连续碳纤维表面合金化及其复合材料屏蔽性能研究

摘要

随着电磁污染的日益严重，各国均在大力开展高性能电磁屏蔽轻质材料的研究。碳纤维具有质量轻、力学性能优异等突出优点，广泛用于高性能复合材料的增强材料。而将其用于制备轻质电磁屏蔽材料，其电学和磁学性能有待进一步改善。本论文采用传统的电镀工艺在连续碳纤维表面沉积铁镍合金层，并对其微观形貌、成分、电磁性能及形成机理进行了研究，并将其与ABS树脂复合，制备了电磁屏蔽复合材料，并对其性能进行了研究。该类复合材料具有高效、轻质等突出优势，有望在电磁屏蔽材料领域发挥重要作用及广泛应用。
　　本课题的具体工作主要包括以下几方面：
　　（1）采用传统一步电沉积法在碳纤维表面成功获得Fe-Ni合金层，探讨了工艺参数对Fe-Ni合金层性能的影响。结果表明，在400℃空气氧化表面改性处理，60℃下电沉积15min可获得均匀致密的合金层。铁镍合金层主要为FeNi3相，其中铁含量约为9wt％，并与碳纤维之间具有较好的结合力。铁镍合金碳纤维线电阻值可控制在12?/m以下，但饱和磁化强度约为20emu/g，有待进一步的提升。
　　（2）为了进一步提高合金层中的铁含量，采用两步电沉积法制备铁镍合金碳纤维，并研究了退火处理对其表面形貌及物相组成的影响。结果表明，在本实验制备的合金层中铁含量约为18.4wt%，饱和磁化强度可达50emu/g。经过退火处理后，复合纤维表面质量提高，且线电阻值可控制住5?/m以下，虽然磁饱和强度略有降低，但仍可达25emu/g，展现出典型的软磁材料特性。
　　（3）采用热压成型工艺方法制备了Fe-Ni-CFs/ABS复合材料，并于其他导电纤维复合材料进行比较，结果表明，在30~1200 MHz频率范围内，Fe-Ni-CFs/ABS复合材料具有更佳的屏蔽性能。此外，铁镍合金碳纤维能有效地降低复合材料的表面电阻和体积电阻，有望成为新型电磁屏蔽复合材料的导电填料。

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第一章 绪论

1.1 研究电磁屏蔽材料的必要性及意义

1.2 电磁屏蔽材料研究现状

1.3 电磁屏蔽原理及效能表征

1.4 电磁屏蔽复合材料性能的影响因素

1.5 电沉积合金镀层的原理及用于电磁屏蔽材料的优势

1.6 课题的研究背景、意义及内容

第二章 共沉积法制备铁镍合金包覆连续碳纤维工艺研究及性能表征

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 高铁含量铁镍合金包覆连续碳纤维制备及性能表征

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 热处理对所得铁镍合金镀层性能的影响

3.5本章小结

第四章 铁镍合金包覆碳纤维/ABS复合材料的制备及性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢