碳纖維特性--信號屏蔽
來源:江蘇優培德復合材料有限公司 發布時間:2024-10-08 08:49:28 瀏覽人次:307
優培德在開發定制碳纖維產品時,常遇到碳纖維要透波等要求,這里就整理出碳纖維的透波如何實現?
碳纖維以其強度、輕質、耐候耐腐等特性在航空航天、體育、賽車、海洋工業中廣泛應用。隨著復雜通信技術的進步,碳纖維制品的使用在持續增長。在通信這一特殊領域的應用就必須要圍繞材料系統和通信交織的影響進行設計,研究碳纖維的電性能就尤為重要。
從表面上看,CF 的電性能幾乎沒有什么可說的。與當今使用的對比材料(凱夫拉纖維或玻璃纖維)不同,碳纖維是電導體;這意味著它將在一個或多個方向上承載電流或流動,考慮到其基體含有非導電特性,這一特性使碳纖維成為一個特殊的挑戰。復合材料的電性能通常由材料的電流電阻率、屏蔽效能、衰減特性以及給定層結構的電流分散來定義。
碳纖維與導電性
了解碳纖維和電磁波影響的最重要特性之一是導電性。一般來說,電磁屏蔽與材料的導電性直接相關。碳含量為 90-100% 的碳纖維的電導率約為 106 S/m(西門子每米),與導電率為 (4-6) x 107 S/m 的銀、銅或鋁等金屬相比,顯著減少,碳纖維復合材料被歸類為各向異性,這意味著碳纖維層壓板在施加到材料的不同方向時將承載不同的載荷。對于電導率來說也是如此。碳纖維在與纖維方向平行的方向上導電性能更好。然而,大多數復合材料結構是通過以不同方向堆疊層來制成的,以達到所需的物理負載要求。因此,碳纖維復合材料在面內表現出高電導率,而全厚度電導率較低。
在碳纖維產品制成的結構中,飛機雷擊等挑戰是航空航天設計中的常見障礙。對于較舊的鋁制飛機,雷擊并不是一個常見問題。鋁是高電導體,可在鋁表面保持高壓,而不會影響乘客或電氣設備。碳纖維飛機制造商必須圍繞這一功能和特性進行設計,以確保電氣部件和乘客的安全,因為電荷會找到通過飛機電網的阻力最小的路徑。解決這個問題的工業補救措施是在碳纖維產品中添加導電表面層,以將電荷和接地保持在結構中的指定區域。通常被稱為雷擊保護,銅網層被添加到可能容易受到雷擊情況的部件的疊層中。然后將這層銅網連接到結構的接地平面。這提供了足夠的保護,但代價是增加了重量,好在重量通常很小且可以設計。
對碳纖維電性能持續研究正在推動導電樹脂基體材料的想法,這些材料提供了可比的強度特性,但大多數在市場上都不容易獲得,并且尚未得到大規模驗證。人們正在對添加鎳和銅涂層纖維進行深入研究,以了解電性能和導熱系數可能的性能增強。在 2019 年完成的一項研究中,與未涂層纖維相比,鎳涂層碳纖維顯示層壓板纖維方向的導熱率提高了一倍*。同樣,數據顯示,與未涂覆的光纖相比,銅涂覆的光纖數量增加了六倍。鍍鎳和鍍銅的纖維在纖維方向上的電導率增加了 3 個數量級。涂層背后的科學表明,纖維本身周圍的電鍍材料可以更容易地通過纖維的導電金屬殼進行接觸。研究還指出,纖維體積是熱性能和電性能的一個重要影響因素,纖維百分比越高,電導率越高。這確實會帶來機械性能降低的代價。然而,鎳涂層纖維的混合物顯示出與未涂層層壓板的彎曲性能相當的值。
雖然碳纖維本身可以使用法拉第籠,但它的保護效果不如專門設計的具有更高導電性能和屏蔽效果的“法拉第織物”。碳纖維將吸收和衰減 3 kHz 至 300 GHz 之間的射頻輻射。雖然 CF 單獨使用時可能不是最好的屏蔽層,但可以將 CF 添加到信號阻擋層中,例如將短碳纖維添加到混凝土等導電基體中時。事實證明,這可以提高材料的衰減水平。如果在外殼上添加高導電或屏蔽表面,提供導電和屏蔽外層,碳纖維可用于增強法拉第結構。
當天線連接到碳纖維上時,碳纖維的導電性會給電子元件帶來問題,從而導致射頻干擾。在圍繞碳纖維產品結構設計時,要確保所需的天線位于外面并且對無線電波可見。使用玻璃纖維或凱夫拉纖維的設計就不會有這樣的問題,因為材料不導電并且對無線電波透明,但是玻璃纖維和凱夫拉纖維都不具有與碳纖維相同的剛性特性。
碳纖維手機殼
當用作手機殼時,碳纖維會降低使用能力。碳纖維作為一種導體,已被證明在特定應用中可將蜂窩服務中的射頻降低多達 40-60%。雖然許多碳纖維手機殼看起來非常令人驚嘆,但它并不是手機保護復合材料的最佳選擇,因此在手機外殼中使用凱夫拉(芳綸)保護是一個更好的選擇,因為凱夫拉不是電導體。凱夫拉纖維具有與碳纖維相似的強度特性,并且由于其硬度不如碳纖維,因此可以更好地吸收能量。
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