CN112645659A - 宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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CN112645659A CN202011600840.3A CN202011600840A CN112645659A CN 112645659 A CN112645659 A CN 112645659A CN 202011600840 A CN202011600840 A CN 202011600840A CN 112645659 A CN112645659 A CN 112645659A
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Abstract

本发明是关于一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用，所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料按照质量百分比计，包括：水泥40％～45％；钢纤维3％～30％；石墨10％～15％；金属粉0％～20％；纳米碳黑0.1％～3％；砂子10％～40％；分散剂0.01％～0.3％；消泡剂0.01％～0.1％，余量为水；所述水与水泥的质量比为0.3～0.5％。所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的电磁波屏蔽范围为100MHz～40GHz，屏蔽效能为20～75dB，并具有较高的抗压强度和抗折强度。本发明提供的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，电磁屏蔽频段宽，屏蔽效果好，力学强度高，能够满足大多数电磁屏蔽工程实际需求，具有广阔的应用前景。

Description

宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料领域，特别是涉及一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着科学技术的快速发展，以及电子、电气设备在通信、工业、科研、医疗、广播等领域的广泛应用，电磁辐射已成为一种具有巨大潜在危害的新型污染。电磁辐射污染不仅对人类身体健康造成一定程度的伤害，还会影响精密电子仪器正常运行、造成信息泄露等。电磁屏蔽水泥基材料是有效解决电磁辐射污染的功能材料，随着电磁辐射污染的加剧，对其需求量逐年增加。现有电磁波屏蔽水泥基材料的适用频段窄，对于复杂电磁辐射污染的治理难以实现全频段的覆盖。因此，开发宽频段的电磁波屏蔽水泥基材料意义重大。
有现有技术公开了一种水泥基电磁屏蔽材料及其生产方法，材料由3.0-6.5体积％的镍纤维和97.0-93.5体积％的水泥、水泥砂浆或混凝土组成，该材料的力学性能有所增强，但是有效屏蔽波段为100KHz-1.5GHz。又有现有技术公开了电磁屏蔽水泥板及其半干法制备工艺，该水泥板由物料A和溶液B组成，按重量份计，物料A包括：水泥5～70份、玻璃纤维5～10份、硅灰3～7份、粉煤灰5～15份、聚乙烯吡咯烷酮0.3～1.5份；溶液B包括：水90～98份、硅烷偶联剂1～6份、四氧化三铁改性氧化石墨烯0.05～0.15份；该材料的有效屏蔽频段为100MHz-1GHz。应用频段窄仍是目前水泥基屏蔽材料存在的主要问题。此外，还要保证大掺量导电填料不会造成水泥基材料力学性能及施工性能的明显降低，以满足应用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是在保证水泥基材料力学强度和施工性能的基础上，拓宽其电磁波屏蔽有效频段，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：
水泥40％～45％；钢纤维3％～30％；石墨10％～15％；金属粉0％～20％；纳米碳黑0.1％～3％；砂子10％～40％；分散剂0.01％～0.3％；消泡剂0.01％～0.1％，所述水与水泥的质量比为0.3～0.5。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的水泥为强度等级大于42.5的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥，铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的钢纤维长度为3～8mm，直径为0.2～0.5mm。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的石墨为片状或粒状或蠕虫状形貌，粒度为200～500μm。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的纳米碳黑粒径为30～100nm。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的金属粉为铁粉或不锈钢粉，金属粉粒径小于300目。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的分散剂为水性炭黑分散剂、阴离子型润湿分散剂、阳离子型润湿分散剂、高分子型超分散剂或两性型润湿型分散剂；所述消泡剂为有机硅消泡剂或矿物油消泡剂或聚醚消泡剂。
进一步的，前述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其中所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的电磁波屏蔽范围为100MHz～40GHz，屏蔽效能为20～75dB，抗压强度为41.5-53.8MPa，抗折强度为6.0-7.8MPa。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a纳米碳黑预处理：将纳米碳黑、分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/3～1/2，分散方式为搅拌或超声，搅拌转速大于1000转/分钟，超声时间不低于30min；
b干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、金属粉、砂子按比例进行机械干混5分钟以上；
c水泥基复合材料制备：将步骤a得到的纳米碳黑混合液和剩余量的水与步骤b得到的混合料混合并搅拌5～6分钟，得到混合浆体；其中总水量与水泥的质量比为0.3～0.5，将混合浆体倒入模具中成型36～48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的使用方法，包括如下步骤：
a对施工的墙面或地面进行表面清洁，并涂刷界面剂；
b利用胶黏剂将上述的电磁波屏蔽水泥基复合材料粘贴在步骤a的墙面或地面，或者利用螺栓将上述的电磁波屏蔽水泥基复合材料固定在步骤a的墙面或地面。
本发明所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，可实现水泥基材料的宽频段电磁波屏蔽，需要材料具有较高导电性能的同时，具有一定的磁性能；
本发明以磁性的超细钢纤维和金属粉为主要填料，提升材料电磁性能的同时，超细钢纤维还可实现增强作用；结合微米尺度石墨和纳米尺度炭黑进一步提升导电能力，纳米尺度炭黑还可以有效降低水泥基体的孔隙度，达到增强的目的；同时实现了宽频段电磁波屏蔽水泥基材料有效屏蔽波段的拓展和力学性能与施工性能的改善。
本发明所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用，与现有技术相比，至少具有下列优点：
1)与现有技术相比，本发明的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的抗折强度和抗压强度可提高10％以上，其抗压强度为41.5-53.8MPa，抗折强度为6.0-7.8MPa；
2)本发明的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的有效屏蔽频段可覆盖100MHz～40GHz宽频范围，屏蔽效能在20～75dB之间，可满足大部分电磁防护工程对材料力学性能及屏蔽性能的需求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料及其制备方法和应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
以下材料或试剂，如非特别说明，均为市购。
本发明提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：
水泥40％～45％；钢纤维3％～30％；石墨10％～15％；金属粉0％～20％；纳米碳黑0.1％～3％；砂子10％～40％；分散剂0.01％～0.3％；消泡剂0.01％～0.1％，所述水与水泥的质量比为0.3～0.5。
具体实施时，所述的水泥可以为强度等级大于42.5的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥，铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥，强度等级的选择与水泥的应用场景有关。
具体实施时，所述钢纤维的长度可以为3～8mm，直径可以为0.2～0.5mm，在选定的长度和直径范围内，钢纤维既可以起到增强力学强度的作用，也能够通过纤维的相互搭接在水泥基体中形成宏观的导电网络结构，也不会影响材料的制备与应用；优选地，所述钢纤维的长度为6mm，直径为0.4mm，这样优选后可以更好地增强力学强度，并更容易在水泥基体中形成宏观的导电网络结构。
具体实施时，所述石墨可以为片状或粒状或蠕虫状形貌，粒度可以为200～500μm。石墨在本发明材料体系中的作用主要是在微观尺度上扩展由钢纤维形成的宏观导电网络结构；实际实施时要保证石墨的粒度处于200～500μm，粒度过大将会造成水泥材料力学强度的降低，粒度过小又不易拓展导电网络。因此，在本发明中选择的粒度为200-500μm，优选为400-500μm，在该优选的粒度范围内，石墨更易相互连接形成微观导电网络。
具体实施时，所述纳米碳黑的粒径可以为30～100nm。纳米炭黑在本发明材料体系中的作用，一方面是通过纳米颗粒的分散联通材料内部的导电网络，进一步提高材料的导电性能，另一方面是利用其纳米尺度颗粒填充水泥材料水化后形成的大量微孔，改善力学强度。炭黑粒径优选为50-100nm，该优选范围内的粒度可以匹配水泥基材料内部的纳米尺度毛细孔隙结构，降低孔隙结构对力学强度的影响。
具体实施时，所述金属粉可以为铁粉或不锈钢粉，金属粉粒径小于300目。金属粉的主要目的是改善水泥基材料的磁性能，有利于提升材料对低频段电磁波的屏蔽性能，金属粉粒径越小，越易形成分散均匀的复合相，更有益于水泥基材料磁性能的提升。
具体实施时，所述砂子可以为粒径在0.5～0.8mm的河砂，河砂的粒径选择主要针对水泥基材料的施工性能及力学强度，对于电磁波屏蔽没有明显的影响。
具体实施时，所述分散剂可以为水性炭黑分散剂、阴离子型润湿分散剂、阳离子型润湿分散剂、高分子型超分散剂或两性型润湿型分散剂，优选为水性炭黑分散剂，以便于更好地分散纳米炭黑，避免团聚；所述消泡剂为有机硅消泡剂或矿物油消泡剂或聚醚消泡剂，优选为矿物油消泡剂，因其具有快速消泡、抑泡久、经济性好等优点，且在酸性及碱性条件下都可以使用。
实验证明，本发明所制备的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的电磁波屏蔽范围为100MHz～40GHz，屏蔽效能为20～75dB，抗压强度为41.5-53.8MPa，抗折强度为6.0-7.8MPa。
本发明还提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a纳米碳黑预处理：将纳米碳黑、分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/3～1/2(水量的确定只是为了保证能够满足纳米炭黑分散所需水量，对最终的屏蔽等效果影响不大)，分散方式为搅拌或超声，搅拌转速大于1000转/分钟，超声时间不低于30min，优选为搅拌转速为1500转/分钟，超声时间为30min(为了保证纳米尺度的炭黑能够均匀分散，避免大量纳米颗粒的团聚，影响其发挥作用)；
b干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、金属粉、砂子按比例进行机械干混5分钟以上；
c水泥基复合材料制备：将步骤a得到的纳米碳黑混合液和剩余量的水与步骤b得到的混合料混合并搅拌5～6分钟，得到混合浆体；其中总水量与水泥的质量比为0.3～0.5，将混合浆体倒入模具中成型36～48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
本发明还提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的使用方法，包括如下步骤：
a对施工的墙面或地面进行表面清洁，并涂刷界面剂，可以为干粉型或乳液型界面剂，界面剂涂刷厚度小于2mm；
b利用胶黏剂将上述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料粘贴在步骤a的墙面或地面，或者利用螺栓将上述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料固定在步骤a的墙面或地面。
实施例1
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维10％；石墨10％；纳米碳黑0.1％；砂子21％；分散剂0.01％；消泡剂0.01％；与水泥质量比为0.35的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
所述的钢纤维长度为3mm，直径为0.2mm。
所述的石墨为片状形貌，粒度为300～500μm。
所述的纳米碳黑的粒径为30～50nm。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/3，分散方式为超声分散，超声时间为30min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、砂子按比例进行机械干混6分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥的质量比例为0.35，混合浆体倒入模具中成型36小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例2
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥42％；钢纤维5％；石墨10％；铁粉7％；纳米碳黑1％；砂子18％；分散剂0.1％；消泡剂0.1％；与水泥质量比为0.4的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
所述的钢纤维长度为5mm，直径为0.3mm。
所述的石墨为粒状形貌，粒度为300～400μm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的铁粉粒径为500目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为聚醚消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间为40min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、铁粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥的质量比例为0.4，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例3
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维15％；石墨11.6％；不锈钢粉4％；纳米碳黑3％；砂子10％；分散剂0.3％；消泡剂0.1％；与水泥质量比为0.4的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为6mm，直径为0.25mm。
所述的石墨为蠕虫状形貌，粒度为400～500μm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的不锈钢粉粒径为400目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂，消泡剂为矿物油消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为搅拌分散，搅拌速度为2000r/min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、不锈钢粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥质量比例为0.4，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例4
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维5％；石墨10％；不锈钢粉17％；纳米碳黑1.7％；砂子10％；分散剂0.2％；消泡剂0.1％；与水泥质量比为0.4的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为5mm，直径为0.25mm。
所述的石墨为片状形貌，粒度为400～500μm。
所述的纳米碳黑粒径为30～50nm。
所述的不锈钢粉粒径为500目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为矿物油消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间50min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、不锈钢粉、砂子按比例进行机械干混6分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥的质量比例为0.4，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例5
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维20％；石墨10％；铁粉6％；纳米碳黑1.8％；砂子10％；分散剂0.15％；消泡剂0.05％；与水泥质量比为0.3的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为6mm，直径为0.4mm。
所述的石墨为片状形貌，粒度为400～500μm。
所述的纳米碳黑粒径为50-100nm。
所述的铁粉粒径为600目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂，消泡剂为矿物油消泡剂。
宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间35min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、铁粉、砂子按比例进行机械干混6分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥的质量比例为0.3，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例6
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维5％；石墨10.6％；不锈钢粉16％；纳米碳黑2％；砂子10.1％；分散剂0.2％；消泡剂0.1％；与水泥质量比为0.4的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为8mm，直径为0.5mm。
所述的石墨为粒状形貌，粒度为300～400μm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的不锈钢粉粒径为500目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂，消泡剂为聚醚消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/3，分散方式为超声分散，超声时间40min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、不锈钢粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥质量比例为0.4，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例7
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维11％；石墨10％；不锈钢粉10％；纳米碳黑0.8％；砂子12％；分散剂0.1％；消泡剂0.1％；与水泥质量比为0.4的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为3mm，直径为0.3mm。
所述的石墨为粒状形貌，粒度为200～300μm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的不锈钢粉粒径为450目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/3，分散方式为搅拌，搅拌转速为1300转/min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、不锈钢粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥的质量比例为0.4，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
实施例8
本实施例提供了一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其包括：水泥45％；钢纤维7％；石墨11.5％；铁粉10％；纳米碳黑2.7％；砂子10％；分散剂0.2％；消泡剂0.1％；与水泥质量比为0.3的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为8mm，直径为0.5mm。
所述的石墨为蠕虫状形貌，粒度为400～500μm。
所述的纳米碳黑粒径为50-100nm。
所述的铁粉粒径为500目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为矿物油消泡剂。
上述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间40min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、铁粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥质量比例为0.3，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
对比例1
本对比例提供了一种水泥基屏蔽材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维20％；铁粉6％；纳米碳黑1.8％；砂子20％；分散剂0.15％；消泡剂0.05％；与水泥质量比为0.3的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为6mm，直径为0.4mm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的铁粉粒径为600目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为矿物油消泡剂。
上述水泥基屏蔽材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间35min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、铁粉、砂子按比例进行机械干混6分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥质量比例为0.3，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述水泥基屏蔽材料。
对比例2
本对比例提供了一种水泥基屏蔽材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；石墨10％；铁粉6％；纳米碳黑1.8％；砂子30％；分散剂0.15％；消泡剂0.05％；与水泥质量比为0.3的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的石墨为粒状形貌，粒度为400～500μm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的铁粉粒径为600目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂，消泡剂为矿物油消泡剂。
上述水泥基屏蔽材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间35min；②干粉材料混合：水泥、石墨、不锈钢粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥质量比例为0.4，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述水泥基屏蔽材料。
对比例3
本对比例提供了一种水泥基屏蔽材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维20％；石墨10％；铁粉6％；砂子12％；与水泥质量比为0.3的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为6mm，直径为0.4mm。
所述的石墨为粒状形貌，粒度为400～500μm。
所述的铁粉粒径为600目。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
上述水泥基屏蔽材料的制备步骤为：①干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、铁粉、砂子按比例进行机械干混5分钟；②水泥基复合材料制备：将水与混合料混合并搅拌5分钟，其中水与水泥质量比例为0.3，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述水泥基屏蔽材料。
对比例4
本对比例提供了一种水泥基屏蔽材料，按照质量百分比计，其包括：水泥40％；钢纤维20％；石墨10％；纳米碳黑1.8％；砂子16％；分散剂0.15％；消泡剂0.05％；与水泥质量比为0.3的水。
所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5。
所述的钢纤维长度为6mm，直径为0.4mm。
所述的石墨为粒状形貌，粒度为400～500μm。
所述的纳米碳黑粒径为50～100nm。
所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
所述的分散剂为水性炭黑分散剂，消泡剂为聚醚消泡剂。
上述水泥基屏蔽材料的制备步骤为：①纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/2，分散方式为超声分散，超声时间35min；②干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、砂子按比例进行机械干混6分钟；③水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5分钟，其中总水量与水泥质量比例为0.3，混合浆体倒入模具中成型48小时后脱模并养护28天，即得到所述水泥基屏蔽材料。
对上述实施例1～8制备的电磁波屏蔽水泥基复合材料和对比例1-4制备的水泥基屏蔽材料进行电磁屏蔽性能、吸波性能及力学性能测试，电磁屏蔽性能和吸波性能测试频率范围为100MHz～40GHz，测试结果如下表1所示。
表1实施例1～8制备的电磁波屏蔽水泥基复合材料和对比例1-4制备的水泥基屏蔽材料的电磁屏蔽性能和力学性能的测试结果
Figure BDA0002868783880000141
从上表1的数据可以看出，本发明实施例1-8的电磁波屏蔽水泥基材料具有宽频段电磁波屏蔽特性，且具有较高的力学强度，能够满足大多数电磁屏蔽建筑工程的实际应用需求。本发明利用纳米尺度炭黑、微米尺度石墨和毫米尺度钢纤维的多尺度协同效应，在水泥基体内构建丰富的导电网络体系，利用金属粉提升材料整体的磁性能，提升低频段屏蔽性能，最终实现宽频段范围内的高效屏蔽。
对比实施例5和对比例1-4的屏蔽性能可发现几种材料集成应用时，实施例5所述的电磁波屏蔽水泥基材料的屏蔽性能更好。由于纳米炭黑和石墨具有较强的电磁损耗能力，使得该电磁波屏蔽水泥基材料具有一定的电磁波吸收性能，相比于传统的反射型屏蔽材料，可以实现更好地电磁防护效果，也可以减小甚至避免反射型屏蔽带来的二次电磁辐射污染。比较对比例1(不含石墨)、对比例3(不含炭黑)与实施例5可以发现，炭黑和石墨对材料的屏蔽和吸波性能具有显著的影响；比较对比例4(不含金属粉)与实施例5，金属粉在材料屏蔽和吸波功能提升上同样发挥重要作用。钢纤维除了提升水泥基材料的导电能力和屏蔽性能外，在增强力学强度方面也发挥重要作用，比较对比例2(不含钢纤维)与其他实施例的力学强度可发现，钢纤维的加入明显提升水泥基材料的屏蔽性能和力学强度。因此，本发明中钢纤维、石墨、炭黑和金属粉四种功能填料是实现水泥基材料宽频段电磁屏蔽必不可少的添加剂，四种不同性质、不同尺度功能填料的集成应用才能达到宽频段电磁防护的目的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，按照质量百分比计，其特征在于，包括：
水泥40％～45％；钢纤维3％～30％；石墨10％～15％；金属粉0％～20％；纳米碳黑0.1％～3％；砂子10％～40％；分散剂0.01％～0.3％；消泡剂0.01％～0.1％，所述水与水泥的质量比为0.3～0.5。
2.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的水泥为强度等级大于42.5的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥，铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的钢纤维长度为3～8mm，直径为0.2～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的石墨形貌为片状或粒状或蠕虫状，石墨粒度为200～500μm。
5.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的纳米碳黑粒径为30～100nm。
6.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的金属粉为铁粉或不锈钢粉，其粒径小于300目。
7.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的砂子为粒径在0.5～0.8mm的河砂。
8.根据权利要求1所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料，其特征在于，所述的分散剂为水性炭黑分散剂；所述的消泡剂为有机硅消泡剂或矿物油消泡剂或聚醚消泡剂。
9.一种权利要求1-8任意一项所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a纳米碳黑预处理：将纳米碳黑与炭黑分散剂和消泡剂按比例在水中进行分散，其中分散炭黑所用水量占总水量1/3～1/2，分散方式为搅拌或超声，搅拌转速大于1000转/分钟，超声时间不低于30min；
b干粉材料混合：水泥、钢纤维、石墨、金属粉、砂子按比例进行机械干混5分钟以上；
c水泥基复合材料制备：将第一步制得的纳米碳黑混合液和剩余量的水与第二步制得的混合料混合并搅拌5～6分钟，其中总水量与水泥的质量比例为0.3～0.5，混合浆体倒入模具中成型36～48小时后脱模并养护28天，即得到所述宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料。
10.一种权利要求1-8任一项所述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
a对施工的墙面或地面进行表面清洁，并涂刷界面剂；
b利用胶黏剂将上述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料粘贴在步骤a的墙面或地面，或者利用螺栓将上述的宽频段电磁波屏蔽水泥基复合材料固定在步骤a的墙面或地面。
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