石墨/碳纤维电磁屏蔽水泥砂浆的制备与性能研究

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由于电子产品和电器设备的普遍应用,建筑物的电磁防护越来越受到重视。利用电磁屏蔽水泥砂浆作建筑物的电磁防护材料具有施工操作方便、价格便宜、覆盖范围大的特点。本文研究了填充石墨/碳纤维水泥砂浆的制备工艺和电磁屏蔽性能,探讨了砂浆的各组分材料(胶凝材料,电磁损耗材料,骨料,矿物掺合料和聚合物外加剂)对砂浆的物理力学性能和电磁屏蔽效能的影响,通过优化配方和制备工艺,制备出了具有良好性能的石墨/碳纤维电磁屏蔽水泥砂浆。分别以石墨和碳纤维作为砂浆填充材料制备电磁屏蔽水泥砂浆。研究表明:单掺石墨或碳纤维都能够降低水泥砂浆的电阻率,同时提高砂浆的电磁屏蔽效能。无论是导电性能还是电磁屏蔽效能,砂浆中掺入较低掺量的碳纤维时改善效果都优于掺量较大的石墨。石墨和碳纤维复掺时在较低的碳纤维掺量下砂浆具有较好的电磁屏蔽效能。当砂浆中掺入质量分数15%的石墨和0.2%的碳纤维,砂浆在600MHz~1.5GHz波段范围内,电磁屏蔽效能可以达到10 dB以上。在石墨和碳纤维改性的水泥砂浆中,通过采用体积取代法来分析骨料(石英砂,玻化微珠,聚苯乙烯泡沫颗粒)对砂浆电磁屏蔽效能的影响。石英砂和玻化微珠的取代率对于电磁屏蔽效能影响不大,而掺入聚苯乙烯泡沫颗粒可以提高砂浆的屏蔽效果,可能是它能够使砂浆表面阻抗与空间阻抗匹配和吸收电磁波。采用硅灰、粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料等质量取代水泥。随着硅灰掺量的增加,砂浆的电磁屏蔽效能逐渐增大,而利用粉煤灰和矿渣微粉取代水泥对掺石墨和碳纤维的砂浆的电磁屏蔽效能的影响不是很明显。聚合物外加剂中,掺低于水泥质量分数1%的可再分散乳胶粉对砂浆电磁屏蔽效能影响不大,掺入过多的乳胶粉会使试样的电磁屏蔽效能下降3~5dB。掺入水泥质量分数0.2%的羧甲基纤维素钠(CMC)会使水泥砂浆的电磁屏蔽效能降低2~4dB。此外,本文还研究了砂浆的水灰比,试样的厚度,养护龄期,试样结构等因素对砂浆电磁屏蔽效能的影响。随着水灰比的增大或砂浆试样厚度的增加,砂浆的电磁屏蔽效能逐渐增大,而养护龄期对水泥砂浆的屏蔽效能影响不大。砂浆复合铜丝网和采用三明治结构能够提高砂浆试样的屏蔽效能。本文通过性能测试研究,优化出普通电磁屏蔽砂浆的配方为:水泥∶硅灰∶矿渣∶砂∶石墨∶碳纤维(质量比)=394∶82∶204∶680∶240∶3.2;保温电磁屏蔽砂浆的配方为:水泥∶粉煤灰∶硅灰∶砂∶膨胀聚苯乙烯颗粒∶碳纤维∶石墨(质量比)=643∶76∶46∶574∶2.1∶3.6∶270。
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