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聚芳硫醚砜电磁屏蔽复合材料的制备及性能研究

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聚芳硫醚砜电磁屏蔽复合材料的制备及性能研究

作者：常成功四川大学

学位级别：硕士

当前,各类电子设备已经对生活环境造成了严重的电磁污染,这不仅会影响周围其它电子设备的正常运行,还会损害人类的身体健康。目前,使用电磁屏蔽材料是一种有效的解决方案,它能够对电磁波进行衰减或阻断,从而避免了运行中的电子设备对其... 详细信息

当前,各类电子设备已经对生活环境造成了严重的电磁污染,这不仅会影响周围其它电子设备的正常运行,还会损害人类的身体健康。目前,使用电磁屏蔽材料是一种有效的解决方案,它能够对电磁波进行衰减或阻断,从而避免了运行中的电子设备对其它电子设备的干扰以及外界电磁能量对运行中的电子设备的干扰。在过去,大多使用金属类材料来实现电磁屏蔽,与之相比,导电聚合物基复合材料(CPCs)由于具有质量轻、成型加工性优异、耐腐蚀好等优点,拥有极大的应用前景。然而,对于传统的填充复合型CPCs而言,虽然可以通过填充大量的填料使其电磁屏蔽性能满足商用的要求,但过高的填料含量会提高复合材料对电磁波的反射能力,容易导致二次污染,同时也会导致成本增加、加工性变差和力学性能劣化等。因此,大量的研究工作专注于如何使CPCs在较低填料含量下获得良好的吸波特性以及较高的电磁屏蔽性能。填料的分布状态对CPCs的电磁屏蔽性能具有重要的影响,例如多层结构或隔离结构的构建能够显著提高复合材料对入射电磁波的吸收能力。虽然已经报道了许多关于这两种结构的研究工作,但它们仍然具有较大的探索空间:(1)对于多层结构而言,人们已经证明了对具有不同填料含量的导电层进行正向梯度排列能够有效改善阻抗失配问题,从而使得复合材料能够更好的吸收电磁波,但是关于其它的排列方式对CPCs的电磁屏蔽性能的影响报道甚少,因此,深入的研究不同排列方式下复合材料对电磁波的屏蔽机理有助于开发具有较高吸波能力的多层结构复合材料;(2)目前,大部分研究工作仍然使用具有高填料含量的导电层来构建多层结构,虽然这种方法制得的复合材料具有优异的电磁屏蔽性能,但是过高的填料用量限制了其应用前景,如何在较低填料含量下制备具有一定应用价值的多层结构复合材料是值得探索的研究工作;(3)对于隔离结构而言,其复合材料之所以具有较差的力学性能很大程度上归因于聚合物颗粒与导电层之间的界面结合力差,这是由隔离结构本身的特性决定的,因此开发兼具优异电磁屏蔽性能和力学性能的新型隔离结构复合材料具有重要意义。基于以上研究思路,本论文使用溶液加工和热压成型的方式制备了几种具有不同填料分布状态的聚芳硫醚砜基复合材料,接着通过扫描电子显微镜、矢量网络分析仪、电子万能试验机等设备对复合材料的结构以及性能加以表征和测试,并在机理层面进行合理的解释,取得了如下研究成果:(1)使用溶液共混和叠层热压的方法,成功制备了具有不同排列方式的多层结构PASS/GNPs复合材料。高导电层的存在使多层结构PASS/GNPs复合材料具有优异的电性能,超过170 S/m。另外,高导电层的位置以及其它导电层的排列方式对多层结构复合材料的电磁屏蔽性能具有重要影响:当高导电层位于最上层位置时,由于空气和材料表面存在严重的阻抗失配问题,复合材料对电磁波的反射能力较强;当高导电层位于最下层位置时,复合材料具有“吸收-反射-再吸收”的屏蔽机理,因此提高了对电磁波的吸收能力。重要的是,按填料含量对除高导电层以外的其它导电层进行梯度排列时,其复合材料总是表现出最高的吸收损耗占比。(2)将隔离结构复合材料作为导电层,树脂薄片作为绝缘层,通过热压成型制备了几种不同分布方式的多层结构复合材料。由于隔离导电网络的引入,在相同填料含量下,多层结构复合材料的电导率比填料无规分散的样品更高,但其力学性能不可避免的发生劣化。层分布方式对多层结构复合材料的电磁屏蔽性能和力学性能具有重要影响:在含有两个隔离导电层的多层结构复合材料中,不同导电层之间存在的多次反射作用能略微改善复合材料对电磁波的吸收;树脂绝缘层能有效阻碍裂纹的扩展,其分布位置决定了复合材料的力学性能。(3)本论文首先提出了使用湿法纺丝纤维替代聚合物颗粒来构建隔离结构的方法,而聚合物纤维与薄导电层的结合是通过作者特殊设计的工序来实现的。制备的PASS纤维增强的PASS/GNPs复合材料表现出了优异的电磁屏蔽性能,当导电层中GNPs的占比为20 wt%时,其平均电磁屏蔽效能高达30.1 d B。这主要归因于两个方面:一方面是由于聚合物纤维起到显著的占位作用,大大提高了三维导电网络的构建效率,从而复合材料具有优异的电性能;另一方面,这种新颖的隔离导电网络是连续且非闭合的,电磁波更容易进入到复合材料深处,并在大量的导电层-聚合物纤维界面之间经过多次反射过程被充分吸收。此外,新颖的隔离结构PASS/GNPs复合材料还具有优异的力学性能,这是由于导电层和连续纤维均使用聚芳硫醚砜作为基体,不仅保证了两者之间优异的界面结合,还形成了独特的连续纤维骨架,能够承受较大的载荷。(4)在复合材料中构建多层结构所需的填料含量较高,但能够有效提高对电磁波的吸收能力,且较为简单的结构特征更容易满足工业化生产要求;将隔离导电网络引入多层结构复合材料中,不仅能够有效降低填料的用量,还使得

关键词：电磁屏蔽多层结构隔离结构填料分布界面结合

纳米CaCO3表面改性及其复合材料制备与研究

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纳米CaCO3表面改性及其复合材料制备与研究

作者：常成功兰州理工大学

学位级别：硕士

纳米碳酸钙是指化学合成碳酸钙的粒径在100nm以内的纳米微粒,是一种新型超细固体材料。研究工作针对目前CaCO3纳米粒子的可控合成与表面改性以及应用密切相关的问题展开研究,首先用低温间歇碳化法制备了不同形貌的纳米碳酸钙,研究了其... 详细信息

纳米碳酸钙是指化学合成碳酸钙的粒径在100nm以内的纳米微粒,是一种新型超细固体材料。研究工作针对目前CaCO3纳米粒子的可控合成与表面改性以及应用密切相关的问题展开研究,首先用低温间歇碳化法制备了不同形貌的纳米碳酸钙,研究了其可控合成的工艺条件,并对制备出的纳米碳酸钙进行表面改性,研发出新型的复合改性剂。在上述工作的基础上制备出具有核/壳结构的纳米复合粒子和PMMA/CaCO3纳米复合复合材料,并对复合材料力学性能进行研究。研究内容主要包括以下四个部分：(1)用工业级CaO为原料,采用低温间歇碳化法制备出球形纳米碳酸钙,讨论了碳化温度、结晶导向剂用量等因素对纳米碳酸钙粒径和形貌的影响,并采用TEM. XRD对其结构进行了表征。在最佳反应条件下,制备的球形产品粒径分布均匀、分散性好。在相同反应条件下,改变结晶导向剂,便可制备出不同形貌的纳米级碳酸钙微粒。(2)以球形纳米碳酸钙作为研究对象,用硅烷偶联剂KH-570和硬脂酸钠作为复合改性剂对纳米碳酸钙进行改性,通过FTIR. TEM.吸油值和活化度的测定等方法表征了纳米碳酸钙的结构和改性效果,筛选出复合改性剂的最佳比例和最佳改性工艺条件,得出了吸油值低、活化度高、分散性好的改性纳米碳酸钙产品。同时研发了一些其它的新型复合型改性剂。(3)用硅烷偶联剂KH-570对球形纳米碳酸钙粉体进行预处理,在其表面形成接枝活性点,然后采用无皂乳液聚合方法制备具有核/壳结构的纳米复合粒子。对纳米粒子用量、引发剂用量、聚合反应温度、时间等因素对聚合反应的影响进行了系统研究。通过FTIR、TEM和热重等分析方法对复合粒子结构、聚合机理进行了分析。(4)采用原位聚合法制备PMMA/CaCO3纳米复合材料,用溶解实验、SEM、FTIR等方法对纳米CaCO3粒子和PMMA基体之间的界面相容性进行了表征,考察了复合材料的力学及其他性能。

关键词：纳米碳酸钙复合改性剂核/壳结构纳米复合材料性能

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高炉喷吹重整焦炉气工艺分析及减碳潜力研究

化工学报 2024年第6期75卷 2344-2352页

作者：常成功宋皓楠雷飞霞狄子琛程芳琴山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析... 详细信息

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析焦炉气及重整焦炉气用于高炉喷吹对高炉直接还原度、理论焦比值等工艺参数的影响,系统评估该工艺有望产生的高炉二氧化碳减排效益。结果表明,提高富氢气喷吹量和温度可有效降低焦比;而相同喷吹量条件下提高氢纯度,由于热补偿原因,焦比会有所上升。当焦炉气被重整为97.9%的富氢气体时,可实现高炉减碳34.62%,相比直接喷吹焦炉气,减碳潜力提升17.76%。碳减排主要得益于焦比降低和喷吹气碳质元素减少。高炉气发电也是减碳的关键环节,当喷吹气氢纯度由59.0%提升至97.9%时,该环节碳减排量由9.04%提升至10.85%。通过将焦炉气重整有望突破高炉喷吹富氢气体减碳潜力上限,具有潜在推广价值。

关键词：模型焦炉气二氧化碳氢碳减排

原料配比对氯氧镁水泥稳定砾石土强度的影响研究

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岩石力学与工程学报 2017年第A2期36卷 4158-4166页

作者：李颖肖学英文静黄青常成功董金美安生霞郑卫新中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室青海西宁810008 青海省盐湖资源化学重点实验室青海西宁810008 中国科学院大学北京100049

氯氧镁水泥(MOC)具有抗冻性好和抵抗盐卤腐蚀的特点。研究MOC用作高寒盐碱地区公路工程无机结合料稳定材料的可行性,探讨原料配比对MOC稳定材料抗压强度的影响规律。制作试件,测定试件的无侧限抗压强度并分析物相组成。结果表明:卤水浓... 详细信息

氯氧镁水泥(MOC)具有抗冻性好和抵抗盐卤腐蚀的特点。研究MOC用作高寒盐碱地区公路工程无机结合料稳定材料的可行性,探讨原料配比对MOC稳定材料抗压强度的影响规律。制作试件,测定试件的无侧限抗压强度并分析物相组成。结果表明:卤水浓度较低(9.35%)时,Mg/Cl比降低,水化产物中出现3Mg(OH)_2·MgCl_2·8H_2O(P318)和5Mg(OH)_2·MgCl_2·8H_2O(P518);主要水化产物为P318时无侧限抗压强度升高,主要水化产物为P518时无侧限抗压强度最高。轻烧镁粉掺量越大,水化产物越多,MOC稳定材料的无侧限抗压强度越大。MOC稳定材料的无侧限抗压强度决定于物相组成;卤水浓度、Mg/Cl比、轻烧镁粉掺量和卤水掺量是物相组成的重要影响因素。MOC稳定材料产生强度的机制包括活性MgO的水化作用及其水化产物的碳化作用、MgCl_2·6H_2O的结晶作用、填充作用、机械压实和离子交换作用。

关键词：建筑材料氯氧镁水泥稳定砾石土原料配比物相组成无侧限抗压强度

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焦化行业碳氢资源利用潜力与低碳路径评价

化工进展 2024年第5期43卷 2862-2871页

作者：狄子琛雷飞霞常成功陈文慧程芳琴山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针... 详细信息

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针对典型焦化企业开展物质流、碳流分析,系统比较焦炉气不同利用路径的环境影响、碳减排效益及碳氢资源利用率,提出优化的焦炉气利用策略。结果表明,我国焦化企业集中度较低,山西省是独立焦化企业最多的省份,企业规模在2×10^(6)t以下;河北、辽宁、吉林、江苏等地则主要以钢焦联合企业为主,主要为大型焦化企业。焦化行业副产大量焦炉气,可产氢气达1×10^(11)m^(3)。生命周期评价结果表明,焦炉气用于化工转化和还原剂高炉喷吹相比作燃料直接发电均可有效降低碳排放,尤其制氢路径和高炉喷吹路径的全球变暖潜值减少量分别是制甲醇路径的5倍和67倍。此外,在各种焦炉气利用路径中,总环境影响从高到低依次为制甲醇、发电、制LNG、制合成氨、制氢、高炉喷吹。结合各焦炉气利用路径分析与钢、焦企业空间分布,山西省等地独立焦化企业较多,可优先考虑向焦炉气制氢方向转型。而有条件发展钢焦联合发展区域,如河北、辽宁、吉林、江苏等地,向高炉喷吹焦炉气工艺改造转型,更有利于产生行业间协同效益,有效推动减污降碳发展。

关键词：焦炉气碳氢资源生命周期分析碳减排潜力焦钢耦合

镁合金微弧氧化膜在三种饱和盐溶液中的耐蚀性研究

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材料导报 2023年第7期37卷 178-187页

作者：安凌云常成功康迪菘王钊孟雷超彭建洪青海民族大学物理与电子信息工程学院青海省纳米材料与技术重点实验室西宁810007 中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效重点实验室西宁810008 青海省盐湖资源化学重点实验室西宁810008

在硅酸盐体系中,在AZ31B镁合金上制备微弧氧化膜。通过TT260数字式涡流测厚仪测量膜层厚度,利用SEM、EDS、XRD和XPS检测膜层微观形貌、成分、物相组成和元素化学结合状态。应用循环伏安曲线、动电位极化曲线和电化学阻抗谱评价膜层在硫... 详细信息

在硅酸盐体系中,在AZ31B镁合金上制备微弧氧化膜。通过TT260数字式涡流测厚仪测量膜层厚度,利用SEM、EDS、XRD和XPS检测膜层微观形貌、成分、物相组成和元素化学结合状态。应用循环伏安曲线、动电位极化曲线和电化学阻抗谱评价膜层在硫酸钠、氯化钠和碳酸氢钠三种饱和盐溶液中的耐蚀性能。结果表明,镁合金微弧氧化膜在不同饱和盐溶液中耐蚀性和腐蚀行为不同。在硫酸钠腐蚀介质中,SO_(4)^(2-)不与膜层物质反应,且其半径较大,穿透能力较弱,故膜层循环伏安曲线所围成的环面积最小,比氯化钠中的和碳酸氢钠中的分别小了二个和四个数量级,腐蚀电流密度为氯化钠中的41.6%,比碳酸氢钠中的低了四个数量级,且其阻抗模值也较高,呈现最佳的耐蚀性能。在氯化钠溶液中,由于Cl^(-)活性高、半径小、穿透力强,膜层耐蚀性较差,显现较强的点腐蚀特征。在碳酸氢钠介质中,因HCO_(3)^(-)和膜层物质反应,以及膜层的多孔特性,导致膜层耐蚀性最差。随浸泡时间延长,膜层在硫酸钠和氯化钠溶液中,耐蚀性呈现先增加后降低的趋势,而在碳酸氢钠中,先降低后波动。

关键词：镁合金微弧氧化微观结构饱和硫酸钠溶液饱和氯化钠溶液饱和碳酸氢钠溶液耐蚀性

盐湖镁渣的热处理工艺及其对磷酸镁水泥性能的影响

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材料导报 2023年第23期37卷 81-87页

作者：董金美文静郑卫新贾利蕊常成功肖学英中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效重点实验室青海省盐湖资源化学重点实验室青海省农产品质量安全检测中心

盐湖镁渣是盐湖卤水提取碳酸锂过程中产生的废渣，盐湖提锂产业的不断发展导致大量镁渣的产生和堆积，如何有效利用盐湖镁渣成为盐湖地区生态保障、高效生产的必要条件。本研究以盐湖镁渣为原料对其进行热处理和物理性能分析，并将热处... 详细信息

盐湖镁渣是盐湖卤水提取碳酸锂过程中产生的废渣，盐湖提锂产业的不断发展导致大量镁渣的产生和堆积，如何有效利用盐湖镁渣成为盐湖地区生态保障、高效生产的必要条件。本研究以盐湖镁渣为原料对其进行热处理和物理性能分析，并将热处理后的盐湖镁渣与KH2PO4反应制备盐湖磷酸镁水泥(SLMPC),研究盐湖镁渣的热处理工艺对SLMPC凝结时间、抗压强度、水化产物和微观形貌的影响。结果表明：热处理工艺对盐湖镁渣原料和SLPMC的物化性能影响显著，随热处理温度的升高和保温时间的延长，盐湖镁渣的主要物相Mg(OH)2逐渐转化为MgO,其晶粒尺寸和堆积密度增大，比表面积和水化反应活性降低；SLMPC浆体的凝结时间从几分钟延长到33 min,各龄期的抗压强度呈现先升高后降低的趋势，主要水化产物为MgKPO4·6H2O;确定最佳的热处理温度范围为1 000～1 100℃,保温时间为3～6 h。

关键词：盐湖镁渣热处理工艺盐湖磷酸镁水泥物化性能

CND-1超声波浓度仪简介──兼谈在线测量液体浓度的某些问题

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声学技术 1988年第3期 5-8页

作者：常成功上海超声波仪器厂

原料质量配比对盐湖磷酸钾镁水泥性能和微观结构的影响

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材料导报 2020年第10期34卷 10041-10045页

作者：董金美肖学英李颖文静郑卫新常成功余红发中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效重点实验室西宁810008 青海省盐湖资源化学重点实验室西宁810008 中国科学院大学北京100049 南京航空航天大学土木工程系南京210016 青海大学土木工程学院西宁810016

采用青海盐湖提锂副产品含硼氧化镁(B-MgO)为原料,将其适当处理后与磷酸二氢钾反应,不掺外加剂直接制备出一种盐湖磷酸钾镁水泥(Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)。通过测试该MKPC浆体的凝结时间、水化放热温度和硬化体的抗... 详细信息

采用青海盐湖提锂副产品含硼氧化镁(B-MgO)为原料,将其适当处理后与磷酸二氢钾反应,不掺外加剂直接制备出一种盐湖磷酸钾镁水泥(Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)。通过测试该MKPC浆体的凝结时间、水化放热温度和硬化体的抗压强度、孔隙率,分析硬化体的物相组成和微观结构形貌,研究了不同MgO/KH 2PO 4(M/K)质量配比对MKPC水化硬化过程的影响规律。结果表明:M/K质量配比对MKPC的水化放热曲线、抗压强度和孔隙率的影响显著,存在最佳M/K质量配比为1∶1~2∶1,可使MKPC在各龄期的抗压强度值均较高,3 h的最高强度值达到87.2 MPa,并使最高水化放热温度和孔隙率均保持在最佳范围;具有最佳M/K质量配比的MKPC硬化体的水化产物生成量高,晶体生长完好,缺陷少,硬化体有较完善的孔结构。

关键词：提锂副产品含硼氧化镁磷酸钾镁水泥抗压强度物相和微观结构