碳纤维/树脂复合吸波材料的制备与应用

成果与项目的背景及主要用途：

吸波材料即雷达吸波材料（RAM），是指能够吸收衰减入射的电磁波，并

将其电磁能转换成热能而消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。目前，随

着电磁波污染的日益严重，吸波材料在民用领域具有极大的发展潜力。许多研究

已证明，持续、高强度的电磁波照射会诱发细胞变异、诱发肿瘤、癌症等疾病，

电磁波污染已成为世界各国本世纪重点治理的环境污染之一。不让电子设备发射

电磁波是不可能的，所以消除电磁波污染最有效的办法就是使用吸波材料。这项

属于电磁干扰（EMI）范畴的研究已在世界各国得到广泛重视和应用。

技术原理与工艺流程简介：

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本项目研究制备含有不同含量及分布的碳纤维(毡)树脂基复合吸波材料，主

要研究碳纤维(毡)排布方式、含量对于材料吸波性能的影响，通过调整参数，实

现材料对电磁波的宽频吸收、高效吸收、选择吸收的目的；其次，通过对纤维(毡)

表面改性、添加电磁损耗剂、改变基体种类等制备具有刚性和柔性基体吸波材料，

同时对吸波机理进行研究，以求开发一种低成本、宽频、高效、轻质的吸波材料。

试样的制备采用复合材料成型工艺压缩模塑。将环氧树脂与低分子量聚酰胺

按质量比 2：1 搅拌均匀（E-44 型环氧树脂：低分子量聚酰胺树脂=100：50～100：

100 质量比），在真空干燥箱中脱泡，然后浇注到事先预热的半溢式模具中，模

具中预置碳纤维或碳毡。在透波层表面加一层 S-玻璃布，目的是达到与自由空

间的阻抗匹配，在模具底部也加一层玻璃布，目的是抵消由透波层玻璃布引起的

应力，使试样不致弯曲而造成测量误差。然后将浇注好的模具在 60℃，10MPa

的压力下固化 2 个小时，得到所需的 180mm×180mm，厚度为 4mm 的正方标准

试样。

技术水平及专利与获奖情况：

本研究通过两年多的大量实验，获得具有良好吸波性能和商用价值的环境功

能材料。可用于消除环境空间中的有害电磁波。本课题组制备了材料样品，完成

了 4 个专题的研究报告，发表论文 12 篇，申请专利两项。本研究已达到国际先

进水平。

应用前景分析及效益预测：

随着电信业的飞速发展，吸波材料的应用已深入到通讯抗干扰、环保及人体

防护等诸多领域。

成本估算：

环氧树脂/碳纤维复合吸波材料

E-44 环氧树脂：15.4 元/公斤，低分子量聚酰胺树脂：24 元/公斤。

碳纤维：300 元/公斤 每块试样用碳纤维：0.36 克

其他费用：电费，模具费，人工费

每块试样成本：约 4 元（180×180mm）

折合成本：约 120 元/平方米

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应用领域：电磁波污染的防护，构筑微波暗室。

2、 连续碳纳米管纤维

成果与项目的背景及主要用途：

碳纳米管被誉为超级纤维，是 21 世纪的基础材料，具有优异的物理化学性

质，其密度只有钢的六分之一，强度超过钢 100 倍，具有高导电导热性，导热性

是铜的 5-8 倍，在高性能复合材料，能源电极，电场发射等多方面有重要的应用

前景，世界各国和大公司都争先投入抢占碳纳米管市场，近年来产业发展迅猛。

连续碳纳米管纤维是无数碳纳米管构成的长纱线，轻于碳纤维，有高柔性，

具有碳纳米管所有结构和功能特性，可编织和成型，较碳纳米管更接近应用，在

制备高性能复合材料方面，极具潜力，可用于宇航、汽车用高性能复合材料、风

力发电叶片、导电导热材料、电力传输电缆、高强编织物，智能纺织和柔性光电

器件等。

基于天津大学的气相法制备连续碳纳米管纤维技术，研发碳纳米管纤维量产

化技术，制备万米连续碳纳米管纤维材料, 研发碳纳米纤维复合材料和相关新材

料，在国内率先推出碳纳米纤维新产品，主导国内市场，开拓国际市场。

技术原理与工艺流程简介：

本方法是一步制备连续碳管纤维的方法，具有工业化应用前景。2010 年天

津大学技术团队取得关键制备技术的突破，纺出千米连续的碳纳米管纤维，为产

业化提供了基础。

气相纺丝法是以含碳原理和催化剂输入到高温炉中，在气流中生长碳纳米管

并组装成丝，用机械的方法纺出碳纳米管纤维的新方法。主要成果包括发明了乙

醇/丙酮混合碳源，发明了水密封反应器和致密碳管纤维的纺丝方法。目前已经

取得连续纺丝数小时数千米连续碳管纤维，在方法、技术和材料性能方面处于国

际领先水平。

应用前景分析及效益预测：

碳纳米管的价格范围较大 2-20000 元/克，价格取决于碳管种类和纯度，有

些容易合成，有些受制备限制，尚未量产化。目前市场上多壁管 2000 元/公斤，天津大学科技成果选编

高纯碳管价格十倍以上。高纯单壁碳管尚未量产，目前仍以克量计，纯度 80%

的单壁管价格为 60 美元/克，高纯（>90%）单壁管在 1000-2000 美元/克以上。

连续碳管纤维为双壁管，纯度 90%，短期可参考单壁管价格 60-2000 美元/克。

应用领域：

高性能复合材料、导电导热材料、储能材料、功能电子和织物，产业领域航

空航天、能源、环境、化工和纺织等。

合作方式及条件：

技术合作与专利转让

与国际知名企业和研究单位建立合作,引领碳纳米管纤维新产业的发展