石墨掺量对防电磁辐射纸面石膏板的影响

何亮，王鹏起，谭丹君（北新集团建材股份有限公司，北京　102208）



石墨掺量对防电磁辐射纸面石膏板的影响

何亮，王鹏起，谭丹君
（北新集团建材股份有限公司，北京102208）

摘要：研究了石墨掺量对石膏石墨复合料浆的影响及对防电磁辐射纸面石膏板吸波性能的影响。结果表明，用水量随着石墨掺量提高而增加，但对石膏石墨复合料浆密度无显著影响；石墨掺量的增加会降低石膏的抗压和抗折强度，10%和15%掺量时石膏的抗折强度分别降低至2.7、1.8MPa；而防电磁辐射纸面石膏板的吸波性能随石墨掺量增加而提高，吸波带宽由3GHz提高到9.5 GHz。综合考虑吸波性能、抗折和抗压强度等方面，选择8%石墨掺量比较适合工业生产。

关键词：电磁辐射；石膏板；石墨；吸波性能

电子信息技术的高速发展，在给人们带来诸多便利的同时也带来了电磁污染又一大环境问题，其对人体身心健康带来的威胁不亚于水污染、大气污染和噪声污染。为了保护环境、保护人类健康、保障信息安全，必须对电磁辐射加以防护。

电磁辐射的防护有电磁吸收和电磁屏蔽，针对电磁吸收防辐射原理，目前研究的吸波材料主要有铁氧体吸波剂、陶瓷吸波剂、纤维类吸波剂及石墨等吸波剂[1-7]，但是铁氧体、陶瓷、纤维类等吸波剂相对于石墨来说成本较高。现已研发出防电磁辐射水泥、玻璃、砂浆等建材产品[8-12]，但是这些产品目前均是针对室外的电磁污染治理，对于室内电磁污染治理研究的很少，特别是对大量用于室内装饰装修用的纸面石膏板基本没有相关研究。本文探讨石墨作为外加剂制备防电磁辐射纸面石膏板工艺及其对用水量、复合料浆密度、抗压强度、抗折强度和吸波性能的影响，为防电磁辐射纸面石膏板产业化提供基础数据。

1　试验

1.1试验原料

100目天然鳞片石墨：青岛天和达石墨有限公司；熟石膏粉、改性淀粉：北新集团建材股份有限公司涿州分公司；发泡剂：俱进K12；300mm×300mm尺寸的护面纸若干。供测试吸波效果的防电磁辐射纸面石膏板原料配比如表1所示，采用模压法制备板材的工艺流程如图1所示。

表1　防电磁辐射纸面石膏板的配比

图1　防电磁辐射纸面石膏板的制备工艺流程

1.2试验设备

石膏料浆搅拌机，K55SSWH，频率50/60Hz，功率250W；石膏粉机械混合机，V-8，功率2.5 kW，容积8L，转速60 r/min；电子天平，YP2001W，最大量程2000 g，精确度0.1 g；烘箱，DHG-9240A，温度范围10～250℃；石膏料浆标准稠度仪；全自动水泥强度试验机，DY-208M-30T；网络矢量分析仪，N5234A；增益喇叭，HD-HA20N。

1.3试验方法

料浆标准稠度测试方法：称取石膏和石墨混合干料300 g及一定量水，将混合干料倒入水中搅拌约40 s后，倒入标准稠度仪料斗，在50 s时，迅速提升料斗，让料浆从料斗下部孔洞自由落下。用钢尺测量形成的圆饼状石膏直径，结果在（18± 0.5）cm范围内即可。

料浆密度测试方法：先将发泡剂稀释100倍，称取一定量稀释后发泡液和水倒入石膏料浆机械搅拌机搅拌2min；加入石膏和石墨搅拌1min后停机，用200ml塑料烧杯舀取混合料浆，清理塑料杯外壁后称重，最后计算密度。

防电磁辐射石膏板的干燥制度：在200℃鼓风干燥箱内干燥30min，然后转入110℃干燥箱内干燥1 h，最后在45℃干燥箱内干燥至恒重。

抗折、抗压强度测试方法：将料浆倒入模具，终凝1 h内脱模，制成40mm×40mm×160mm的试件，置于（40±2）℃电热恒温鼓风干燥箱烘干至恒重，按GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》测试试件绝干状态的抗折、抗压强度。

吸波性能测试方法：根据GJB 2038—94《雷达吸波材料反射率测试方法》，利用N5234A型网络分析仪采用弓形反射法进行测试，测试范围覆盖2～18GHz。

2　结果与分析

2.1石墨掺量对混合干料用水量的影响

生石膏主要成分为二水石膏，炒制后变成半水石膏、二水石膏和无水石膏混合相熟石膏粉。测试混合干料的标准稠度是为了寻找最佳用水量，用水过多会浪费水资源，同时混合料浆的初凝时间延长；用水过少，混合料浆初凝时间缩短，会造成干料和湿料混合不均，因此测试混合干料的标准稠度是比较重要的指标。石墨掺量对混合干料用水量的影响见表2。

表2　石墨掺量对混合干料用水量的影响

从表2可知，混合干料用水量随石墨掺量提高而增加，相比于纯石膏，不同掺量石墨，用水增加率分别为4.8%、12.7%、23.8%、28.6%和38.1%。在生产线上生产纸面石膏板时，掺入石墨后，由于用水量的增加，板材干燥过程中需要排出更多的水分，干燥机各区的温度相应的需要提高，特别是生产线启动阶段，需要控制好干燥机各区的升温程序，防止板材过烧或板材温度过低，提高产品合格率。

2.2石墨掺量对料浆密度的影响

发泡剂可以增加石膏板材内部的空隙，如果石墨与发泡剂的相容性不好，会导致发泡不均匀，或石墨在料浆内部出现团聚等现象，这些情况势必会增加熟石膏粉的用量，从而增大料浆的密度，使得成品板材变重。在实际生产中，检测人员需要定时检测料浆密度，并根据结果调节原料配比。石墨掺量对石膏料浆密度的影响见表3。

表3　石墨掺量对石膏料浆密度的影响

由表3可知，料浆密度随着石墨掺量的增加逐渐降低，这是由于石墨密度小于石膏粉，因此，石墨掺量对发泡效果没有

显著负面影响。

2.3石墨掺量对石膏试块强度的影响（见表4）

表4　石墨掺量对石膏试块抗压和抗折强度的影响

由表4可知，随着石墨掺量增加，石膏石墨复合料浆制备的石膏试块抗压强度和抗折强度逐渐降低。当石墨掺量分别为10%和15%时，试块绝干抗压强度分别降低至4.9、3.2 MPa，绝干抗折强度分别降低至2.7、1.8MPa，这可能是因为石膏在水化过程中，鳞片石墨阻碍了晶体的生长和网络结构形成，导致石膏试块强度降低。因此，若在实际生产中为了获得吸波性能较优的产品，采用10%和15%的石墨掺量时，需加入减水剂、增强材料等提高板材强度。

2.4石墨掺量对纸面石膏板吸波性能的影响（见图2）

图2　石墨掺量对纸面石膏板吸波性能的影响

从图2可知，1#样品在2～18GHz频率范围内反射率整体大于-1dB，表明未掺入石墨的纸面石膏板不具有吸波性能；2#样品和3#样品分别在10～15GHz和9～13GHz范围内具有一定的吸波效果，最大吸收峰值分别为-2.5 dB和-2.0 dB，对电磁波的吸收效果不显著；4#样品有效吸收带宽3GHz，频率范围为10～13GHz，最大吸收峰值为-15GHz；5#样品有效吸收带宽7GHz，频率范围为9～12GHz和14～18GHz，最大吸收峰值为-30 dB；6#样品有效吸收带宽9.5GHz，频率范围为2.5～4.0GHz、8～11GHz和13～18GHz，最大吸收峰值为-25 dB，其中在低频的吸收峰值为-10 dB。

当石墨掺量小于5%时，防电磁辐射石膏板的反射率大于-5 dB，吸波效果不明显；当石墨掺量大于8%时，随着掺量的增加，防电磁辐射石膏板试样吸波效果逐渐提高，有效吸收带宽由3GHz增大到9.5GHz，最大吸收峰反射率由-15GHz提高到-30GHz。从吸波效果来看，石墨掺量为8%、10%和15%时比较好，但是从强度检测结果看，掺量为10%和15%时强度比较低，不利于板材实际生产，因此，综合考虑，石墨掺量为8%是较佳的选择。

3　结论

（1）石膏石墨混合干料用水量随石墨掺量增加逐步增加，用水增加率从4.8%提高到38.1%；石墨掺量对石膏石墨复合料浆的密度没有显著影响。

（2）石膏试块的抗压、抗折强度随石墨掺量的增加逐渐降低，石墨掺量为10%和15%时石膏试块的抗折强度分别降低至2.7、1.8MPa，实际生产中采用此掺量需要加入相应的增强组分来提高板材强度。

（3）防电磁辐射纸面石膏板的吸波性能随石墨掺量的增加逐渐提高，最大吸收峰反射率由-15GHz提高到了-30GHz，有效带宽由3GHz增大到9.5GHz；结合抗折强度和抗压强度检测结果分析，石墨较佳掺量为8%。

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Influence of graphite content on the anti-electromagnetic radiation plasterboard

HE Liang，WANG Pengqi，TAN Danjun
（Beijing New Building Materials Public Limited Company，Beijing 102208，China）

Abstract：This experiment studies the effect of graphite dosage on composite slurry and absorbing performance of anti-electromagnetic radiation plasterboard.The result shows：the water consumption will increase with the dosage of graphite increasing，but no significant effect of the density of composite slurry；the compressive and bending strength will reduce with the dosage of graphite increasing，the flexural strength reduce to 2.7MPa and 1.8MPa with the dosage of 10%and 15%；the absorbing performance will improve with the dosage of graphite increasing，and the absorbing bandwidth increase from 3 GHz to 9.5GHz.Considering the absorbing property，compressive and bending strength，the choice of 8%graphite content is more suitable for industrial production.

Key words：electromagnetic radiation，plasterboard，graphite，absorbing performance

作者简介：何亮，男，1987年生，湖北仙桃人，助理工程师，主要从事新型建筑材料及墙体方面的研究。地址：北京市昌平区回龙观西大街118号龙冠置业大厦1508室，E-mail：heliang@bnbm.com.cn。

收稿日期：2015-08-13；

修订日期：2015-09-10

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题（2012BAJ02B04）

中图分类号：TU526；TQ177.3+78

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）01-0001-03