研究了碳纳米管对复合保温材料强度和电磁屏蔽效能的影响.结果表明：改性PP纤维表面引入的活性基团-OH和-COOH使试样的抗折强度和抗压强度较掺加未改性PP纤维试样分别提高了20.69%和11.76%;掺加碳纳米管后,复合保温材料的抗折强度和抗压强度显著改善,电磁辐射频率在5～15GHz的电磁屏蔽效能显著提高.

LDPE不/锈钢纤维电磁屏蔽材料的性能研究

将不锈钢纤维填加到LDPE中,制备了一种电磁屏蔽材料。分析了不锈钢纤维的加入对复合材料电磁性能、导电性能和力学性能的影响。

复合材料雷体的UWB-EMP耦合效应研究

针对高功率微波(High power microwave,HPM)扫雷装置对现代地雷构成的严重威胁,为提高地雷抗电磁毁伤能力,将不锈钢纤维(Stainless steel fibers,SSF)作为聚酰胺树脂的导电填料,研究新型复合屏蔽材料地雷壳体。针对雷体结构和布设状态,采用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)数值方法,分析该壳体的超宽带电磁脉冲(Ultra-wide band electromagnetic pulse,UWB-EMP)孔缝耦合规律。加工复合材料地雷壳体样品,内置电子引信并连接电引火头,在微波暗室进行峰值功率1 GW的UWB-EMP辐照下的效应实验,壳体放置天线前的距离大于0.5 m时,内部电子引信能正常工作。结果表明:该壳体能有效提高电子引信地雷抗强电磁毁伤等复杂战场电磁环境下的生存能力。

玻璃微珠/银核壳纳米复合粒子电性能的研究

以聩腮作稳定礼，用原位复合法制备了玻璃微珠，车艮核壳纳米复合粒子。研究了氨水和硫脲的浓度对合成的核壳复合粒子的形貌与体积电阻率的影响以及核壳粒子的体积分数与其屏蔽性能的关系。结果表明：当氨水和硫脲浓度分别为2．64mol／L和4．2×10^-8mol／L时，复合粒子壳层均匀致密，ρv达到最小值2．65×10^-5Ω·cm。复合粒子的屏蔽效能随其体积分数的增加而逐渐增大，在30％～35％出现明显的跳跃，屏蔽效能与ρv对数的变化关系与理论预测基本吻合。

镀铝玻璃纤维复合材料的电磁屏蔽性能研究

以镀铝玻璃纤维(GF)为导电填料,填充热固性酚醛树脂(PF)制备出PF电磁屏蔽复合材料,并测试了其体积电阻率和电磁屏蔽效能。结果表明,一定长度下以镀铝GF作为导电填料仍然具有渗滤性质,且其质量分数大于40%后材料的屏蔽效能开始保持稳定,同时用经典的同轴线模型公式估算了相同体积电阻下材料的屏蔽效能,发现其值与实测值具有一定偏差,分析了偏差的原因,最后指出材料自身结构亦是获得较高屏蔽效能的重要手段之一。

CFRP材料电磁屏蔽效能研究

通过窗口法对碳纤维复合材料(CFRP)进行屏蔽效能试验,研究了铺层厚度、铺设方向及导电性等因素对碳纤维复合材料屏蔽效能的影响。结果表明,铺层铺设方向对屏蔽效能的影响最大,单一方向铺设板件对不同方向极化波的屏蔽效能相差很大。这些为碳纤维复合材料的进一步设计和应用提供了依据。

Ni/GFF/EP导电复合电磁屏蔽材料的制备及性能

采用化学镀法在玻璃纤维织物(GFF)上制备出镀镍玻璃纤维织物(Ni/GFF),将Ni/GFF作为导电填料与环氧树脂(EP)复合,制备了镀镍玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料(Ni/GFF/EP)。对还原剂浓度、主盐液浓度、氨水浓度、化学镀反应时间等工艺参数对Ni/GFF导电性的影响进行研究,优化了化学镀工艺。研究了GFF镀镍改性对复合材料力学性能的影响以及Ni/GFF复合环氧树脂前后的屏蔽效能。结果表明,Ni/GFF/EP复合材料的体积电阻率为5.06×10^(-3)Ω·cm,弯曲强度为230 MPa,冲击强度为11.56 kJ·m^(-2),屏蔽效能为67 dB^77 dB。

碳纤维机载电磁屏蔽机箱制造工艺研究

某机载电磁屏蔽机箱对重量的控制要求严苛,因此采用碳纤维复合材料制造该机箱。文中论述了该碳纤维机载电磁屏蔽机箱的制造工艺过程,即对该整体成型机箱的制造工艺流程进行了介绍,并对模具设计、铺层设计、金属预埋件精确定位、表面金属化等关键技术进行了详细讨论。与相同结构的铝制机箱相比,该碳纤维机箱的质量减轻了约30%,并通过了电磁屏蔽性能测试以及振动、盐雾、湿热、温度冲击等环境适应性试验验证,完全满足设计和使用要求。

碳纤维软磁复合材料在无线电能传输电磁耦合机构中的应用

为解决电动汽车无线充电应用中电磁耦合机构长时间工作中铁氧体受振易碎、电磁耦合机构体积和质量大的问题,利用碳纤维屏蔽电磁波和吸能减振的特性,将碳纤维软磁复合材料作为导磁材料,分别建立了基于铁氧体和碳纤维软磁复合材料的仿真模型,设计并制作出碳纤维软磁复合材料,建立无线电能传输测试平台进行实验验证。结果表明:整块铁氧体的电场和磁场屏蔽最大数值分别为0.29 V/m和1.23×10^(-3)mT;碳纤维软磁复合材料的电场和磁场屏蔽最大数值分别为0.22 V/m和0.79×10^(-3)mT,铁氧体外侧加入两层碳纤维编织结构制成屏蔽材料,其磁场和电场屏蔽效果均优于铁氧体。

基于热压罐工艺的电磁防护复合材料机箱研制

针对武器装备减重和电磁屏蔽设计需求,文中采用镀镍碳纤维和碳纤维增强复合材料作为机箱主材料,配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计,利用热压罐成型工艺制备了电磁防护复合材料机箱。按照GJB 151B-2013的相关要求对机箱的电磁兼容性进行了测试,测试频率范围为30MHz～18 GHz,并验证了所用成型工艺的可行性。测试结果表明,与相同结构的铝制机箱相比,该机箱质量降低了31.4%,其电磁兼容性满足RE102辐射极限值要求。采用该工艺制作的碳纤维电磁防护机箱具有质量轻、强度高、成型快、成本低、屏蔽性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。

酚醛树脂基镀铝玻璃纤维复合材料的导电性与电磁屏蔽性能的研究

本研究以镀金属铝玻璃纤维为导电填料,填充热固性酚醛树脂制备出电磁屏蔽复合材料,通过测试和分析发现,使用导电纤维作为填料仍然具有阈值性质,且填充量大于40wt%后材料的屏蔽效能开始保持稳定,同时用Schelkunoff公式估算了材料的屏蔽效能,发现在高频状态下估算值与实测值具有较大偏差,文章最后指出用添加普通玻璃纤维的方法来配合工艺有损材料的屏蔽效能。

镀铝玻纤复合材料电磁屏蔽性能探讨

以镀金属铝玻璃纤维为导电填料,填充热固性酚醛树脂制备出电磁屏蔽复合材料。通过测试和分析发现,一定长度下以镀铝玻纤作为导电填料仍然具有阈值性质,且填充量大于40wt%后,材料的屏蔽效能开始保持稳定。同时,用经典的同轴线模型公式估算了相同体积电阻下材料的屏蔽效能,发现其值与实测值具有一定偏差。最后,分析了偏差的原因,指出材料自身结构亦是获得较高屏蔽效能的重要手段之一。