无线通讯技术的广泛应用给人类的日常生活带来便利的同时也带来了日益严重的电磁辐射污染,同时也对精密电子仪器的正常工作造成了干扰,军事上的特种通讯和隐身技术则关系到国防事业的发展。在此背景下对电磁屏蔽复合材料提出了高屏蔽效能、强吸收损耗、屏蔽效能可控、以及产品结构功能一体化的发展要求。本文旨在设计和制备能满足最新发展要求的电磁屏蔽复合材料产品,能有效降低电磁干扰和污染,并能实现屏蔽效能连续可控和结构功能一体化。本文采用了力学性能优良同时兼具导电性的碳纤维作为屏蔽功能体,利用碳纤维以及碳纤维制品的各向异性来实现屏蔽效能可控化设计。将能改变取向的旋转体和屏蔽结构主体相配合,共同组成屏蔽效能随旋转子旋转而连续变化的屏蔽效能可控结构单元。本文分别研究了碳纤维毡多层复合材料、碳纤维毡-玻璃纤维毡夹层复合材料、碳纤维单向纱复合材料、碳纤维单向布复合材料以及碳纤维方格布复合材料的电导率、介电常数、屏蔽效能以及屏蔽功率参数随碳纤维功能体取向的变化规律。对不同功能体取向的复合材料形貌结构进行了显微分析,研究了碳纤维的结构形貌与材料性能的关系。并研究了碳纤维毡和碳纤维方格布与吸波介质配合使用的屏蔽效果。取向角由0°增加到90°时,碳纤维毡由轴向导电为主的网络结构转变为周向导电为主的多层结构;碳纤维纱由连续的单向结构转变为离散的纤维断面;碳纤维方格布由正交结构转变为单向多层结构。碳纤维毡对吸波介质羰基铁粉在树脂基体中的分布无显著影响;碳纤维方格布对羰基铁粉存在明显的滤过效应。随着取向角由0°增加到90°,体积电导率和屏蔽效能迅速降低,碳纤维毡多层复合材料体积电导率和屏蔽效能变化区间分别为[30.1-147.2]Sm^-1和[13.5-59.9]dB;碳纤维方格布多层复合材料分别为[0.07-4.2]Sm^-1和[8.1-55.1]dB。夹层结构在取向角为0°时因为多次反射提高屏蔽效能的最大值,在取向角为90°时因为绝缘层的暴露而降低屏蔽效能的最小值。单向纤维纱和单向布复合材料的电导率和屏蔽效能变化趋势和方格布相似,沿纤维方向电导率高于垂直于纤维方向,二者的屏蔽性能差异较小。添加吸波介质羰基铁粉会使体积电导率和屏蔽效能的变化范围缩小,但能显著提高吸收功率。随取向角的上升、材料对电磁波的反射功率降低,吸收功率升高,在取向角为某特定值时,吸收功率存在最大值。对于单向结构和添加羰基铁粉的方格布结构,吸收功率随取向角增加到某一特定值时达到最大值,并维持该数值。碳纤维毡多层复合材料经开孔后,屏蔽效能会降低,开孔尺寸接近1/4波长时,屏蔽效能显著降低。10.0GHz时,圆形开孔直径由2.0mm增加到10.0mm,屏蔽效能由74.8dB降低到17.5dB;矩形开孔边长由2.0mm增加到10.0mm,屏蔽效能由67.5dB降低到13.0dB。设计边长为12.0mm的矩形开孔,大于X波段内的最大1/4波长,屏蔽效能可以降到5.0dB以下。采用7.5mm直径的旋转子隔断矩形开孔后,组成屏蔽效能可控结构单元,能实现屏蔽效能35.0-75.0dB的连续控制。采用夹层结构旋转子能提高屏蔽效能最大值,降低最小值;添加羰基铁粉则会减小最大值,增加最小值。通过控制开孔尺寸和旋转子结构可以对屏蔽效能控制范围进行设计。分析了碳纤维毡和碳纤维纱的导电模型,并建立了不同取向角下多层结构和夹层结构的屏蔽模型,计算结果和实测值相符,可用于任意取向角下的屏蔽效能计算。采用模拟软件对夹层结构和开孔结构,以及多层结构和夹层结构旋转子配合屏蔽主体的屏蔽性能进行了模拟,模拟结果和实测值变化趋势相同,但实际数值存在差距。对比了不同碳纤维功能体的优缺点,为实际的电磁屏蔽结构功能一体化复合材料产品的设计和制造提供了理论基础和生产经验。通过设计合适的取向角,可以获得最大的屏蔽效能防止电磁干扰;获得最高的吸收功率降低电磁污染;实现屏蔽效能连续可控来满足军事领域更高发展的要求。