石墨对水泥基电磁屏蔽涂料性能的影响

■刘成浩 ■江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001

引言

随着手机、电脑和大功率电器等各种电子设备的大量普及，电磁辐射已经成为人们日常生活中一种新的污染源。具有屏蔽性能的吸波材料是防止电磁污染和电磁波干扰的重要材料之一。水泥基电磁屏蔽材料具有资源丰富、防护面积大、价格低廉的特点，其未来的应用前景将十分广阔。

国内外对水泥基电磁屏蔽复合材料屏蔽效能的研究已经日益成熟，纽约州立大学复合材料研究室D.D.L.Chung课题组制备并研究了各种水泥基电磁屏蔽复合材料，焦炭粉作为电磁损耗材料，其屏蔽效能不如碳纤维和钢纤维［1］。高氧化铁含量的粉煤灰掺入也能提高材料电磁屏蔽效能［2］。G.Haneczok［3］等人研究的软磁非晶合金为电磁损耗剂的复合材料，具有较好的屏蔽效果，在1.8GHz以上其屏蔽效能能达到32dB以上。华侨大学的谢虎［4］利用纳米石墨，制备出了电磁屏蔽效能达到22.60dB(1.5GHz)的水泥基电磁屏蔽材料。西北工业大学的王闯［5］通过高温热处理改变碳纤维的形貌，改善了纤维与基体之间的界面结合力，改善了复合材料的电磁屏蔽效能。大部分专家学者的仅专注于提高材料的屏蔽效能，忽视了材料的实际应用性能，本文在研究水泥基涂料的电磁屏蔽效能的同时，也做了涂料的施工性、耐碱性性能、粘结强度的研究，填补了此领域一定的空白。

1 实验

1.1 实验原料及配方

水泥(江西亚东水泥厂“洋房牌”普通硅酸盐水泥，水泥标号为52.5R)、石英粉(细度为500目)、双飞粉、膨润土、纤维素醚、乳胶粉(台湾产)、消泡剂(消泡剂为市售甲基硅油)。胶体石墨由青岛华泰润滑密封科技有限责任公司产，细度为1200目。

表1 －1 水泥基建筑涂料配比

1.2 水泥基电磁屏蔽涂料的制备

(1)称量:按照实验方案称量水泥、石墨、石英粉、双飞粉、膨润土、纤维素醚、乳胶粉、消泡剂以及胶体石墨。

(2)机械分散:将称量好的试样装入行星式球磨机，混合15分钟。

(3)搅拌机内加水混合:将分散的试样倒入静浆搅拌机中，加水设置自动搅拌。

(4)试样成型以及养护条件:

黏结强度:将40mm×40mm的成型框放在70mm×70mm×20mm水泥砂浆试块的成型面上，将涂料浆料试样倒入成型框中，按照规定的方式振捣、刮平、脱模，在温度(23±2)℃、相对湿度60% ～80%的环境中养护至规定龄期。

电磁屏蔽效能:将涂料装入Ф115mm×8mm，中心Ф12mm小孔的模具并振实，放入标准养护箱中(温度20℃，湿度96.5%)，一天后脱模，继续养护3天后取出烘干进行测试。

1.3 试验检测方法

(1)施工性:将试板放在水平面上，用钢制刮板(刀头约120mm)涂刮试样约0.5mm厚，检验涂装作业是否有障碍，放置5h后再用同样的方法刮涂第二道，刮涂运行无困难，所得涂层平整无针孔、无毛刺时，认为“涂刮无障碍”。

(2)耐碱性:按照GB/T9265－2009执行，三块试板中有两块在碱性环境下浸泡300h不起泡、软化、剥落、无明显变色，则认为试样耐碱性良好。

(3)黏结强度:按照国家标准GB/T9779－2005执行，要求黏结强度≥0.49MPa。

(4)电磁屏蔽效能测试:参照中华人民共和国电子行业军用标准材料屏蔽效能的测试方法SJ20524－1995进行电磁屏蔽性能的测试。

2 实验结果与讨论

2.1 石墨掺量对水泥基涂料施工性的影响

实验研究了细度为1200目的胶体石墨分别外掺0%，5%，10%，15%，20%对涂料施工性能的影响，实验结果见下表2－1。

表2 －1 石墨对水泥基涂料施工性的影响

根据表2－1，石墨对水泥基涂料施工性能的实验中，各试样的施工性能均达到施工标准，且随着石墨掺量的增加，水泥基涂料的施工性能越来越好，是由于石墨具有润滑作用，从而降低了涂料在批刮时所受到的阻力。

2.2 石墨掺量对水泥基涂料耐碱性的影响

实验研究了细度为1200目的胶体石墨分别外掺0%，5%，10%，15%，20%对涂料耐碱性的影响，实验结果如下表2－2所示。

表2 －2石墨掺量对水泥基涂料耐碱性的影响

表2－2所示，所有试样的耐碱性均为良好，说明石墨的掺加对水泥基涂料的耐碱性几乎没有影响。

2.3 石墨掺量对水泥基涂料黏结强度的影响

实验研究了细度为1200目的胶体石墨分别外掺0%，5%，10%，15%，20%对涂料黏结强度的影响，实验结果如图2－3。

图2 －3 石墨对水泥基涂料黏结强度的影响

根据图2－3所示，所有试样的黏结强度均达到国家标准≥0.49MPa。黏结强度的值都是在一定的范围内起伏，说明石墨的掺加对水泥基涂料的黏结强度无较大影响。

2.4 石墨掺量对水泥基涂料电磁屏蔽效能的影响

实验研究了细度为1200目的胶体石墨分别外掺0%，5%，10%，15%，20%涂料的电磁屏蔽性能，实验结果见图2－4。

图2 －4 石墨掺量对水泥基涂料电磁屏蔽效能的影响

有图可知，外掺胶体石墨10%以下时，水泥基建筑涂料的屏蔽效能变化很小，当石墨外掺量达到15%以后，涂料的电磁屏蔽效能提升明显，当石墨掺量达到20%时，相对于没有掺入石墨的水泥基涂料其电磁屏蔽效能提高3倍以上。出现这种电磁屏蔽性能骤升的原因在于胶体石墨的掺量达到一定值以后，形成稳定的导电网络，对电磁波的反射损耗明显提高，电磁屏蔽效能迅速增加，在1.3GHz达到18dB。

3 结论

(1)由于石墨的润滑作用，水泥基涂料的施工性能得到了更好的提升，同时水泥基涂料的耐碱性并没有因为石墨的添加而受到影响，均能达到国家标准。

(2)石墨掺加对水泥基涂料的黏结强度并没有明显影响，石墨掺量在0%—20%的水泥基涂料，其黏结强度均在0.6MPa以上。

(3)随着石墨掺量的增加，水泥基电磁屏蔽涂料的电磁屏蔽效能也逐渐增加，当掺量为15%时，涂料的电磁屏蔽效能增加明显，当石墨掺量达到20%时，在1.3GHz可达到18dB。

4.参考文献

［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］谢虎，陈国华.水泥基纳米石墨复合材料的电磁屏蔽性能［J］.功能材料，2009，40(7):1219－1221.

［5］王闯，李克智，李贺军等.表面热处理碳纤维及其增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能［J］.硅酸盐学报，2008，36(10):1348－1355.