石墨摻量對防電磁輻射紙面石膏板的影響

何亮，王鵬起，譚丹君（北新集團建材股份有限公司，北京　102208）

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石墨摻量對防電磁輻射紙面石膏板的影響

何亮，王鵬起，譚丹君
（北新集團建材股份有限公司，北京102208）

摘要：研究了石墨摻量對石膏石墨復合料漿的影響及對防電磁輻射紙面石膏板吸波性能的影響。結果表明，用水量隨著石墨摻量提高而增加，但對石膏石墨復合料漿密度無顯著影響；石墨摻量的增加會降低石膏的抗壓和抗折強度，10%和15%摻量時石膏的抗折強度分別降低至2.7、1.8MPa；而防電磁輻射紙面石膏板的吸波性能隨石墨摻量增加而提高，吸波帶寬由3GHz提高到9.5 GHz。綜合考慮吸波性能、抗折和抗壓強度等方面，選擇8%石墨摻量比較適合工業(yè)生產。

關鍵詞：電磁輻射；石膏板；石墨；吸波性能

電子信息技術的高速發(fā)展，在給人們帶來諸多便利的同時也帶來了電磁污染又一大環(huán)境問題，其對人體身心健康帶來的威脅不亞于水污染、大氣污染和噪聲污染。為了保護環(huán)境、保護人類健康、保障信息安全，必須對電磁輻射加以防護。

電磁輻射的防護有電磁吸收和電磁屏蔽，針對電磁吸收防輻射原理，目前研究的吸波材料主要有鐵氧體吸波劑、陶瓷吸波劑、纖維類吸波劑及石墨等吸波劑[1-7]，但是鐵氧體、陶瓷、纖維類等吸波劑相對于石墨來說成本較高?，F(xiàn)已研發(fā)出防電磁輻射水泥、玻璃、砂漿等建材產品[8-12]，但是這些產品目前均是針對室外的電磁污染治理，對于室內電磁污染治理研究的很少，特別是對大量用于室內裝飾裝修用的紙面石膏板基本沒有相關研究。本文探討石墨作為外加劑制備防電磁輻射紙面石膏板工藝及其對用水量、復合料漿密度、抗壓強度、抗折強度和吸波性能的影響，為防電磁輻射紙面石膏板產業(yè)化提供基礎數(shù)據(jù)。

1　試驗

1.1試驗原料

100目天然鱗片石墨：青島天和達石墨有限公司；熟石膏粉、改性淀粉：北新集團建材股份有限公司涿州分公司；發(fā)泡劑：俱進K12；300mm×300mm尺寸的護面紙若干。供測試吸波效果的防電磁輻射紙面石膏板原料配比如表1所示，采用模壓法制備板材的工藝流程如圖1所示。

表1　防電磁輻射紙面石膏板的配比

圖1　防電磁輻射紙面石膏板的制備工藝流程

1.2試驗設備

石膏料漿攪拌機，K55SSWH，頻率50/60Hz，功率250W；石膏粉機械混合機，V-8，功率2.5 kW，容積8L，轉速60 r/min；電子天平，YP2001W，最大量程2000 g，精確度0.1 g；烘箱，DHG-9240A，溫度范圍10～250℃；石膏料漿標準稠度儀；全自動水泥強度試驗機，DY-208M-30T；網絡矢量分析儀，N5234A；增益喇叭，HD-HA20N。

1.3試驗方法

料漿標準稠度測試方法：稱取石膏和石墨混合干料300 g及一定量水，將混合干料倒入水中攪拌約40 s后，倒入標準稠度儀料斗，在50 s時，迅速提升料斗，讓料漿從料斗下部孔洞自由落下。用鋼尺測量形成的圓餅狀石膏直徑，結果在（18± 0.5）cm范圍內即可。

料漿密度測試方法：先將發(fā)泡劑稀釋100倍，稱取一定量稀釋后發(fā)泡液和水倒入石膏料漿機械攪拌機攪拌2min；加入石膏和石墨攪拌1min后停機，用200ml塑料燒杯舀取混合料漿，清理塑料杯外壁后稱重，最后計算密度。

防電磁輻射石膏板的干燥制度：在200℃鼓風干燥箱內干燥30min，然后轉入110℃干燥箱內干燥1 h，最后在45℃干燥箱內干燥至恒重。

抗折、抗壓強度測試方法：將料漿倒入模具，終凝1 h內脫模，制成40mm×40mm×160mm的試件，置于（40±2）℃電熱恒溫鼓風干燥箱烘干至恒重，按GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力學性能的測定》測試試件絕干狀態(tài)的抗折、抗壓強度。

吸波性能測試方法：根據(jù)GJB 2038—94《雷達吸波材料反射率測試方法》，利用N5234A型網絡分析儀采用弓形反射法進行測試，測試范圍覆蓋2～18GHz。

2　結果與分析

2.1石墨摻量對混合干料用水量的影響

生石膏主要成分為二水石膏，炒制后變成半水石膏、二水石膏和無水石膏混合相熟石膏粉。測試混合干料的標準稠度是為了尋找最佳用水量，用水過多會浪費水資源，同時混合料漿的初凝時間延長；用水過少，混合料漿初凝時間縮短，會造成干料和濕料混合不均，因此測試混合干料的標準稠度是比較重要的指標。石墨摻量對混合干料用水量的影響見表2。

表2　石墨摻量對混合干料用水量的影響

從表2可知，混合干料用水量隨石墨摻量提高而增加，相比于純石膏，不同摻量石墨，用水增加率分別為4.8%、12.7%、23.8%、28.6%和38.1%。在生產線上生產紙面石膏板時，摻入石墨后，由于用水量的增加，板材干燥過程中需要排出更多的水分，干燥機各區(qū)的溫度相應的需要提高，特別是生產線啟動階段，需要控制好干燥機各區(qū)的升溫程序，防止板材過燒或板材溫度過低，提高產品合格率。

2.2石墨摻量對料漿密度的影響

發(fā)泡劑可以增加石膏板材內部的空隙，如果石墨與發(fā)泡劑的相容性不好，會導致發(fā)泡不均勻，或石墨在料漿內部出現(xiàn)團聚等現(xiàn)象，這些情況勢必會增加熟石膏粉的用量，從而增大料漿的密度，使得成品板材變重。在實際生產中，檢測人員需要定時檢測料漿密度，并根據(jù)結果調節(jié)原料配比。石墨摻量對石膏料漿密度的影響見表3。

表3　石墨摻量對石膏料漿密度的影響

由表3可知，料漿密度隨著石墨摻量的增加逐漸降低，這是由于石墨密度小于石膏粉，因此，石墨摻量對發(fā)泡效果沒有

顯著負面影響。

2.3石墨摻量對石膏試塊強度的影響（見表4）

表4　石墨摻量對石膏試塊抗壓和抗折強度的影響

由表4可知，隨著石墨摻量增加，石膏石墨復合料漿制備的石膏試塊抗壓強度和抗折強度逐漸降低。當石墨摻量分別為10%和15%時，試塊絕干抗壓強度分別降低至4.9、3.2 MPa，絕干抗折強度分別降低至2.7、1.8MPa，這可能是因為石膏在水化過程中，鱗片石墨阻礙了晶體的生長和網絡結構形成，導致石膏試塊強度降低。因此，若在實際生產中為了獲得吸波性能較優(yōu)的產品，采用10%和15%的石墨摻量時，需加入減水劑、增強材料等提高板材強度。

2.4石墨摻量對紙面石膏板吸波性能的影響（見圖2）

圖2　石墨摻量對紙面石膏板吸波性能的影響

從圖2可知，1#樣品在2～18GHz頻率范圍內反射率整體大于-1dB，表明未摻入石墨的紙面石膏板不具有吸波性能；2#樣品和3#樣品分別在10～15GHz和9～13GHz范圍內具有一定的吸波效果，最大吸收峰值分別為-2.5 dB和-2.0 dB，對電磁波的吸收效果不顯著；4#樣品有效吸收帶寬3GHz，頻率范圍為10～13GHz，最大吸收峰值為-15GHz；5#樣品有效吸收帶寬7GHz，頻率范圍為9～12GHz和14～18GHz，最大吸收峰值為-30 dB；6#樣品有效吸收帶寬9.5GHz，頻率范圍為2.5～4.0GHz、8～11GHz和13～18GHz，最大吸收峰值為-25 dB，其中在低頻的吸收峰值為-10 dB。

當石墨摻量小于5%時，防電磁輻射石膏板的反射率大于-5 dB，吸波效果不明顯；當石墨摻量大于8%時，隨著摻量的增加，防電磁輻射石膏板試樣吸波效果逐漸提高，有效吸收帶寬由3GHz增大到9.5GHz，最大吸收峰反射率由-15GHz提高到-30GHz。從吸波效果來看，石墨摻量為8%、10%和15%時比較好，但是從強度檢測結果看，摻量為10%和15%時強度比較低，不利于板材實際生產，因此，綜合考慮，石墨摻量為8%是較佳的選擇。

3　結論

（1）石膏石墨混合干料用水量隨石墨摻量增加逐步增加，用水增加率從4.8%提高到38.1%；石墨摻量對石膏石墨復合料漿的密度沒有顯著影響。

（2）石膏試塊的抗壓、抗折強度隨石墨摻量的增加逐漸降低，石墨摻量為10%和15%時石膏試塊的抗折強度分別降低至2.7、1.8MPa，實際生產中采用此摻量需要加入相應的增強組分來提高板材強度。

（3）防電磁輻射紙面石膏板的吸波性能隨石墨摻量的增加逐漸提高，最大吸收峰反射率由-15GHz提高到了-30GHz，有效帶寬由3GHz增大到9.5GHz；結合抗折強度和抗壓強度檢測結果分析，石墨較佳摻量為8%。

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Influence of graphite content on the anti-electromagnetic radiation plasterboard

HE Liang，WANG Pengqi，TAN Danjun
（Beijing New Building Materials Public Limited Company，Beijing 102208，China）

Abstract：This experiment studies the effect of graphite dosage on composite slurry and absorbing performance of anti-electromagnetic radiation plasterboard.The result shows：the water consumption will increase with the dosage of graphite increasing，but no significant effect of the density of composite slurry；the compressive and bending strength will reduce with the dosage of graphite increasing，the flexural strength reduce to 2.7MPa and 1.8MPa with the dosage of 10%and 15%；the absorbing performance will improve with the dosage of graphite increasing，and the absorbing bandwidth increase from 3 GHz to 9.5GHz.Considering the absorbing property，compressive and bending strength，the choice of 8%graphite content is more suitable for industrial production.

Key words：electromagnetic radiation，plasterboard，graphite，absorbing performance

作者簡介：何亮，男，1987年生，湖北仙桃人，助理工程師，主要從事新型建筑材料及墻體方面的研究。地址：北京市昌平區(qū)回龍觀西大街118號龍冠置業(yè)大廈1508室，E-mail：heliang@bnbm.com.cn。

收稿日期：2015-08-13；

修訂日期：2015-09-10

基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃課題（2012BAJ02B04）

中圖分類號：TU526；TQ177.3+78

文獻標識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）01-0001-03