石墨對水泥基電磁屏蔽涂料性能的影響

■劉成浩 ■江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001

引言

隨著手機(jī)、電腦和大功率電器等各種電子設(shè)備的大量普及，電磁輻射已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪幸环N新的污染源。具有屏蔽性能的吸波材料是防止電磁污染和電磁波干擾的重要材料之一。水泥基電磁屏蔽材料具有資源豐富、防護(hù)面積大、價格低廉的特點(diǎn)，其未來的應(yīng)用前景將十分廣闊。

國內(nèi)外對水泥基電磁屏蔽復(fù)合材料屏蔽效能的研究已經(jīng)日益成熟，紐約州立大學(xué)復(fù)合材料研究室D.D.L.Chung課題組制備并研究了各種水泥基電磁屏蔽復(fù)合材料，焦炭粉作為電磁損耗材料，其屏蔽效能不如碳纖維和鋼纖維［1］。高氧化鐵含量的粉煤灰摻入也能提高材料電磁屏蔽效能［2］。G.Haneczok［3］等人研究的軟磁非晶合金為電磁損耗劑的復(fù)合材料，具有較好的屏蔽效果，在1.8GHz以上其屏蔽效能能達(dá)到32dB以上。華僑大學(xué)的謝虎［4］利用納米石墨，制備出了電磁屏蔽效能達(dá)到22.60dB(1.5GHz)的水泥基電磁屏蔽材料。西北工業(yè)大學(xué)的王闖［5］通過高溫?zé)崽幚砀淖兲祭w維的形貌，改善了纖維與基體之間的界面結(jié)合力，改善了復(fù)合材料的電磁屏蔽效能。大部分專家學(xué)者的僅專注于提高材料的屏蔽效能，忽視了材料的實(shí)際應(yīng)用性能，本文在研究水泥基涂料的電磁屏蔽效能的同時，也做了涂料的施工性、耐堿性性能、粘結(jié)強(qiáng)度的研究，填補(bǔ)了此領(lǐng)域一定的空白。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及配方

水泥(江西亞東水泥廠“洋房牌”普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號為52.5R)、石英粉(細(xì)度為500目)、雙飛粉、膨潤土、纖維素醚、乳膠粉(臺灣產(chǎn))、消泡劑(消泡劑為市售甲基硅油)。膠體石墨由青島華泰潤滑密封科技有限責(zé)任公司產(chǎn)，細(xì)度為1200目。

表1 －1 水泥基建筑涂料配比

1.2 水泥基電磁屏蔽涂料的制備

(1)稱量:按照實(shí)驗(yàn)方案稱量水泥、石墨、石英粉、雙飛粉、膨潤土、纖維素醚、乳膠粉、消泡劑以及膠體石墨。

(2)機(jī)械分散:將稱量好的試樣裝入行星式球磨機(jī)，混合15分鐘。

(3)攪拌機(jī)內(nèi)加水混合:將分散的試樣倒入靜漿攪拌機(jī)中，加水設(shè)置自動攪拌。

(4)試樣成型以及養(yǎng)護(hù)條件:

黏結(jié)強(qiáng)度:將40mm×40mm的成型框放在70mm×70mm×20mm水泥砂漿試塊的成型面上，將涂料漿料試樣倒入成型框中，按照規(guī)定的方式振搗、刮平、脫模，在溫度(23±2)℃、相對濕度60% ～80%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

電磁屏蔽效能:將涂料裝入Ф115mm×8mm，中心Ф12mm小孔的模具并振實(shí)，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中(溫度20℃，濕度96.5%)，一天后脫模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)3天后取出烘干進(jìn)行測試。

1.3 試驗(yàn)檢測方法

(1)施工性:將試板放在水平面上，用鋼制刮板(刀頭約120mm)涂刮試樣約0.5mm厚，檢驗(yàn)涂裝作業(yè)是否有障礙，放置5h后再用同樣的方法刮涂第二道，刮涂運(yùn)行無困難，所得涂層平整無針孔、無毛刺時，認(rèn)為“涂刮無障礙”。

(2)耐堿性:按照GB/T9265－2009執(zhí)行，三塊試板中有兩塊在堿性環(huán)境下浸泡300h不起泡、軟化、剝落、無明顯變色，則認(rèn)為試樣耐堿性良好。

(3)黏結(jié)強(qiáng)度:按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9779－2005執(zhí)行，要求黏結(jié)強(qiáng)度≥0.49MPa。

(4)電磁屏蔽效能測試:參照中華人民共和國電子行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)材料屏蔽效能的測試方法SJ20524－1995進(jìn)行電磁屏蔽性能的測試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 石墨摻量對水泥基涂料施工性的影響

實(shí)驗(yàn)研究了細(xì)度為1200目的膠體石墨分別外摻0%，5%，10%，15%，20%對涂料施工性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表2－1。

表2 －1 石墨對水泥基涂料施工性的影響

根據(jù)表2－1，石墨對水泥基涂料施工性能的實(shí)驗(yàn)中，各試樣的施工性能均達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，且隨著石墨摻量的增加，水泥基涂料的施工性能越來越好，是由于石墨具有潤滑作用，從而降低了涂料在批刮時所受到的阻力。

2.2 石墨摻量對水泥基涂料耐堿性的影響

實(shí)驗(yàn)研究了細(xì)度為1200目的膠體石墨分別外摻0%，5%，10%，15%，20%對涂料耐堿性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表2－2所示。

表2 －2石墨摻量對水泥基涂料耐堿性的影響

表2－2所示，所有試樣的耐堿性均為良好，說明石墨的摻加對水泥基涂料的耐堿性幾乎沒有影響。

2.3 石墨摻量對水泥基涂料黏結(jié)強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)研究了細(xì)度為1200目的膠體石墨分別外摻0%，5%，10%，15%，20%對涂料黏結(jié)強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2－3。

圖2 －3 石墨對水泥基涂料黏結(jié)強(qiáng)度的影響

根據(jù)圖2－3所示，所有試樣的黏結(jié)強(qiáng)度均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)≥0.49MPa。黏結(jié)強(qiáng)度的值都是在一定的范圍內(nèi)起伏，說明石墨的摻加對水泥基涂料的黏結(jié)強(qiáng)度無較大影響。

2.4 石墨摻量對水泥基涂料電磁屏蔽效能的影響

實(shí)驗(yàn)研究了細(xì)度為1200目的膠體石墨分別外摻0%，5%，10%，15%，20%涂料的電磁屏蔽性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2－4。

圖2 －4 石墨摻量對水泥基涂料電磁屏蔽效能的影響

有圖可知，外摻膠體石墨10%以下時，水泥基建筑涂料的屏蔽效能變化很小，當(dāng)石墨外摻量達(dá)到15%以后，涂料的電磁屏蔽效能提升明顯，當(dāng)石墨摻量達(dá)到20%時，相對于沒有摻入石墨的水泥基涂料其電磁屏蔽效能提高3倍以上。出現(xiàn)這種電磁屏蔽性能驟升的原因在于膠體石墨的摻量達(dá)到一定值以后，形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對電磁波的反射損耗明顯提高，電磁屏蔽效能迅速增加，在1.3GHz達(dá)到18dB。

3 結(jié)論

(1)由于石墨的潤滑作用，水泥基涂料的施工性能得到了更好的提升，同時水泥基涂料的耐堿性并沒有因?yàn)槭奶砑佣艿接绊懀苓_(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)石墨摻加對水泥基涂料的黏結(jié)強(qiáng)度并沒有明顯影響，石墨摻量在0%—20%的水泥基涂料，其黏結(jié)強(qiáng)度均在0.6MPa以上。

(3)隨著石墨摻量的增加，水泥基電磁屏蔽涂料的電磁屏蔽效能也逐漸增加，當(dāng)摻量為15%時，涂料的電磁屏蔽效能增加明顯，當(dāng)石墨摻量達(dá)到20%時，在1.3GHz可達(dá)到18dB。

4.參考文獻(xiàn)

［1］Cao J，Chung D D L.Coke powder as an admixture in cement for electromagnetic interference shielding［J］.Carbon，2003，41(12):2433－2436.

［2］Cao J，Chung D D L.Useof fly ash as an admixture for electromagnetic interference shielding［J］.Cement and Concrete Research，2004，34(10):1889－1892.

［3］Haneczok G，Wroczyński R，Kwapuliński P，et al.Electro/magnetic shielding effectiveness of soft magnetic Fe 80Nb 6B 14amorphous alloy［J］.Journal of Materials Processing Technology，2009，209(5):2356－2360.

［4］謝虎，陳國華.水泥基納米石墨復(fù)合材料的電磁屏蔽性能［J］.功能材料，2009，40(7):1219－1221.

［5］王闖，李克智，李賀軍等.表面熱處理碳纖維及其增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的電磁屏蔽性能［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2008，36(10):1348－1355.