CN102718460A

CN102718460A - 一种吸收电磁波石膏板

Info

Publication number: CN102718460A
Application number: CN2012102132203A
Authority: CN
Inventors: 王宝民; 潘宝峰
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明属于土木工程装饰材料技术领域，涉及一种吸收电磁波石膏板配制技术，其特征是，该新型吸收电磁波石膏板的组分和含量如下（质量份数）：石膏粉100份，水28-40份，缓凝剂掺量为石膏质量的（0.1-0.6）%，高性能减水剂掺入量为石膏质量的（0.2-1.6）%，碳纳米管掺量为石膏质量的（0.3-1.0）%，纳米碳纤维掺量为石膏质量的（0.5-3.5）%。本发明吸收电磁波石膏板具有良好的电磁波吸收性能，可用于民用和军事有吸波性能要求的装饰工程中，实用价值高。

Description

一种吸收电磁波石膏板

技术领域

本发明属于土木工程装饰材料技术领域，涉及一种吸收电磁波石膏板配制技术，特别涉及到以纳米碳纤维和多壁碳纳米管复合来配制吸收电磁波石膏板。

背景技术

电磁辐射已成为继大气污染、水污染和噪声污染之后我国的第四污染源。随着城市经济发展和人口增长，电子、通信、计算机、汽车与电气设备等进入家庭，导致城市空间人为电磁能量逐年增长，广播电视台、无线通讯发射站、各类天线、电网、城市交通运输、个人无线通讯手段以及家用电器等，把人们带进一个充满电磁辐射的环境中。同时，电子设备的高频化、数字化，干扰信号的能量密度增大，使有限空间内的电磁环境更为恶化。恶化的电磁环境不仅对人们日常的通信、计算机、运输业和其他电子系统造成危害，而且会对人们的身体健康带来威胁。此外，为防止设备的数据泄漏和削减雷达对目标的探测能力，研究电磁屏蔽与吸波材料就显得非常重要。

石膏板是以建筑石膏为主要原料制成的一种材料。它是一种重量轻、强度较高、厚度较薄、加工方便以及隔音绝热和防火等性能较好的建筑材料，是当前着重发展的新型轻质板材之一。石膏板易加工装配，施工简便，已广泛用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、墙体覆面板（代替墙面抹灰层）、天花板、吸音板、地面基层板和各种装饰板等。通过对石膏板掺杂改性来达到对电磁辐射防护的目的是一种简单而且切实可行的办法。

目前常用的吸波组分主要有三类：导电聚合物类、碳类和金属类。其中，比较常见、应用也比较广的是碳素类（包括石墨、炭黑及碳纤维）和金属类（主要有金属粉、金属纤维和金属片）。超微粉、纤维，以及磁性铁氧体等比较适合配制电磁波吸收复合材料。目前已有的研究也表明，它们可以在实验测试的频段内达到-10~-20dB的吸收效果，可以满足对吸波材料的要求。

碳纳米管是一维纳米材料，其独特的结构使其吸波机制不同于传统粒子，具有量子效应、隧道效应、小尺寸和界面效应。随着表面原子比例的升高，晶体缺陷增加、悬挂键增多，表面活性增大，在电磁场作用下，原子、电子运动加剧，使电磁能转化为热能，形成界面电极极化，高的比表面积又会造成多重散射，这是纳米材料具有吸波能力的重要机理。纳米材料在具有良好吸波特性的同时还具有频带宽、兼容性好、面密度低、涂层薄的特点。

碳纳米管一般用于增强复合材料的研究，研究较多的基体材料有聚合物基、金属基及陶瓷基，有关复合石膏材料的吸波性能还少有研究。

纳米碳纤维的性能优于现在当前任何一种纤维，它既具有碳纤维的固有性质，又具有金属材料的导电导热性，陶瓷材料的耐热耐腐蚀性，纺织纤维的柔软可编性，是一材多能的功能材料和结构材料，可以作为增强相应用于材料领域。纳米碳纤维在催化剂载体、燃料电池、复合增强材料等方面的研究越来越广泛，特别是在复合材料和电子元器件方面取得了突破性进展。目前，越来越多的研究人员将纳米碳纤维应用于广大复合材料中以此来增强和改善复合材料的性能。由于其具有较高的导电性能，也会对电磁波进行吸收损耗。以纳米碳纤维复合到石膏板中做吸波材料尚未见到。

“吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄” 是对21世纪新一代隐身吸波材料的要求，将碳纳米管与纳米碳纤维复合应用于石膏板材料中，将大幅度提升石膏板的电磁波吸收性能，具有显著创新意义和价值。

发明内容

本发明提供一种新型吸收电磁波石膏板的配制技术，目的是显著提高装饰材料的吸波性能，获得一种高效的石膏板复合吸波材料。

本发明的技术方案如下：本发明的吸波石膏板的主要原材料由石膏粉、水、高性能减水剂、缓凝剂、多壁碳纳米管、纳米碳纤维组成。各组分和含量如下（质量份数）：石膏粉100份，水28-40份，多壁碳纳米管掺量为石膏质量的（0.3-1.0）%，纳米碳纤维掺量为石膏质量的（0.5-3.5）%。

进一步特征，还可以加入缓凝剂和高性能减水剂，缓凝剂掺量为石膏质量的（0.1-0.6）%，高性能减水剂掺入量为石膏质量的（0.2-1.6）%，其中高性能减水剂：减水率大于20%。缓凝剂为柠檬酸钠石膏缓凝剂。

石膏粉：半水硫酸钙石膏。2h抗压强度大于6.0 MPa ；抗折强度大于3.0MPa ；初凝时间大于5min ；终凝时间小于30min。

多壁碳纳米管：管径20-40纳米，长度5-15微米。

纳米碳纤维：管径150-200纳米，长度10-30微米，电阻率≤10-4欧·厘米。

按上述的质量比例称取原材料，机械搅拌，搅拌时间180秒-240秒，浇注成型。

本发明的效果和益处主要体现在石膏复合材料的宽频段高效吸波。随着通讯、电子与计算机等行业的快速发展和军事电子战争的普及，石膏吸波材料将有更广阔的应用范围，其需求量也将逐年增加，而吸波性能好、吸波频带宽的石膏吸波材料将具有非常好的应用前景。本发明将碳纳米管和纳米碳纤维复合应用于石膏板材料中，将大幅度提升石膏板材料的电磁波吸收性能，可用于民用和军事领域对电磁波屏蔽吸收要求较高的工程中，具有重大的工程实用价值和显著的技术经济意义。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1

某隐身建筑所用原材料及性能如下：

石膏粉：半水硫酸钙石膏，纯度>90%，标稠<35，细度<320目。

水：自来水。

减水剂：高效聚羧酸减水剂，减水率35%。

缓凝剂：大连化工厂产柠檬酸钠石膏缓凝剂。

纳米碳纤维：北京德科公司，平均直径150nm，平均长度20μm，电阻率10-4欧·厘米。

碳纳米管：深圳纳米港有限公司生产，直径20-40纳米，长度5-15微米。

石膏板组成及含量分别为（质量分数）：石膏粉100，自来水30，减水剂掺量为0.8%，缓凝剂掺量为0.6%，纳米碳纤维掺量为2%，多壁碳纳米管掺量为0.7%。

吸波性能：石膏板在2-18GHz频率范围内最小反射率值达到 -28dB，小于-10dB的频率带宽达到11.4GHz，表现出显著的吸波效果。

Claims

1.一种吸收电磁波石膏板，其特征在于，该吸收电磁波石膏板的组分和含量如下：石膏粉100份，水28-40份，多壁碳纳米管掺量为石膏质量的0.3%-1.0%，纳米碳纤维掺量为石膏质量的0.5%-3.%。

2.如权利要求1所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征还在于，所述的石膏粉为半水硫酸钙石膏：2h抗压强度大于6.0 MPa ；抗折强度大于3.0MPa ；初凝时间大于5min ；终凝时间小于30min。

3.如权利要求1所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征还在于，所述的多壁碳纳米管：管径20-40纳米、长度5-15微米。

4.如权利要求1所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征还在于，所述的纳米碳纤维：管径150-200纳米，长度10-30微米，电阻率≤10^-4欧·厘米。

5.如权利要求1-4任一所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征在于，还加入缓凝剂，缓凝剂掺量为石膏质量的0.1%-0.6%。

6.如权利要求1-4任一所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征在于，还加入高性能减水剂，高性能减水剂掺入量为石膏质量的0.2%-1.6%，

7.如权利要求5任一所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征在于，所述的缓凝剂为柠檬酸钠石膏缓凝剂。

8.如权利要求6任一所述的一种吸收电磁波石膏板，其特征在于，所述的高性能减水剂的减水率大于20%。