碳纖維特性--信號屏蔽
優(yōu)培德在開發(fā)定制碳纖維產(chǎn)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(xiàn)？
碳纖維以其強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐候耐腐等特性在航空航天、體育、賽車、海洋工業(yè)中廣泛應(yīng)用。隨著復(fù)雜通信技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維制品的使用在持續(xù)增長。在通信這一特殊領(lǐng)域的應(yīng)用就必須要圍繞材料系統(tǒng)和通信交織的影響進(jìn)行設(shè)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)電特性，這一特性使碳纖維成為一個特殊的挑戰(zhàn)。復(fù)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(jié)構(gòu)的電流分散來定義。
碳纖維與導(dǎo)電性
了解碳纖維和電磁波影響的最重要特性之一是導(dǎo)電性。一般來說，電磁屏蔽與材料的導(dǎo)電性直接相關(guān)。碳含量為 90-100% 的碳纖維的電導(dǎo)率約為 106 S/m（西門子每米），與導(dǎo)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(fù)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(dǎo)率來說也是如此。碳纖維在與纖維方向平行的方向上導(dǎo)電性能更好。然而，大多數(shù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是通過以不同方向堆疊層來制成的，以達(dá)到所需的物理負(fù)載要求。因此，碳纖維復(fù)合材料在面內(nèi)表現(xiàn)出高電導(dǎo)率，而全厚度電導(dǎo)率較低。
在碳纖維產(chǎn)品制成的結(jié)構(gòu)中，飛機(jī)雷擊等挑戰(zhàn)是航空航天設(shè)計中的常見障礙。對于較舊的鋁制飛機(jī)，雷擊并不是一個常見問題。鋁是高電導(dǎo)體，可在鋁表面保持高壓，而不會影響乘客或電氣設(shè)備。碳纖維飛機(jī)制造商必須圍繞這一功能和特性進(jìn)行設(shè)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(jī)電網(wǎng)的阻力最小的路徑。解決這個問題的工業(yè)補(bǔ)救措施是在碳纖維產(chǎn)品中添加導(dǎo)電表面層，以將電荷和接地保持在結(jié)構(gòu)中的指定區(qū)域。通常被稱為雷擊保護(hù)，銅網(wǎng)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(wǎng)連接到結(jié)構(gòu)的接地平面。這提供了足夠的保護(hù)，但代價是增加了重量，好在重量通常很小且可以設(shè)計。
對碳纖維電性能持續(xù)研究正在推動導(dǎo)電樹脂基體材料的想法，這些材料提供了可比的強(qiáng)度特性，但大多數(shù)在市場上都不容易獲得，并且尚未得到大規(guī)模驗證。人們正在對添加鎳和銅涂層纖維進(jìn)行深入研究，以了解電性能和導(dǎo)熱系數(shù)可能的性能增強(qiáng)。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(dǎo)熱率提高了一倍*。同樣，數(shù)據(jù)顯示，與未涂覆的光纖相比，銅涂覆的光纖數(shù)量增加了六倍。鍍鎳和鍍銅的纖維在纖維方向上的電導(dǎo)率增加了 3 個數(shù)量級。涂層背后的科學(xué)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(dǎo)電金屬殼進(jìn)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(dǎo)率越高。這確實會帶來機(jī)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(dāng)?shù)闹怠?br />
雖然碳纖維本身可以使用法拉第籠，但它的保護(hù)效果不如專門設(shè)計的具有更高導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電或屏蔽表面，提供導(dǎo)電和屏蔽外層，碳纖維可用于增強(qiáng)法拉第結(jié)構(gòu)。
當(dāng)天線連接到碳纖維上時，碳纖維的導(dǎo)電性會給電子元件帶來問題，從而導(dǎo)致射頻干擾。在圍繞碳纖維產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計就不會有這樣的問題，因為材料不導(dǎo)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(jī)殼
當(dāng)用作手機(jī)殼時，碳纖維會降低使用能力。碳纖維作為一種導(dǎo)體，已被證明在特定應(yīng)用中可將蜂窩服務(wù)中的射頻降低多達(dá) 40-60%。雖然許多碳纖維手機(jī)殼看起來非常令人驚嘆，但它并不是手機(jī)保護(hù)復(fù)合材料的最佳選擇，因此在手機(jī)外殼中使用凱夫拉（芳綸）保護(hù)是一個更好的選擇，因為凱夫拉不是電導(dǎo)體。凱夫拉纖維具有與碳纖維相似的強(qiáng)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。
如有具體的項目，以上信息還不足以提供設(shè)計參考時，可直接聯(lián)系技術(shù)人員電話13968211586
碳纖維以其強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐候耐腐等特性在航空航天、體育、賽車、海洋工業(yè)中廣泛應(yīng)用。隨著復(fù)雜通信技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維制品的使用在持續(xù)增長。在通信這一特殊領(lǐng)域的應(yīng)用就必須要圍繞材料系統(tǒng)和通信交織的影響進(jìn)行設(shè)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)電特性，這一特性使碳纖維成為一個特殊的挑戰(zhàn)。復(fù)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(jié)構(gòu)的電流分散來定義。
碳纖維與導(dǎo)電性
了解碳纖維和電磁波影響的最重要特性之一是導(dǎo)電性。一般來說，電磁屏蔽與材料的導(dǎo)電性直接相關(guān)。碳含量為 90-100% 的碳纖維的電導(dǎo)率約為 106 S/m（西門子每米），與導(dǎo)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(fù)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(dǎo)率來說也是如此。碳纖維在與纖維方向平行的方向上導(dǎo)電性能更好。然而，大多數(shù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是通過以不同方向堆疊層來制成的，以達(dá)到所需的物理負(fù)載要求。因此，碳纖維復(fù)合材料在面內(nèi)表現(xiàn)出高電導(dǎo)率，而全厚度電導(dǎo)率較低。
在碳纖維產(chǎn)品制成的結(jié)構(gòu)中，飛機(jī)雷擊等挑戰(zhàn)是航空航天設(shè)計中的常見障礙。對于較舊的鋁制飛機(jī)，雷擊并不是一個常見問題。鋁是高電導(dǎo)體，可在鋁表面保持高壓，而不會影響乘客或電氣設(shè)備。碳纖維飛機(jī)制造商必須圍繞這一功能和特性進(jìn)行設(shè)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(jī)電網(wǎng)的阻力最小的路徑。解決這個問題的工業(yè)補(bǔ)救措施是在碳纖維產(chǎn)品中添加導(dǎo)電表面層，以將電荷和接地保持在結(jié)構(gòu)中的指定區(qū)域。通常被稱為雷擊保護(hù)，銅網(wǎng)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(wǎng)連接到結(jié)構(gòu)的接地平面。這提供了足夠的保護(hù)，但代價是增加了重量，好在重量通常很小且可以設(shè)計。
對碳纖維電性能持續(xù)研究正在推動導(dǎo)電樹脂基體材料的想法，這些材料提供了可比的強(qiáng)度特性，但大多數(shù)在市場上都不容易獲得，并且尚未得到大規(guī)模驗證。人們正在對添加鎳和銅涂層纖維進(jìn)行深入研究，以了解電性能和導(dǎo)熱系數(shù)可能的性能增強(qiáng)。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(dǎo)熱率提高了一倍*。同樣，數(shù)據(jù)顯示，與未涂覆的光纖相比，銅涂覆的光纖數(shù)量增加了六倍。鍍鎳和鍍銅的纖維在纖維方向上的電導(dǎo)率增加了 3 個數(shù)量級。涂層背后的科學(xué)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(dǎo)電金屬殼進(jìn)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(dǎo)率越高。這確實會帶來機(jī)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(dāng)?shù)闹怠?br />
雖然碳纖維本身可以使用法拉第籠，但它的保護(hù)效果不如專門設(shè)計的具有更高導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電或屏蔽表面，提供導(dǎo)電和屏蔽外層，碳纖維可用于增強(qiáng)法拉第結(jié)構(gòu)。
當(dāng)天線連接到碳纖維上時，碳纖維的導(dǎo)電性會給電子元件帶來問題，從而導(dǎo)致射頻干擾。在圍繞碳纖維產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計就不會有這樣的問題，因為材料不導(dǎo)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(jī)殼
當(dāng)用作手機(jī)殼時，碳纖維會降低使用能力。碳纖維作為一種導(dǎo)體，已被證明在特定應(yīng)用中可將蜂窩服務(wù)中的射頻降低多達(dá) 40-60%。雖然許多碳纖維手機(jī)殼看起來非常令人驚嘆，但它并不是手機(jī)保護(hù)復(fù)合材料的最佳選擇，因此在手機(jī)外殼中使用凱夫拉（芳綸）保護(hù)是一個更好的選擇，因為凱夫拉不是電導(dǎo)體。凱夫拉纖維具有與碳纖維相似的強(qiáng)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。
如有具體的項目，以上信息還不足以提供設(shè)計參考時，可直接聯(lián)系技術(shù)人員電話13968211586