专利名称：一种水泥基电磁屏蔽材料及其生产方法
一种水泥基电磁屏蔽材料及其生产方法
技术领域：
本发明属于电磁屏蔽材料技术领域。更具体地，本发明涉及一种水泥基电磁屏蔽 材料，还涉及所述水泥基电磁屏蔽材料的生产方法。
背景技术：
电磁波的广泛使用，为工业、民用和军事带来巨大的方便，同时也带来严重的危 害。电磁辐射对人体会造成伤害，例如会使人的神经紊乱、行为失控等。强大的电磁脉冲也 会给附近的电子与电讯等设备造成干扰，影响其正常运行。此外，对于军用电子设备，除了 防止外界电磁波对其工作产生干扰外，还要防范其本身的电磁波向外泄露，导致泄密。因 此，无论从环境保护和安全角度出发，还是从民用或军事用途考虑，都应该采取电磁屏蔽措 施限制其缺陷。目前，国内外研究的电磁屏蔽材料主要集中在金属及纤维系、碳及其纤维系、导电 聚合物和复合材料等方面，而且基本上都是做成涂料的形式，涂敷在电子设备、建筑物等的 表层，构成电磁屏蔽层，实现电磁屏蔽目的。这就要求该涂料的比重小、涂层要薄；但在使用 一段时间后涂层易剥落，且施工麻烦，成本增加。而军用固定目标(如掩体、指挥所、电子通 讯室等)的屏蔽一般采用双面焊接的钢板，由于掩体在地下较深部位，水的侵蚀作用导致 钢板腐蚀，影响到其长期屏蔽性能。因此，针对民用建筑物的防电磁辐射和军用固定目标的 防电磁干扰与信息泄密等问题，人们一般都采用结构型水泥基屏蔽材料，实现结构功能一 体化以克服上述缺陷。近年来，国内外在水泥基屏蔽材料方面的研究比较活跃，其研究的主要范围是屏 蔽电磁波或遮挡电磁波。国外在20世纪90年代初就开始研究电磁屏蔽水泥混凝土，例如 使用细碳丝(Fu X. L等人，Cement and Concrete Research，1996，26 (10) 1467-1472)、钢回 形针材料(Shi Ζ· Q 等人，Cement and Concrete Research，1995，25 (5) 939-944)、胶状石 墨(Cao J. Y 等人，Cement and Concrete Research，2003，33 (12) 1737-1740)、不锈钢纤维 (WenS. H等人，Cement and Concrete Research，2004，34 (3) 329-332)制备了水泥基电磁屏 蔽材料。国内也有学者对水泥基电磁屏蔽材料进行过研究，例如使用短碳纤维和石墨(司 琼等人，硅酸盐学报，2005，33 (7)，916-919)等制备了水泥基电磁屏蔽材料。上述研究的水泥基屏蔽材料所屏蔽的电磁波频率几乎都在几十赫兹到1 2GHz 内，这些水泥基屏蔽材料主要用于防止电磁信号的泄露和外部的电磁干扰，其对电磁波的 屏蔽效果较好，但对电磁波的吸收衰减和反射衰减较差。另外，CN 89101079公开了一种电磁辐射屏蔽材料，它是由金属网或金属膜被夹固 在两层非金属材料之中，或者由金属直接镀在非金属材料上。CN 200410040170公开了一种具有电磁屏蔽功能的水泥基复合材料，它是由电磁 屏蔽水泥砂浆层、电磁屏蔽建筑腻子层和电磁屏蔽建筑涂料层组成的复合体。电磁屏蔽水 泥材料以Ni-Zn铁氧体粉末、石墨、羰基铁粉和短碳纤维为基本材料，填加到水泥砂浆中而 成，它能够有效的减少电磁波辐射污染和内外电磁信号的泄露。
但是，由于所有这些水泥基屏蔽材料存在一些缺陷而不能满足目前在工业、民用 和军事方面的要求，因此，本发明人经过大量实验研究，终于完成了本发明。
发明内容[要解决的技术问题]本发明的目的是提供一种水泥基电磁屏蔽材料。本发明的另一个目的是提供所述水泥基电磁屏蔽材料的制备方法。[技术方案]本发明是通过下述技术方案实现的。本发明涉及一种水泥基电磁屏蔽材料。该材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由
3.0-6. 5体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥组成，或者由3. 0-6. 5体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥砂浆组成，其中所述的水泥砂 浆由体积比1 2. 0-4. 5的水泥与砂组成，或者由3. 0-6. 5体积%镍纤维与97. 0-93. 5体积0Z0混凝土组成，其中所述的混凝土由 体积比为1 1. 1-1. 4 3. 0-3. 5的水泥、砂与碎石组成；所述电磁屏蔽材料的屏蔽性能在频率100kHz-1500MHz范围内是38. 2-58. 5dB。根据本发明的一种优选实施方式，该材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由
4.0-5. 5体积％镍纤维与96. 0-95. 5体积％水泥组成，或者由4. 0-5. 5体积％镍纤维与96. 0-95. 5体积％水泥砂浆组成，其中所述的水泥砂 浆料由体积比1 2. 5-3. 5的水泥与砂组成，或者由4. 0-5. 5体积％镍纤维、96. 0-95. 5体积％混凝土组成，其中所述的混凝土料由 体积比1 1.2-1.3 3. 2-3. 4的水泥、砂与碎石组成。根据本发明的另一种优选实施方式，所述镍纤维的直径是4-10 μ m，长度是 4-10mmo根据本发明的另一种优选实施方式，所述水泥是硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火 山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥；所述的砂是粒径0.25-0. 65mm、SiO2含量> 96 %、含泥量< 0. 20 %、烧失量 < 0. 4%的砂；所述的碎石是粒径小于20mm的天然石颗粒。本发明还涉及一种水泥基电磁屏蔽材料的生产方法。该生产方法的步骤如下(1)镍纤维预处理步骤把所述镍纤维放于浓度0. 5-lmol/L、温度为80_85 °C的氢氧化钠溶液中浸泡 1. 0-2. 0小时，然后分离镍纤维，再往所述镍纤维中加入以所述镍纤维重量计0. 8-1. 0重 量％的分散剂和100-150重量％的水，混勻后置于超声波分散仪中进行分散0. 3-1. 0小时， 再分离所述镍纤维，干燥后搓开备用；(2)镍纤维与水泥料的混合以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3. 0-6. 5体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水 泥料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥料机械干混2-5分钟，再加入水，其水与水泥 的重量比为0. 25-0. 35，接着搅拌混合2-5分钟，然后倒入钢模中，再在振动台上振动1_2分钟，得到一种均勻浆体；(3)养护把步骤⑵得到的在钢模中的均勻浆体放置在养护室内养护24-30小时，拆模，再 在温度17-23°C、相对湿度为80-90%的条件下养护25-30天，得到所述的水泥基电磁屏蔽 材料。根据本发明的一种优选实施方式，以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3. 0-6. 5体 积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥砂浆料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥砂浆 料进行干混，其中所述的水泥砂浆料由体积比1 1 2.0-4.5的水泥与砂组成。根据本发明的另一种优选实施方式，以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3. 0-6. 5 体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％混凝土料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与混凝土料 进行干混，其中所述的混凝土料由体积比为1 1.1-1.4 3. 0-3. 5的水泥、砂与碎石组 成。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的分散剂是羧甲基纤维素钠、甲基纤维、 羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素。根据本发明的另一种优选实施方式，所述镍纤维的直径是4-10 μ m，长度是 4-10mmo根据本发明的另一种优选实施方式，所述水泥是标号225、325、425、525、625等的 硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水 泥；所述的砂是粒径0. 25-0. 65mm、SiO2含量> 96%、含泥量< 0. 20%、烧失量< 0.4%的 砂；所述的碎石是粒径小于20mm的天然石颗粒。下面将更详细地描述本发明。根据本发明，所述的水泥基电磁屏蔽材料应该理解是由所述镍纤维与所述水泥、 所述镍纤维与所述水泥砂浆或所述镍纤维与所述混凝土组成的电磁屏蔽材料。本发明涉及的水泥基电磁屏蔽材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由3. 0-6. 5 体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥组成的。或者该水泥基电磁屏蔽材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由3. 0-6. 5体积％镍纤 维与97. 0-93. 5体积％水泥砂浆料组成的，其中所述的水泥砂浆料由体积比1 2. 0-4. 5 的水泥与砂组成。或者该材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由3. 0-6. 5体积％镍纤维与97. 0-93. 5体 积％混凝土料组成的，其中所述的混凝土由体积比为1 1.1-1.4 3. 0-3. 5的水泥、砂与 碎石组成。所述电磁屏蔽材料的屏蔽性能在频率100kHz_1500MHz范围内是38. 2-58. 5dB。根据本发明，镍纤维应该理解是一种具有金属镍原有导电、导热、高强度、耐高温、 耐腐蚀性能，而且还具有化纤、合成纤维柔软性、可纺性性能的纤维，例如西部金属材料股 份有限公司生产的镍纤维。在所述的水泥基电磁屏蔽材料中，所述镍纤维的直径是4-10 μ m,长度4_10mm、比 重7. 98g*m_3、熔点1430-1450°C、断裂强度1. Og与伸长率0. 46%。
如果所述镍纤维的直径与长度小于所述的值，则使用这种镍纤维生产本发明电磁 屏蔽材料会使其屏蔽性能显著降低。如果所述镍纤维的直径与长度大于所述的值，则使用这种镍纤维生产本发明电磁 屏蔽材料也会使其屏蔽性能显著降低。优选地，所述镍纤维的直径是6-8 μ m,长度是6_8mm。根据本发明，所述的水泥应该理解是一种细磨材料，加入适量水后成为塑性浆体， 既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、碎石等材料牢固地粘结在一起，形成坚固 的石状体的水硬性胶凝材料。根据本发明的另一种优选实施方式，在所述的水泥基电磁屏蔽材料中，所述的水 泥是硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐 水泥。其中所述的硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、0% -5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量 石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。所述的普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、6% -15% 混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。所述的矿渣硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥 熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。火山灰质硅酸盐水泥是由硅 酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。粉煤灰硅酸盐 水泥是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。复合硅酸盐水 泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶 凝材料。本发明使用的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐 水泥或复合硅酸盐水泥都是目前市场上普遍销售的人们熟知的水泥产品。当然，本发明也可以使用在一般民用或军用建筑中通常使用的任何其它的水泥。本发明使用的砂是在水泥与建筑技术领域中人们熟知的建筑用的砂子。在本发明 中，使用砂子的粒径是0. 25-0. 65mm、SiO2含量> 96%、含泥量< 0. 20%、烧失量< 0.4%。本发明使用的碎石是在水泥与建筑技术领域中人们熟知的建筑用的天然石颗粒。 在本发明中，使用碎石的粒径小于20mm。本发明使用的砂与碎石都是目前市场上普遍销售与在水泥与建筑技术领域中广 泛使用的砂与碎石。根据本发明的一种优选实施方式，所述的水泥基电磁屏蔽材料是以所述电磁屏蔽 材料总体积计由4. 0-5. 5体积％镍纤维与96. 0-95. 5体积％水泥组成的。或者所述电磁屏蔽材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由4. 0-5. 5体积％镍纤维与 96. 0-95. 5体积％水泥砂浆组成，其中所述的水泥砂浆由体积比1 2. 5-3. 5的水泥与砂组 成。或者所述电磁屏蔽材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由4. 0-5. 5体积％镍纤维、 96.0-95. 5体积％混凝土组成，其中所述的混凝土由体积比1 1.2-1.3 3. 2-3. 4的水 泥、砂与碎石组成。本发明的电磁屏蔽材料屏蔽效果可以通过下式进行计算得到SE = A+R+B
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式中SE表示屏蔽效果；A表示电磁波能量的吸收损耗；R表示反射损耗；B表示内部反射损耗。在本发明中，采用同轴线法使用AGILENT4396B网络分析仪器在室内恒温条件下 测定了本发明产品的屏蔽效果。本发明的电磁屏蔽材料的屏蔽效果在频率100kHz-1500MHz范围内可以达到 38.2-58. 5dB。本发明还涉及一种水泥基电磁屏蔽材料的生产方法。该方法的步骤如下(1)镍纤维预处理步骤把所述镍纤维放于浓度0. 5-lmol/L、温度为80_85 °C的氢氧化钠溶液中浸泡 1. 0-2. 0小时，然后分离镍纤维，再往所述镍纤维中加入以所述镍纤维重量计0. 8-1. 0重 量％的分散剂和100-150重量％的水，混勻后置于超声波分散仪中进行分散0. 3-1. 0小时， 再分离所述镍纤维，干燥后搓开备用；本发明方法使用的镍纤维与水泥是如本说明书前面所述的镍纤维和水泥。所述镍纤维的直径是4-10 μ m,长度是4_10mm。所述水泥是硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水 泥或复合硅酸盐水泥；所述的砂是粒径0. 25-0. 65mm、SiO2含量> 96%、含泥量< 0. 20%、 烧失量< 0. 4%的砂；所述的碎石是粒径小于20mm的天然石颗粒。在本发明中，使用氢氧化钠溶液浸泡目的在于除去在镍纤维表面上存在的各种污 物，例如像胶水、油污、泥沙等。浸泡与分离后还应该检查所述镍纤维是否清洁，如果必要的 话，需要重复进行浸泡与分离，以保证镍纤维表面无污物。优选地，所述镍纤维放于浓度0. 6-0. 8mol/L、温度为80_85°C的氢氧化钠溶液中 浸泡1. 2-1. 8小时。根据本发明，所述的分散剂应该理解是一种能够有助于使所述镍纤维在水溶液中 能够分散成单丝，并在所述水泥浆体中也能均勻散布的化学物质。例如，本发明使用的分散 剂是羧甲基纤维素钠、甲基纤维、羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素。优选地，所述的分散剂是羧甲基纤维素钠、甲基纤维或羟丙基甲基纤维素。更优选地，所述的分散剂是羧甲基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素。经过大量实验证明，本发明使用的分散剂的分散效果明显优于在现有技术中使用 的六偏磷酸钠。当然，凡是具有使所述镍纤维均勻散布这种性质且又不会损害水泥固有性 能的这些物质都可以用于本发明。所述分散剂的用量优选地是0. 8-1. 0重量％，更优选地0. 9重量％。如果所述分散剂的用量低于0. 8重量％，则所述镍纤维不能够充分分散，影响产 品的屏蔽效果；如果所述分散剂的用量高于1.0重量％，则所述镍纤维会发生团聚，其分散 效果也不会太好，且还会加大其生产成本。在本发明中，使用超声波分散仪将所述镍纤维分散成单丝，所述的超声波分散仪 是目前市场上销售的各种工业用超声波分散仪，例如广州市吉普超声波电子设备有限公司 生产的超声波分散仪。
本技术领域的技术人员可以根据实际加工情况很容易选择超声波分散仪的超声
功率与超声频率。试验证明，使用超声波分散仪将所述镍纤维分散对最后产品的屏蔽效果有非常明 显的影响，即使用超声波分散仪获得产品的屏蔽效果比简单机械混合所获得产品的屏蔽效 果高约20dB以上。使用超声波分散仪分散述镍纤维的时间为0. 3-1. 0小时，优选地0. 4-0. 8小时。如 果分散时间少于0. 3小时，获得产品的屏蔽效果低于30dB ；如果分散时间长于1. 0小时，其 效果也不会太好，但生产成本增加非常明显。(2)镍纤维与水泥料的混合首先，按照以所述电磁屏蔽材料体积计3. 0-6. 5体积％镍纤维与97. 0-93. 5体 积％水泥的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥机械干混2-5分钟，再加入0. 8-1. 0重 量％分散剂与水，其水与水泥的重量比为0. 28-0. 32，接着搅拌混合2-5分钟，然后倒入钢 模中，再在振动台上振动1-2分钟，得到一种均勻浆体。根据本发明，在镍纤维与水泥机械干混时使用的设备是本技术领域的技术人员熟 知的设备，例如无锡建仪仪器机械有限公司、新乡市三羊机械设备制造厂、河南省荥阳市永 兴机械设备厂生产的干混砂浆设备。在研究本发明方法时例如使用内径12mm、外径115mm、厚度6mm的钢模。在实际生 产中，可以根据实际需要选择所述的钢模。镍纤维与水泥浆混合物在振动台上振动所使用的设备是水泥行业中普遍使用的 振动设备，例如宁波杨龙工具有限公司生产的振动棒。(3)养护把步骤⑵得到的在钢模中的均勻浆体放置在养护室内养护24-30小时，拆模，再 在温度17-23°C、相对湿度为80-90%的条件下养护25-30天(优选地28天)，得到所述的 水泥基电磁屏蔽材料。根据本发明，所述的养护应该理解是在水泥料浇筑后一般应进行保湿养护。为了 保证良好养护，需要不断地进行保湿浇水，保持其水泥料处于湿润状态，以达到相对湿度为 80-90%，与此同时，温度还必需达到17-23°C，但如果日平均气温低于5摄氏度时，不应该 浇水保湿。养护用水应与拌制用水相同。保湿期间，其水泥制品通常用塑料布覆盖养护，并 保持塑料布内有凝结水。水泥料养护时间一般根据使用水泥的品种与标号进行选择，这对 于本技术领域的技术人员而言是很容易确定的。在本发明中，养护使用的设备是水泥行业中普遍使用的设备，例如无锡建仪实验 器材有限公司生产不锈钢水泥快速养护箱。根据本发明的一种优选实施方式，以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3. 0-6. 5体 积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥砂浆料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥砂浆 料进行干混，其中所述的水泥砂浆料由体积比1 2. 0-4. 5的水泥与砂组成。根据本发明的另一种优选实施方式，以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3. 0-6. 5 体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％混凝土料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与混凝土料 进行干混，其中所述的混凝土料由体积比为1 1.1-1.4 3. 0-3. 5的水泥、砂与碎石组 成。
在现有技术掺石墨、炭黑的水泥基屏蔽材料中，掺入这些材料所得到的水泥基屏 蔽材料的力学性能下降明显。而水泥是一种结构性材料，作为一种建筑材料广泛应用于各 种建筑业，因力学性能下降明显而给其应用带来很大的限制。本发明水泥基屏蔽材料的力 学性能不仅没有降低，反而还有提高，其抗折强度与抗压强度均要提高约10-20%。因此，本 发明水泥基屏蔽材料在应用于传统的建筑结构功能的同时，还具有屏蔽功能，实现结构功 能一体化，因而实际应用前景非常好。目前国内外研究的水泥基屏蔽材料主要是掺碳纤维、不锈钢纤维、石墨、炭黑等。 例如黄少文等人(硅酸盐学报，2010，38 (4) 549-553)研究了掺12%石墨的水泥基屏蔽材 料，其在100 1500MHz频率范围内的屏蔽效果最大仅IldB左右，而掺0. 9%碳纤维的水泥 基屏蔽材料最大屏蔽效果为22dB左右。吕楠等人(后勤工程学院学报，2006，(2) :15_18) 研究了掺有6mm短切碳纤维(掺量为4% )混凝土的屏蔽效果，在0. OlMHz 1. 5GHz范围内 的最大屏蔽效果值约35dB、最小屏蔽效果值为21dB、平均屏蔽效果约27dB。司琼等人(硅 酸盐学报，2005，33 (7) 916-919)研究了在水泥砂浆中掺入短碳纤维和石墨的屏蔽性能， 当碳纤维与石墨掺量相同时，掺有碳纤维的混凝土屏蔽效果比掺有石墨的混凝土要低4dB 左右，而石墨掺量达15 %时，混凝土在1 1. 8GHz频率范围内的最大屏蔽效果接近9dB。 Wen 等人(Cement and Concrete Research, 2004, 34 (3) :329_332)把体积分数为 0.72%、 直径8 μ m、长6mm的不锈钢纤维掺入水泥中，制成厚度约4. 5mm的不锈钢纤维-水泥基电 磁屏蔽试样，其在1. 5GHz频率点处的屏蔽效果可达70dB ；Fu等人(Cement and Concrete Research, 1996, 26 (10) 1467-1472)研究了直径为0. Imm的细碳纤维，掺入水泥中的体积 分数为0. 34%，试样厚度为4mm，其在l_2GHz频率范围内对电磁波的屏蔽效果达到30dB。上述研究报道中虽然有些屏蔽效果达到40dB，甚至于70dB，但这些都是某一频 率点处的数值(有低频点、也有高频点)，其在整个测试频段内的平均屏蔽效果没有达 到30dB，而本发明的水泥基屏蔽材料一般都大于38dB，在频率100kHz-1500MHz范围内是 38. 2-58. 5dB。因此本发明水泥基屏蔽材料的屏蔽效果明显优于现有技术所达到的屏蔽效^ ο由于水泥是一种高碱性材料，屏蔽介质在水泥中的稳定性决定了水泥基复合材料 的耐久性，这就导致很多金属类屏蔽介质不能应用于水泥中，目前国内外尚未见到有关水 泥基屏蔽材料耐久性的研究报道。本发明的水泥基屏蔽材料经过一年以上的试验证明，其 平均屏蔽性能达45. 98dB，最大值为58. 3dB，在整个频段内均大于37. 8dB,同一试样的屏蔽 效果在测定频率范围内在一年前后基本没有变化，在屏蔽效能数值上相差不太，从而表明 本发明的水泥基屏蔽材料具有长期稳定性的特点。因为本发明使用的纤维具有较好的耐碱性能和抗氧化性能，所以采用本发明方法 制得的水泥基复合材料具有良好的耐久性能。[有益效果]本发明具有下述有益效果。与现有技术相比，本发明水泥基屏蔽材料的力学性能，其抗折强度与抗压强度均 要提高约10-20%。本发明的水泥基屏蔽材料一般都大于38dB，在频率100kHz-1500MHz范围内是 38. 2-58. 5dB。因此本发明水泥基屏蔽材料的屏蔽效果明显优于现有技术所达到的屏蔽效
本发明的水泥基屏蔽材料经过一年以上的试验证明，其平均屏蔽性能达45. 98dB， 最大值为58. 3dB，在整个频段内均大于37. 8dB,同一试样的屏蔽效果在测定频率范围内在 一年前后基本没有变化，从而表明本发明的水泥基屏蔽材料具有长期稳定性的特点。因此，本发明水泥基屏蔽材料在应用于传统的建筑结构功能的同时，还具有屏蔽 功能，实现结构功能一体化，因而实际应用前景非常好。
具体实施方式实施例1 本发明水泥基屏蔽材料的制备制备步骤如下(1)镍纤维预处理步骤把西部金属材料股份有限公司生产的镍纤维放于浓度0. 8mol/L、温度为82_84°C 的氢氧化钠溶液中浸泡1. 2小时，然后分离镍纤维，再往所述镍纤维中加入以所述镍纤维 重量计0. 8重量％的分散剂羧甲基纤维素钠和100重量％的水，混勻后置于广州市吉普超 声波电子设备有限公司生产的超声波分散仪中进行分散0.5小时，再分离所述镍纤维，干 燥后搓开备用。镍纤维的性能列于表1。表1 镍纤维的性能 (2)镍纤维与水泥料的混合以所述电磁屏蔽材料体积计，按照4. 0体积％镍纤维与96. 0体积％市售硅酸盐水 泥料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥料进行机械干混4分钟，再加入水，其水与水 泥的重量比为0. 30，接着搅拌混合3分钟，然后倒入内径12mm、外径115mm、厚度6mm的钢模 中，再使用宁波杨龙工具有限公司生产的振动棒振动1分钟，得到一种均勻浆体。(3)养护把步骤(2)得到的在钢模中的均勻浆体放置在无锡建仪实验器材有限公司生产 的不锈钢水泥快速养护箱内养护24小时，拆模，再在温度18-20°C、相对湿度为88-90%的 条件下养护28天，得到所述的水泥基电磁屏蔽材料。最后，采用同轴线法使用AGILENT4396B网络分析仪器在室内恒温条件下测定了 本发明产品的屏蔽效果，其结果列于下表2中。表2 本发明水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果 对比实施例1 现有技术掺碳纤维水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用碳纤维代替镍纤维，所述碳 纤维的性能列于表3，该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果结果列于下表4中。表3 碳纤维的性能 表4 掺碳纤维的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果 对比实施例2 现有技术掺不锈钢纤维水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用不锈钢纤维代替镍纤维，所 述不锈钢纤维的性能列于表5。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列 于下表6中。表5 不锈钢纤维的性能 表6 掺不锈钢纤维的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果 实施例2 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用水泥砂浆料代替水泥，其中 所述的水泥砂浆料由体积比1 3.0的水泥与砂组成。所述的砂是粒径0.45-0. 55mm、Si02 含量> 96%、含泥量< 0. 20%、烧失量< 0. 4%的砂。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表7中。表7 本发明使用水泥砂浆料的水泥基屏蔽材料屏蔽效果测定结果 实施例3 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用混凝土料代替水泥，其中 所述的混凝土料由体积比为1 1.2 3.3的水泥、砂与碎石组成。所述的砂是粒径 0.45-0. 55mm、SiO2含量> 96%、含泥量< 0. 20%、烧失量< 0.4%的砂。所述的碎石是粒 径小于20mm的天然花岗岩颗粒。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表8中。表8 本发明使用混凝土料的水泥基屏蔽材料屏蔽效果测定结果 实施例4 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是让实施例1得到的水泥基电磁 屏蔽材料置于一个恒湿恒温箱中，在相对湿度80-90%与温度18-20°C的条件下保存一年， 然后测定它的屏蔽效果。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表9中。表9 本发明水泥基电磁屏蔽材料在1年后的屏蔽效果测定结果
13 由表2与表9对比可以看到，其平均屏蔽性能达45. 98dB，最大值为58. 3dB，在整 个频段内均大于37. 8dB，说明同一试样的屏蔽效果在测定频率范围内在一年前后基本没有 变化，从而表明本发明的水泥基屏蔽材料具有长期稳定性的特点。实施例5 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用甲基纤维代替羧甲基纤维素 钠，其使用量为0. 85重量％。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表10中。表10 本发明使用甲基纤维分散剂的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果 实施例6 本发明水泥基屏蔽材料的制备
该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用羟丙基甲基纤维素代替羧甲 基纤维素钠，其使用量为0. 90重量％。
该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表11中。
表11 本发明使用羟丙基甲基纤维素分散剂的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测 定结果
实施例7 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用矿渣硅酸盐水泥代替硅酸盐 水泥，其镍纤维与矿渣硅酸盐水泥的使用量是以所述电磁屏蔽材料体积计，5. 0体积％镍纤 维与95. 0体积％矿渣硅酸盐水泥。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表12中。表12 本发明使用矿渣硅酸盐水泥的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果 实施例8 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用火山灰质硅酸盐水泥代替硅 酸盐水泥，其镍纤维与矿渣硅酸盐水泥的使用量是以所述电磁屏蔽材料体积计，3. 5体积％ 镍纤维与96. 5体积％矿渣硅酸盐水泥。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表13中。表13 本发明使用火山灰质硅酸盐水泥的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结 果 实施例9 本发明水泥基屏蔽材料的制备
该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用粉煤灰硅酸盐水泥代替硅酸 盐水泥，其镍纤维与粉煤灰硅酸盐水泥的使用量是以所述电磁屏蔽材料体积计，6. 0体积％ 镍纤维与94. 0体积％粉煤灰硅酸盐水泥。
该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果，其结果列于下表13中。
表13 本发明使用粉煤灰硅酸盐水泥的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果
实施例10 本发明水泥基屏蔽材料的制备该实施例按照与实施例1相同实施方式进行，只是用具有下表14列出镍纤维性能 的镍纤维代替实施例1使用的镍纤维。该实施例所得到水泥基电磁屏蔽材料的屏蔽效果， 其结果列于下表15中。表14:镍纤维的性能 表15 掺镍纤维的水泥基电磁屏蔽材料屏蔽效果测定结果
权利要求
一种水泥基电磁屏蔽材料，其特征在于该材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由3.0 6.5体积％镍纤维与97.0 93.5体积％水泥组成，或者由3.0 6.5体积％镍纤维与97.0 93.5体积％水泥砂浆组成，其中所述的水泥砂浆由体积比1∶1∶2.0 4.5的水泥与砂组成，或者由3.0 6.5体积％镍纤维与97.0 93.5体积％混凝土组成，其中所述的混凝土由体积比为1∶1.1 1.4∶3.0 3.5的水泥、砂与碎石组成；所述电磁屏蔽材料的屏蔽性能在频率100kHz 1500MHz范围内是38.2 58.5dB。
2.根据权利要求1所述的水泥基电磁屏蔽材料，其特征在于该材料是以所述电磁屏蔽 材料总体积计由4. 0-5. 5体积％镍纤维与96. 0-95. 5体积％水泥组成，或者由4. 0-5. 5体积％镍纤维与96. 0-95. 5体积％水泥砂浆组成，其中所述的水泥砂浆由 体积比1 2.5-3.5的水泥与砂组成，或者由4. 0-5. 5体积％镍纤维、96. 0-95. 5体积％混凝土组成，其中所述的混凝土由体积比 1 1.2-1.3 3. 2-3. 4的水泥、砂与碎石组成。
3.根据权利要求1或2所述的水泥基电磁屏蔽材料，其特征在于所述镍纤维的直径是 4-10卩111，长度是4-10讓。
4.根据权利要求1或2所述的水泥基电磁屏蔽材料，其特征在于所述水泥是硅酸盐 水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合 硅酸盐水泥；所述的砂是粒径0. 25-0. 65mm、SiO2含量> 96%、含泥量< 0. 20%、烧失量 < 0. 4%的砂；所述的碎石是粒径小于20mm的天然石颗粒。
5.一种水泥基电磁屏蔽材料的生产方法，其特征在于该方法的步骤如下(1)镍纤维预处理步骤把所述镍纤维放于浓度0. 5-lmol/L、温度为80-85°C的氢氧化钠溶液中浸泡1. 0-2. 0 小时，然后分离镍纤维，再往所述镍纤维中加入以所述镍纤维重量计0. 8 1. 0重量％的分 散剂和100-150重量％的水，混勻后置于超声波分散仪中进行分散0. 3-1. 0小时，再分离所 述镍纤维，干燥后搓开备用；(2)镍纤维与水泥料的混合以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3. 0-6. 5体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥料 的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥料机械干混2-5分钟，再加入水，其水与水泥的重 量比为0. 25-0. 35，接着搅拌混合2-5分钟，然后倒入钢模中，再在振动台上振动1_2分钟， 得到一种均勻浆体；(3)养护把步骤(2)得到的在钢模中的均勻浆体放置在养护室内养护24-30小时，拆模，再在温 度17-23°C、相对湿度80-90%的条件下养护25-30天，得到所述的水泥基电磁屏蔽材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3.0-6. 5 体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％水泥砂浆料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与水泥砂 浆料进行干混，其中所述的水泥砂浆料由体积比1 2.0-4.5的水泥与砂组成。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于以所述电磁屏蔽材料体积计，按照3.0-6. 5 体积％镍纤维与97. 0-93. 5体积％混凝土料的比例，让步骤(1)得到的镍纤维与混凝土料 进行干混，其中所述的混凝土料由体积比为1 1.1-1.4 3.0-3.5的水泥、砂与碎石组成。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的分散剂是羧甲基纤维素钠、甲基纤 维、羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述镍纤维的直径是4-10μ m，长度是 4-10mmo
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述水泥是硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥；所述的 砂是粒径0. 25-0. 65mm、SiO2含量> 96%、含泥量< 0. 20%、烧失量< 0. 4%的砂；所述的 碎石是粒径小于20mm的天然石颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种水泥基电磁屏蔽材料及其生产方法。本发明的水泥基电磁屏蔽材料是以所述电磁屏蔽材料总体积计由3.0-6.5体积％镍纤维与97.0-93.5体积％水泥、水泥砂浆或混凝土组成。所述电磁屏蔽材料的屏蔽性能在频率100kHz-1500MHz范围内是38.2-58.5dB。本发明的水泥基电磁屏蔽材料的生产方法包括(1)镍纤维预处理步骤、(2)镍纤维与水泥料的混合与(3)养护等步骤。与现有技术相比，本发明水泥基屏蔽材料的抗折强度与抗压强度均要提高约10-20％；它的屏蔽效果明显优于现有技术所达到的屏蔽效果；还具有长期稳定性的特点，因而它的实际应用前景非常广阔。
文档编号B28B11/24GK101891419SQ20101021869
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者张志宾, 熊国宣, 邓敏 申请人:东华理工大学;南京工业大学