為了開發具備良好介電效能和力學效能的多功能吸波複合材料,以滌綸針織物為基布,以環氧樹脂為基體,在基布上進行石墨/碳化矽/鐵氧體三層複合塗層整理,製備1.5 mm塗層厚度的柔性紡織塗層複合材料.下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:研究了鐵氧體含量、碳化矽含量、石墨含量對三層塗層複合材料介電常數的影響，在上述實驗基礎上製備了介電效能最佳的塗層複合材料，並測試了該複合材料的剪下、拉伸、彎曲效能。結果表明:鐵氧體含量為60%，碳化矽含量為36%，石墨含量為24%時，鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的介電效能良好;該複合材料具備良好的剪下、拉伸、彎曲效能。
關鍵詞:聚酯纖維;介電常數;三層塗層;複合材料
引言;
隨著現代科技不斷進步，電磁波輻射的危害日益增大，例如飛機因受到電磁波影響無法起飛而誤點;行動電話等通訊裝置影響醫院某些電子診療儀器正常工作等[1-3]。因此，治理電磁波汙染刻不容緩，製備抵禦或減少電磁輻射的材料，已成為當今科學研究領域的熱點問題[4-5]。本課題研究目的是為最終開發出較為實用的吸波塗層複合材料做最基礎性研究。本課題選用磁損耗率較大的鐵氧體作為底層吸波劑[6]，選用電阻率可調的介電損耗型吸波材料碳化矽作為中層吸波劑[7]，選用密度較小的電阻型吸波材料石墨作為表層吸波劑[8-12]。選用聚酯纖維針織物為基布，以E44型環氧樹脂為基體，以650聚醯胺樹脂為固化劑，以乙醇為稀釋劑，製備底層、中層、表層吸波劑分別是鐵氧體、碳化矽、石墨的三層塗層複合材料。重點研究鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的介電效能，初步探討了其力學力學效能。
一、實驗材料及方法
1.1實驗材料和裝置
聚酯纖維針織物，E44型環氧樹脂，650聚醯胺樹脂，石墨粉末，碳化矽粉末，鐵氧體粉末，無水乙醇。BDS50型介電譜儀;LTE-S87609型塗層機;3369萬能材料實驗機等。
1.2塗層織物的`製備
1)取適量無水乙醇與E44型環氧樹脂均勻混合;2)將鐵氧體粉末加入上述環氧樹脂混合物中均勻混合;3)將一定量650聚醯胺樹脂加入上述混合物中攪拌至均勻，底層鐵氧體塗層劑製備完畢;4)將基布(聚酯纖維針織物)固定在塗層機上，取適量鐵氧體塗層劑進行塗層整理;5)60℃真空烘燥3h，複合材料的底層鐵氧體塗層(0.5mm)製備完畢;6)重複底層塗層操作步驟，可製得複合材料的中層碳化矽塗層(0.5mm)和表層石墨塗層(0.5mm)。該複合材料示意圖如圖1所示。
1.3測試指標和方法
1.3.1介電效能根據SJ20512-1995《微波大損耗固體材料復介電常數和復磁導率測試方法》標準，在BDS50介電譜儀上(電極片直徑R=20mm、溫度620～22℃、溼度64%～66%RH)測試鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的介電常數實部、虛部和損耗角正切，測試原理如圖2所示。
1.3.2剪下效能根據JCT773-2010短樑法，在Instron萬能材料試驗機上測試鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的層間剪下強度，每組測試20個樣品然後計算其平均值[13-16]。複合材料規格長度L為(20±1)mm，厚度h為(2±0.2)mm，寬度b為(10±0.2)mm，載入速度為1mm/min，跨距為5h±0.3mm，剪下試樣如圖3所示。
1.3.3拉伸效能和彎曲效能根據GB1447-2005纖維增強塑料拉伸效能試驗方法，在Instron萬能材料試驗機上測試鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的拉伸效能，每組測試20個樣品然後計算其平均值。根據GB1449-2005《彎曲效能測試方法》，採用三點彎曲法在Instron萬能材料試驗機上測試鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的彎曲效能，每組測試20個樣品然後計算其平均值。
二、結果與討論
2.1底層吸波劑含量對塗層複合材料介電常數的影響
為了探討鐵氧體含量對鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料介電常數影響，製備了一系列塗層複合材料，其工藝引數如表1所示。圖4為不同鐵氧體含量的複合材料介電常數實部、虛部、損耗角正切曲線。鐵氧體吸波機理屬於磁損耗型，主要是通過磁滯損耗、鐵磁共振、渦流損耗吸收電磁波，最終將電磁能轉化為熱能。介電常數是外電場頻率的函式，實部代表樣品在外加電場作用下的極化程度，其值越大則樣品極化能力越強。由圖4(a)可知:在較低頻率範圍內，鐵氧體含量為48%和60%的複合材料介電常數實部數值高於另外4組;在較高頻率範圍內，6組複合材料的實部曲線近似重合，鐵氧體含量對介電常數實部影響較小。虛部代表樣品在外加電場作用下電偶極矩產生重排引起能量損耗的量度，其值越大則對電磁波損耗能力越強。由圖4(b)可知:在較低頻率範圍內，鐵氧體含量60%的複合材料介電常數虛部數值明顯高於另外5組，介電常數虛部由大到小依次是底層鐵氧體含量為60%、48%、36%、24%;在較高頻率範圍內，虛部曲線均近似重合。損耗角正切表徵樣品的吸波衰減能力，其值越大則吸波效能越好。由圖4(c)可知:在較低頻率範圍內，鐵氧體含量60%的複合材料的損耗角正切數值明顯高於另外5組，損耗角正切由大到小依次是底層鐵氧體含量為60%、48%、36%、24%;在較高頻率範圍內，複合材料損耗角正切曲線相互重合。即當塗層厚度一定時，隨鐵氧體含量增加，複合材料的介電常數虛部數值和損耗角正切數值均增大。綜上所述，鐵氧體含量為60%的三層塗層複合材料介電效能最佳。
2.2中層吸波劑含量對塗層複合材料介電常數的影響
為了探討碳化矽含量對鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料介電常數影響，製備了一系列塗層複合材料，其工藝引數如表2所示。圖5為不同碳化矽含量的複合材料介電常數實部、虛部、損耗角正切曲線。碳化矽吸波機理屬於介電損耗型，主要是通過介質的極化弛豫損耗吸收電磁波。由圖5(a)可知:在較低頻率範圍內，碳化矽含量為36%和60%的塗層複合材料介電常數實部數值明顯高於另外4組，碳化矽含量為36%的介電常數實部數值是另外4組的近4倍，碳化矽含量為60%的複合材料介電常數實部數值是另外4組的近兩倍;在較高頻率範圍內，三層塗層複合材料實部曲線均近似重合。由圖5(b)可知:在較低頻率範圍內，碳化矽含量為36%的塗層複合材料介電常數虛部數值最高，其次是碳化矽含量為60%的實驗組;在較高頻率範圍內，複合材料虛部曲線相互重合。由圖5(c)可知:在較低頻率範圍內，碳化矽含量為36%的塗層複合材料損耗角正切最大;在較高頻率範圍內，不同碳化矽含量的複合材料損耗角正切曲線近似重合。即當塗層厚度一定時，隨碳化矽含量增加，介電常數實部、虛部、損耗角正切數值均增大，碳化矽含量為36%的塗層複合材料介電常數實部、虛部、損耗角正切數值達到最大，碳化矽含量超過36%時介電常數實部、虛部、損耗角正切數值明顯下降。綜上所述，碳化矽含量為36%的三層塗層複合材料介電效能最佳。
2.3表層吸波劑含量對塗層複合材料介電常數的影響
為了探究石墨含量對鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料介電常數影響，製備了一系列塗層複合材料，其工藝引數如表3所示。圖6為不同石墨含量的複合材料介電常數實部、虛部以及損耗角正切曲線。石墨是導電型吸波材料，吸波機理屬於電損耗型，當樣品受到外界磁場感應時，在樣品內產生感應電流，感應電流又產生與外界磁場方向相反的磁場，從而與外界磁場相抵消，達到對外界電磁場的遮蔽作用。由圖6(a)可知:在較低頻率範圍內，石墨含量為24%的塗層複合材料介電常數實部數值明顯高於另外5組，其介電常數實部數值是另外5組的近4倍;在較高頻率範圍內，三層塗層複合材料實部曲線均近似重合。由圖6(b)可知:在較低頻率範圍內，石墨含量為24%的塗層複合材料介電常數虛部數值最高;在較高頻率範圍內，複合材料虛部曲線相互重合。由圖6(c)可知:在較低頻率範圍內，石墨含量為24%的塗層複合材料損耗角正切最大;在較高頻率範圍內，不同石墨含量的複合材料損耗角正切曲線近似重合。即當塗層厚度一定時，石墨含量為24%的塗層複合材料介電常數實部、虛部、損耗角正切數值均最大，石墨含量超過24%時介電常數實部、虛部、損耗角正切數值大幅下降。綜上所述，石墨含量為24%的三層塗層複合材料介電效能最佳。
2.4三層塗層複合材料力學效能研究
為了探究鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的力學效能(剪下、拉伸、彎曲)，製備了介電效能最佳的1.5mm塗層厚度的複合材料(三層厚度均為0.5mm)，其工藝引數如表4所示。圖7為鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的剪下、拉伸、彎曲效能曲線。由圖7(a)剪下位移-載荷曲線可知:隨剪下位移增加，載荷增大，當位移增大到1.8mm時，三層塗層複合材料剪下強力達到最大值31.4N，可知最大剪下應力為12.5MPa，最大剪下應變為8.5%。由圖7(b)拉伸位移-載荷曲線可知:三層塗層複合材料初始模量為586MPa，隨形變增大，複合材料拉伸應力呈波動式增大，這可能是因為鐵氧體/碳化矽/石墨塗層與滌綸針織物斷裂不同造成。當拉伸位移為13mm時，塗層複合材料達到最大載荷954N，同時達到最大應力973gf/tex。當達到最大位移14.7mm時，塗層複合材料整體發生完全斷裂，斷裂伸長率為14.7%。由圖7(c)彎曲應變-應力曲線可知:彎曲應變小於1%時，彎曲應力值為0。隨著彎曲應變增加，三層塗層複合材料彎曲應力隨之增大。當彎曲應變增加到11%時，彎曲應力達到最大值24MPa，此時鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料的最大彎曲位移為8.4mm，最大彎曲強力為32N。
三、 結論
1)當塗層厚度一定時，隨鐵氧體含量增加，三層塗層複合材料的介電常數虛部數值和損耗角正切數值均增大，鐵氧體含量為60%的複合材料介電效能最佳;
2)當塗層厚度一定時，隨碳化矽含量增加，介電常數實部、虛部、損耗角正切數值均增大，碳化矽含量為36%的塗層複合材料介電常數實部、虛部、損耗角正切數值達到最大，碳化矽含量超過36%時介電常數實部、虛部、損耗角正切數值明顯下降，即碳化矽含量為36%的三層塗層複合材料介電效能最佳;
3)當塗層厚度一定時，石墨含量為24%的塗層複合材料的介電常數實部、虛部、損耗角正切數值均最大，石墨含量超過24%時介電常數實部、虛部、損耗角正切數值大幅下降，即石墨含量為24%的三層塗層複合材料介電效能最佳;4)鐵氧體/碳化矽/石墨三層塗層複合材料具備良好的剪下、拉伸、彎曲效能。剪下強力和剪下應力最大值分別為31.4N、12.5MPa，最大剪下應變為8.5%。當達到最大位移14.7mm時，塗層複合材料整體發生完全斷裂，斷裂伸長率為14.7%。複合材料最大彎曲位移為8.4mm，最大彎曲強力為32N。
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