碳纖維特性--信號(hào)屏蔽
優(yōu)培德在開發(fā)定制碳纖維產(chǎn)品時(shí)，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(shí)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(jì)，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(duì)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(gè)或多個(gè)方向上承載電流或流動(dòng)，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(gè)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(shí)將承載不同的載荷。對(duì)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(jì)中的常見障礙。對(duì)于較舊的鋁制飛機(jī)，雷擊并不是一個(gè)常見問題。鋁是高電導(dǎo)體，可在鋁表面保持高壓，而不會(huì)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(jì)，以確保電氣部件和乘客的安全，因?yàn)殡姾蓵?huì)找到通過飛機(jī)電網(wǎng)的阻力最小的路徑。解決這個(gè)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(jià)是增加了重量，好在重量通常很小且可以設(shè)計(jì)。
對(duì)碳纖維電性能持續(xù)研究正在推動(dòng)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(chǎng)上都不容易獲得，并且尚未得到大規(guī)模驗(yàn)證。人們正在對(duì)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(xiàng)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(gè)數(shù)量級(jí)。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(gè)重要影響因素，纖維百分比越高，電導(dǎo)率越高。這確實(shí)會(huì)帶來機(jī)械性能降低的代價(jià)。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(jì)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(dú)使用時(shí)可能不是最好的屏蔽層，但可以將 CF 添加到信號(hào)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(shí)。事實(shí)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(shí)，碳纖維的導(dǎo)電性會(huì)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(jì)時(shí)，要確保所需的天線位于外面并且對(duì)無線電波可見。使用玻璃纖維或凱夫拉纖維的設(shè)計(jì)就不會(huì)有這樣的問題，因?yàn)椴牧喜粚?dǎo)電并且對(duì)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(shí)，碳纖維會(huì)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(gè)更好的選擇，因?yàn)閯P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(xiàng)目，以上信息還不足以提供設(shè)計(jì)參考時(shí)，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(jì)，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(duì)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(gè)或多個(gè)方向上承載電流或流動(dòng)，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(gè)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(shí)將承載不同的載荷。對(duì)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(jì)中的常見障礙。對(duì)于較舊的鋁制飛機(jī)，雷擊并不是一個(gè)常見問題。鋁是高電導(dǎo)體，可在鋁表面保持高壓，而不會(huì)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(jì)，以確保電氣部件和乘客的安全，因?yàn)殡姾蓵?huì)找到通過飛機(jī)電網(wǎng)的阻力最小的路徑。解決這個(gè)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(jià)是增加了重量，好在重量通常很小且可以設(shè)計(jì)。
對(duì)碳纖維電性能持續(xù)研究正在推動(dòng)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(chǎng)上都不容易獲得，并且尚未得到大規(guī)模驗(yàn)證。人們正在對(duì)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(xiàng)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(gè)數(shù)量級(jí)。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(gè)重要影響因素，纖維百分比越高，電導(dǎo)率越高。這確實(shí)會(huì)帶來機(jī)械性能降低的代價(jià)。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(jì)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(dú)使用時(shí)可能不是最好的屏蔽層，但可以將 CF 添加到信號(hào)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(shí)。事實(shí)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(shí)，碳纖維的導(dǎo)電性會(huì)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(jì)時(shí)，要確保所需的天線位于外面并且對(duì)無線電波可見。使用玻璃纖維或凱夫拉纖維的設(shè)計(jì)就不會(huì)有這樣的問題，因?yàn)椴牧喜粚?dǎo)電并且對(duì)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(shí)，碳纖維會(huì)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(gè)更好的選擇，因?yàn)閯P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(xiàng)目，以上信息還不足以提供設(shè)計(jì)參考時(shí)，可直接聯(lián)系技術(shù)人員電話13968211586
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