碳纖維/樹脂復(fù)合吸波材料的制備與應(yīng)用
成果與項(xiàng)目的背景及主要用途: 吸波材料即雷達(dá)吸波材料(RAM),是指能夠吸收衰減入射的電磁波,并 將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉或使電磁波因干涉而消失的一類材料。目前,隨 著電磁波污染的日益嚴(yán)重,吸波材料在民用領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑTS多研究 已證明,持續(xù)、高強(qiáng)度的電磁波照射會(huì)誘發(fā)細(xì)胞變異、誘發(fā)腫瘤、癌癥等疾病, 電磁波污染已成為世界各國本世紀(jì)重點(diǎn)治理的環(huán)境污染之一。不讓電子設(shè)備發(fā)射 電磁波是不可能的,所以消除電磁波污染最有效的辦法就是使用吸波材料。這項(xiàng) 屬于電磁干擾(EMI)范疇的研究已在世界各國得到廣泛重視和應(yīng)用。 技術(shù)原理與工藝流程簡介: 107天津大學(xué)科技成果選編 本項(xiàng)目研究制備含有不同含量及分布的碳纖維(氈)樹脂基復(fù)合吸波材料,主 要研究碳纖維(氈)排布方式、含量對(duì)于材料吸波性能的影響,通過調(diào)整參數(shù),實(shí) 現(xiàn)材料對(duì)電磁波的寬頻吸收、高效吸收、選擇吸收的目的;其次,通過對(duì)纖維(氈) 表面改性、添加電磁損耗劑、改變基體種類等制備具有剛性和柔性基體吸波材料, 同時(shí)對(duì)吸波機(jī)理進(jìn)行研究,以求開發(fā)一種低成本、寬頻、高效、輕質(zhì)的吸波材料。 試樣的制備采用復(fù)合材料成型工藝壓縮模塑。將環(huán)氧樹脂與低分子量聚酰胺 按質(zhì)量比 2:1 攪拌均勻(E-44 型環(huán)氧樹脂:低分子量聚酰胺樹脂=100:50~100: 100 質(zhì)量比),在真空干燥箱中脫泡,然后澆注到事先預(yù)熱的半溢式模具中,模 具中預(yù)置碳纖維或碳?xì)帧T谕覆▽颖砻婕右粚?S-玻璃布,目的是達(dá)到與自由空 間的阻抗匹配,在模具底部也加一層玻璃布,目的是抵消由透波層玻璃布引起的 應(yīng)力,使試樣不致彎曲而造成測量誤差。然后將澆注好的模具在 60℃,10MPa 的壓力下固化 2 個(gè)小時(shí),得到所需的 180mm×180mm,厚度為 4mm 的正方標(biāo)準(zhǔn) 試樣。 技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況: 本研究通過兩年多的大量實(shí)驗(yàn),獲得具有良好吸波性能和商用價(jià)值的環(huán)境功 能材料。可用于消除環(huán)境空間中的有害電磁波。本課題組制備了材料樣品,完成 了 4 個(gè)專題的研究報(bào)告,發(fā)表論文 12 篇,申請(qǐng)專利兩項(xiàng)。本研究已達(dá)到國際先 進(jìn)水平。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測: 隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展,吸波材料的應(yīng)用已深入到通訊抗干擾、環(huán)保及人體 防護(hù)等諸多領(lǐng)域。 成本估算: 環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合吸波材料 E-44 環(huán)氧樹脂:15.4 元/公斤,低分子量聚酰胺樹脂:24 元/公斤。 碳纖維:300 元/公斤 每塊試樣用碳纖維:0.36 克 其他費(fèi)用:電費(fèi),模具費(fèi),人工費(fèi) 每塊試樣成本:約 4 元(180×180mm) 折合成本:約 120 元/平方米 108天津大學(xué)科技成果選編 109 應(yīng)用領(lǐng)域:電磁波污染的防護(hù),構(gòu)筑微波暗室。 2、 連續(xù)碳納米管纖維 成果與項(xiàng)目的背景及主要用途: 碳納米管被譽(yù)為超級(jí)纖維,是 21 世紀(jì)的基礎(chǔ)材料,具有優(yōu)異的物理化學(xué)性 質(zhì),其密度只有鋼的六分之一,強(qiáng)度超過鋼 100 倍,具有高導(dǎo)電導(dǎo)熱性,導(dǎo)熱性 是銅的 5-8 倍,在高性能復(fù)合材料,能源電極,電場發(fā)射等多方面有重要的應(yīng)用 前景,世界各國和大公司都爭先投入搶占碳納米管市場,近年來產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。 連續(xù)碳納米管纖維是無數(shù)碳納米管構(gòu)成的長紗線,輕于碳纖維,有高柔性, 具有碳納米管所有結(jié)構(gòu)和功能特性,可編織和成型,較碳納米管更接近應(yīng)用,在 制備高性能復(fù)合材料方面,極具潛力,可用于宇航、汽車用高性能復(fù)合材料、風(fēng) 力發(fā)電葉片、導(dǎo)電導(dǎo)熱材料、電力傳輸電纜、高強(qiáng)編織物,智能紡織和柔性光電 器件等。 基于天津大學(xué)的氣相法制備連續(xù)碳納米管纖維技術(shù),研發(fā)碳納米管纖維量產(chǎn) 化技術(shù),制備萬米連續(xù)碳納米管纖維材料, 研發(fā)碳納米纖維復(fù)合材料和相關(guān)新材 料,在國內(nèi)率先推出碳納米纖維新產(chǎn)品,主導(dǎo)國內(nèi)市場,開拓國際市場。 技術(shù)原理與工藝流程簡介: 本方法是一步制備連續(xù)碳管纖維的方法,具有工業(yè)化應(yīng)用前景。2010 年天 津大學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)取得關(guān)鍵制備技術(shù)的突破,紡出千米連續(xù)的碳納米管纖維,為產(chǎn) 業(yè)化提供了基礎(chǔ)。 氣相紡絲法是以含碳原理和催化劑輸入到高溫爐中,在氣流中生長碳納米管 并組裝成絲,用機(jī)械的方法紡出碳納米管纖維的新方法。主要成果包括發(fā)明了乙 醇/丙酮混合碳源,發(fā)明了水密封反應(yīng)器和致密碳管纖維的紡絲方法。目前已經(jīng) 取得連續(xù)紡絲數(shù)小時(shí)數(shù)千米連續(xù)碳管纖維,在方法、技術(shù)和材料性能方面處于國 際領(lǐng)先水平。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測: 碳納米管的價(jià)格范圍較大 2-20000 元/克,價(jià)格取決于碳管種類和純度,有 些容易合成,有些受制備限制,尚未量產(chǎn)化。目前市場上多壁管 2000 元/公斤,天津大學(xué)科技成果選編 高純碳管價(jià)格十倍以上。高純單壁碳管尚未量產(chǎn),目前仍以克量計(jì),純度 80% 的單壁管價(jià)格為 60 美元/克,高純(>90%)單壁管在 1000-2000 美元/克以上。 連續(xù)碳管纖維為雙壁管,純度 90%,短期可參考單壁管價(jià)格 60-2000 美元/克。 應(yīng)用領(lǐng)域: 高性能復(fù)合材料、導(dǎo)電導(dǎo)熱材料、儲(chǔ)能材料、功能電子和織物,產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域航 空航天、能源、環(huán)境、化工和紡織等。 合作方式及條件: 技術(shù)合作與專利轉(zhuǎn)讓 與國際知名企業(yè)和研究單位建立合作,引領(lǐng)碳納米管纖維新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
天津大學(xué)
2021-04-11