中國報告大廳網訊，隨著電子通信設備的快速發展，電磁干擾和電磁污染問題日益嚴峻，長期暴露在電磁輻射環境中會對人體健康產生諸多不良影響，如削弱免疫功能、擾亂代謝平衡，甚至提升致癌風險。在此背景下，開發高效的電磁屏蔽材料成為保障電子設備可靠運行、降低輻射危害的關鍵方向。傳統電磁屏蔽材料多為鋁箔、銅網等金屬材料，雖能憑藉高電導率實現較高屏蔽效能，但主要依賴反射損耗，易產生二次電磁污染。而聚合物基複合材料因內部存在大量界面，可通過多次反射損耗實現電磁屏蔽，且導電與非導電填料的組合能產生協同效應，進一步提升材料性能，環氧樹脂基複合材料便是這一領域的重要研究對象。以下是2025年環氧樹脂行業技術分析。

  一、環氧樹脂基複合材料的實驗材料與製備方法

  (一)主要原料與儀器設備

  實驗所用主要原料包括：固體質量分數 99% 的環氧樹脂(E-51)、總胺值 500~700mg KOH/g 的環氧固化劑(二亞乙基三胺 - 丁基縮水甘油醚共聚物，593)、碳纖維(CF，WD-100)以及薰衣草蒸餾廢渣(LDR)。儀器設備涵蓋小型平板硫化機(CREE-6014B-30T)、萬能力學試驗機(UTM-1432s)、掃描電子顯微鏡(SEM，Quattro S)、微歐計(VC480C+)、動態熱機械分析儀器(DMA，Ceyear3672B)和矢量網絡分析儀(Ceyear3672B)，這些設備為環氧樹脂行業基複合材料的製備與性能測試提供了基礎保障。

  (二)環氧樹脂基複合材料樣品製備

  共混材料(LDRs/CF/EP)製備：先對 LDR 進行過篩處理，控制粒徑在 60~80 目，再用質量分數 5% 的 NaOH 溶液浸泡 12h，經去離子水洗至中性並烘乾，得到鹼處理薰衣草蒸餾廢渣 LDRs。按照質量分數 60% 的填料占比，將預先混合好的 LDRs 和 CF 加入含固化劑的環氧樹脂中，控制 CF 在體系中的質量分數分別為 10%、20%、30%、40% 和 50%，劇烈攪拌均勻後置於模具，轉移至平板硫化機，在 70℃、8MPa 條件下固化 60min，隨後升溫至 120℃深度固化 120min，製得 LDRs/CF/EP 共混複合材料。

  多層材料製備：先將 CF 和 LDRs 分別與環氧樹脂行業按質量分數 60% 混合，控制 CF/EP 和 LDRs/EP 的質量比為 4:2，在平板硫化機 0.1MPa 壓力下製備薄片，再按不同方式鋪設薄片，最後在上述相同溫度和壓力條件下固化，得到 4 種多層結構的環氧樹脂基複合材料。

  二、環氧樹脂基複合材料的性能測試與表徵方法

  (一)力學性能測試

  彎曲強度測試參照 GB/T 9341-2008 標準，樣品尺寸為 80mm×10mm×4mm，加載速度 10mm/min，在室溫下進行測試，以此評估環氧樹脂基複合材料在彎曲作用力下的抗破裂能力。

  (二)動態熱機械性能與微觀形貌表徵

  採用動態熱機械分析儀器(DMA)，以雙懸臂樑彎曲模式、1Hz 頻率，3℃/min 升溫速率從室溫升至 150℃，測試樣品尺寸為 80mm×10mm×4mm 的環氧樹脂基複合材料，分析其儲能模量(E')、損耗模量(E'')和損耗因子(tanδ)。掃描電子顯微鏡(SEM)用於觀測彎曲測試後環氧樹脂基複合材料斷裂面形貌，通過表面噴金處理，清晰呈現材料內部結構特徵。

  (三)導電性能、電磁屏蔽效能與吸水性測試

  導電性能測試：將環氧樹脂基複合材料切割成 10mm×10mm 方形樣品，採用兩電極法，將樣品置於兩個銅電極之間並確保緊密接觸，用微歐計測量體積電阻，再通過公式 σ=L/(R・S)(其中 σ 為電導率，L 為樣品長度，R 為體積電阻，S 為樣品橫截面積)計算電導率。

  電磁屏蔽效能測試：利用矢量網絡分析儀，在 18.0~26.6GHz 頻率範圍內，採用同軸傳輸線法測試切割成長 4.28mm、寬 10.63mm 且厚度小於 4.54mm 的環氧樹脂基複合材料樣品的 S 參數(S₁₁和 S₂₁)，再通過相關公式計算反射係數(R)、透過係數(T)、吸收係數(A)、反射損耗、吸收損耗和總電磁屏蔽效能(EMI SE)。

  吸水性測試：將環氧樹脂基複合材料樣品在乾燥箱中乾燥至恆重(m₁)，隨後浸泡在蒸餾水中，每隔一段時間取出擦去表面水分稱重(m₂)，通過公式 W=(m₂ - m₁)/m₁(其中 W 為吸水率)計算吸水率，評估材料的抗吸水能力。

  三、環氧樹脂基複合材料的性能結果與分析

  (一)環氧樹脂基複合材料的力學性能分析

  共混複合材料彎曲性能：隨著 CF 質量分數增加，環氧樹脂基共混複合材料的彎曲強度先增大後減小。當 CF 質量分數為 40% 時，彎曲強度達到最大值 78.24MPa，遠高於未加入 CF 時的 52.07MPa。這是因為外力彎曲時，環氧樹脂能將作用力傳遞給 CF 和 LDRs 纖維，且 CF 自身彎曲強度高;但 CF 質量分數過高會出現團聚，降低與環氧樹脂的有效接觸面積，導致彎曲性能下降。

  多層複合材料彎曲性能：在填料質量分數不變的情況下，多層環氧樹脂基複合材料的彎曲強度受層數、面板材料等因素影響。當 CF/EP 分成兩層且作為面板材料覆蓋在複合材料兩側時，彎曲強度最佳，達 84.96MPa，相較共混材料增加 8%。單層 CF/EP 厚度過大易團聚，過小則單位面積應力大，且面板材料承擔大部分應力，芯材對彎曲強度直接貢獻較小，界面增多也會影響載荷傳遞。

  (二)環氧樹脂基複合材料的動態熱機械性能分析

  多層環氧樹脂基複合材料與共混材料的儲能模量差異顯著。其中，部分多層樣品的最大儲能模量(E' max)分別為 37172MPa、25518MPa、27479MPa，與共混材料的 9832MPa 相比，分別提升 278%、160% 和 180%，另有部分多層樣品儲能模量較共混材料下降 38%，這與面板材料選擇及 CF/EP 層數相關。CF 強度和剛度高，分子結構緊密有序，CF/EP 儲存彈性應變能高於 LDRs/EP，故 CF 作為面板材料時，環氧樹脂基複合材料儲能模量較高;共混材料中 LDRs 與 CF 相互作用複雜，易產生應力集中和缺陷，導致儲能模量降低。

  多層環氧樹脂基複合材料的損耗因子(tanδ)均大於共混材料，玻璃化轉變溫度(t g)也更高。共混材料中 CF 與 LDRs 纖維微觀混合均勻，分子間相互作用弱，分子鏈易運動，t g 較低且 tanδ 小;多層材料中 CF/EP 層與 LDRs/EP 層通過層疊組合，層間相互作用需更高溫度克服分子運動，故 t g 較高。部分多層樣品 t g 達 76.6℃，較共混材料的 63.8℃升高 12.8℃。

  (三)環氧樹脂基複合材料的電導率分析

  《2025-2030年全球及中國環氧樹脂行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，CF 的引入改變了環氧樹脂基複合材料的電導率，且隨 CF 質量分數提高，共混複合材料電導率呈上升趨勢。當 CF 質量分數為 40% 時，電導率為 19.61S/m;CF 質量分數進一步增大，電導率可達 27.78S/m，這是因為 CF 在環氧樹脂中形成導電通路。而多層環氧樹脂基複合材料(各多層樣品)的電導率均為 0，側面印證了多層材料層間界限清晰，未發生混合現象。

  (四)環氧樹脂基複合材料的電磁屏蔽性能分析

  總電磁屏蔽效能：環氧樹脂基共混複合材料的總電磁屏蔽效能最佳，最高達 24.06dB，能有效阻擋 93.73% 的電磁波;多層複合材料最高電磁屏蔽效能為 18.81dB，可有效阻擋 88.53% 的電磁波。

  反射損耗與吸收損耗：共混材料反射損耗和吸收損耗均優異，因 CF 具有良好導電性，C 原子以 sp² 雜化形成高度共軛結構，電子易移動，在混合體系中形成高效導電通路，導致電磁波與材料阻抗失配，反射損耗高;同時 CF 與 LDRs 纖維形成三維網絡結構，使電磁波在內部多次反射散射，界面極化電荷與電磁波相互作用，吸收損耗高。多層材料中，面板材料和導電層層數影響屏蔽機制，CF/EP 作為面板材料時反射係數(R)較大，導電層層數增加會使反射次數增多、R 值增大，且兩層導電層的材料吸收係數(A)較大，吸收能力更強。

  (五)環氧樹脂基複合材料的形貌分析

  掃描電子顯微鏡觀察顯示，環氧樹脂基共混複合材料中，CF 與 LDRs 纖維相互纏繞交織，形成機械互鎖結構，既為材料提供支撐保證力學性能，又使 CF 連續分布形成導電網絡，提升電導率和電磁屏蔽性能;多層環氧樹脂基複合材料各層界限分明，無混合現象，層間結合緊密穩固，保留各層特性，能準確控制電磁波在層間的反射、吸收和透過，CF/EP 可高效反射吸收電磁波，LDRs/EP 則吸收散射電磁波，提升整體屏蔽性能。

  (六)環氧樹脂基複合材料的吸水性分析

  多層環氧樹脂基複合材料的吸水率明顯高於共混材料。當選擇 LDRs/EP 為面板材料時，材料吸水性高，因 LDRs 纖維表面含大量親水基團 - OH，易與水分子接觸;LDRs/EP 層數增加、厚度減小時，水分子與 LDR 纖維接觸面積減少，吸水率降低;多層材料製備中易產生孔隙、分層等缺陷，增加水分滲透通道，層數越多界面越多，越易成為滲透通道。環氧樹脂基共混複合材料因各組分緊密結合形成緻密結構，能有效阻止水分子滲入，24h 吸水率僅為 2%。

  四、全篇總結

  本研究圍繞不同結構環氧樹脂基複合材料展開，通過實驗製備了共混和多層兩種結構的複合材料，並對其力學性能、動態熱機械性能、電導率、電磁屏蔽性能、微觀形貌及吸水性進行了全面測試與分析。結果表明，在力學性能方面，共混複合材料中 CF 質量分數 40% 時彎曲強度最佳(78.24MPa)，多層複合材料中 CF/EP 分兩層作為面板時彎曲強度最高(84.96MPa);動態熱機械性能上，多層材料儲能模量整體優於共混材料，玻璃化轉變溫度也更高;電導率方面，共混材料隨 CF 含量增加而提升，多層材料電導率為 0;電磁屏蔽性能上，共混材料總電磁屏蔽效能最高(24.06dB)，優於多層材料;形貌上，共混材料纖維交織形成導電網絡，多層材料層間界限清晰;吸水性方面，共混材料吸水率更低(24h 僅 2%)。這些研究結果為環氧樹脂基複合材料在電磁屏蔽領域的應用提供了重要的技術參考，也為薰衣草蒸餾廢渣的高值化利用開闢了新路徑。