三層涂層柔性復(fù)合材料介電性能探索
為了開發(fā)具備良好介電性能和力學(xué)性能的多功能吸波復(fù)合材料,以滌綸針織物為基布,以環(huán)氧樹脂為基體,在基布上進(jìn)行石墨/碳化硅/鐵氧體三層復(fù)合涂層整理,制備1.5 mm涂層厚度的柔性紡織涂層復(fù)合材料.下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:研究了鐵氧體含量、碳化硅含量、石墨含量對三層涂層復(fù)合材料介電常數(shù)的影響，在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上制備了介電性能最佳的涂層復(fù)合材料，并測試了該復(fù)合材料的剪切、拉伸、彎曲性能。結(jié)果表明:鐵氧體含量為60%，碳化硅含量為36%，石墨含量為24%時(shí)，鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的介電性能良好;該復(fù)合材料具備良好的剪切、拉伸、彎曲性能。
關(guān)鍵詞:聚酯纖維;介電常數(shù);三層涂層;復(fù)合材料
引言;
隨著現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步，電磁波輻射的危害日益增大，例如飛機(jī)因受到電磁波影響無法起飛而誤點(diǎn);移動(dòng)電話等通訊設(shè)備影響醫(yī)院某些電子診療儀器正常工作等[1-3]。因此，治理電磁波污染刻不容緩，制備抵御或減少電磁輻射的材料，已成為當(dāng)今科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題[4-5]。本課題研究目的是為最終開發(fā)出較為實(shí)用的吸波涂層復(fù)合材料做最基礎(chǔ)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(diào)的介電損耗型吸波材料碳化硅作為中層吸波劑[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(huán)氧樹脂為基體，以650聚酰胺樹脂為固化劑，以乙醇為稀釋劑，制備底層、中層、表層吸波劑分別是鐵氧體、碳化硅、石墨的三層涂層復(fù)合材料。重點(diǎn)研究鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的介電性能，初步探討了其力學(xué)力學(xué)性能。
一、實(shí)驗(yàn)材料及方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備
聚酯纖維針織物，E44型環(huán)氧樹脂，650聚酰胺樹脂，石墨粉末，碳化硅粉末，鐵氧體粉末，無水乙醇。BDS50型介電譜儀;LTE-S87609型涂層機(jī);3369萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)等。
1.2涂層織物的`制備
1)取適量無水乙醇與E44型環(huán)氧樹脂均勻混合;2)將鐵氧體粉末加入上述環(huán)氧樹脂混合物中均勻混合;3)將一定量650聚酰胺樹脂加入上述混合物中攪拌至均勻，底層鐵氧體涂層劑制備完畢;4)將基布(聚酯纖維針織物)固定在涂層機(jī)上，取適量鐵氧體涂層劑進(jìn)行涂層整理;5)60℃真空烘燥3h，復(fù)合材料的底層鐵氧體涂層(0.5mm)制備完畢;6)重復(fù)底層涂層操作步驟，可制得復(fù)合材料的中層碳化硅涂層(0.5mm)和表層石墨涂層(0.5mm)。該復(fù)合材料示意圖如圖1所示。
1.3測試指標(biāo)和方法
1.3.1介電性能根據(jù)SJ20512-1995《微波大損耗固體材料復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率測試方法》標(biāo)準(zhǔn)，在BDS50介電譜儀上(電極片直徑R=20mm、溫度620～22℃、濕度64%～66%RH)測試鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的介電常數(shù)實(shí)部、虛部和損耗角正切，測試原理如圖2所示。
1.3.2剪切性能根據(jù)JCT773-2010短梁法，在Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測試鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，每組測試20個(gè)樣品然后計(jì)算其平均值[13-16]。復(fù)合材料規(guī)格長度L為(20±1)mm，厚度h為(2±0.2)mm，寬度b為(10±0.2)mm，加載速度為1mm/min，跨距為5h±0.3mm，剪切試樣如圖3所示。
1.3.3拉伸性能和彎曲性能根據(jù)GB1447-2005纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法，在Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測試鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的拉伸性能，每組測試20個(gè)樣品然后計(jì)算其平均值。根據(jù)GB1449-2005《彎曲性能測試方法》，采用三點(diǎn)彎曲法在Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測試鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的彎曲性能，每組測試20個(gè)樣品然后計(jì)算其平均值。
二、結(jié)果與討論
2.1底層吸波劑含量對涂層復(fù)合材料介電常數(shù)的影響
為了探討鐵氧體含量對鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料介電常數(shù)影響，制備了一系列涂層復(fù)合材料，其工藝參數(shù)如表1所示。圖4為不同鐵氧體含量的復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切曲線。鐵氧體吸波機(jī)理屬于磁損耗型，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(zhuǎn)化為熱能。介電常數(shù)是外電場頻率的函數(shù)，實(shí)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(qiáng)。由圖4(a)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，鐵氧體含量為48%和60%的復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部數(shù)值高于另外4組;在較高頻率范圍內(nèi)，6組復(fù)合材料的實(shí)部曲線近似重合，鐵氧體含量對介電常數(shù)實(shí)部影響較小。虛部代表樣品在外加電場作用下電偶極矩產(chǎn)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(qiáng)。由圖4(b)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，鐵氧體含量60%的復(fù)合材料介電常數(shù)虛部數(shù)值明顯高于另外5組，介電常數(shù)虛部由大到小依次是底層鐵氧體含量為60%、48%、36%、24%;在較高頻率范圍內(nèi)，虛部曲線均近似重合。損耗角正切表征樣品的吸波衰減能力，其值越大則吸波性能越好。由圖4(c)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，鐵氧體含量60%的復(fù)合材料的損耗角正切數(shù)值明顯高于另外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%;在較高頻率范圍內(nèi)，復(fù)合材料損耗角正切曲線相互重合。即當(dāng)涂層厚度一定時(shí)，隨鐵氧體含量增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)虛部數(shù)值和損耗角正切數(shù)值均增大。綜上所述，鐵氧體含量為60%的三層涂層復(fù)合材料介電性能最佳。
2.2中層吸波劑含量對涂層復(fù)合材料介電常數(shù)的影響
為了探討碳化硅含量對鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料介電常數(shù)影響，制備了一系列涂層復(fù)合材料，其工藝參數(shù)如表2所示。圖5為不同碳化硅含量的復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切曲線。碳化硅吸波機(jī)理屬于介電損耗型，主要是通過介質(zhì)的極化弛豫損耗吸收電磁波。由圖5(a)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，碳化硅含量為36%和60%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部數(shù)值明顯高于另外4組，碳化硅含量為36%的介電常數(shù)實(shí)部數(shù)值是另外4組的近4倍，碳化硅含量為60%的復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部數(shù)值是另外4組的近兩倍;在較高頻率范圍內(nèi)，三層涂層復(fù)合材料實(shí)部曲線均近似重合。由圖5(b)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，碳化硅含量為36%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)虛部數(shù)值最高，其次是碳化硅含量為60%的實(shí)驗(yàn)組;在較高頻率范圍內(nèi)，復(fù)合材料虛部曲線相互重合。由圖5(c)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，碳化硅含量為36%的涂層復(fù)合材料損耗角正切最大;在較高頻率范圍內(nèi)，不同碳化硅含量的復(fù)合材料損耗角正切曲線近似重合。即當(dāng)涂層厚度一定時(shí)，隨碳化硅含量增加，介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值均增大，碳化硅含量為36%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值達(dá)到最大，碳化硅含量超過36%時(shí)介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值明顯下降。綜上所述，碳化硅含量為36%的三層涂層復(fù)合材料介電性能最佳。
2.3表層吸波劑含量對涂層復(fù)合材料介電常數(shù)的影響
為了探究石墨含量對鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料介電常數(shù)影響，制備了一系列涂層復(fù)合材料，其工藝參數(shù)如表3所示。圖6為不同石墨含量的復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部、虛部以及損耗角正切曲線。石墨是導(dǎo)電型吸波材料，吸波機(jī)理屬于電損耗型，當(dāng)樣品受到外界磁場感應(yīng)時(shí)，在樣品內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流又產(chǎn)生與外界磁場方向相反的磁場，從而與外界磁場相抵消，達(dá)到對外界電磁場的屏蔽作用。由圖6(a)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，石墨含量為24%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部數(shù)值明顯高于另外5組，其介電常數(shù)實(shí)部數(shù)值是另外5組的近4倍;在較高頻率范圍內(nèi)，三層涂層復(fù)合材料實(shí)部曲線均近似重合。由圖6(b)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，石墨含量為24%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)虛部數(shù)值最高;在較高頻率范圍內(nèi)，復(fù)合材料虛部曲線相互重合。由圖6(c)可知:在較低頻率范圍內(nèi)，石墨含量為24%的涂層復(fù)合材料損耗角正切最大;在較高頻率范圍內(nèi)，不同石墨含量的復(fù)合材料損耗角正切曲線近似重合。即當(dāng)涂層厚度一定時(shí)，石墨含量為24%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值均最大，石墨含量超過24%時(shí)介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值大幅下降。綜上所述，石墨含量為24%的三層涂層復(fù)合材料介電性能最佳。
2.4三層涂層復(fù)合材料力學(xué)性能研究
為了探究鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的力學(xué)性能(剪切、拉伸、彎曲)，制備了介電性能最佳的1.5mm涂層厚度的復(fù)合材料(三層厚度均為0.5mm)，其工藝參數(shù)如表4所示。圖7為鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的剪切、拉伸、彎曲性能曲線。由圖7(a)剪切位移-載荷曲線可知:隨剪切位移增加，載荷增大，當(dāng)位移增大到1.8mm時(shí)，三層涂層復(fù)合材料剪切強(qiáng)力達(dá)到最大值31.4N，可知最大剪切應(yīng)力為12.5MPa，最大剪切應(yīng)變?yōu)?.5%。由圖7(b)拉伸位移-載荷曲線可知:三層涂層復(fù)合材料初始模量為586MPa，隨形變增大，復(fù)合材料拉伸應(yīng)力呈波動(dòng)式增大，這可能是因?yàn)殍F氧體/碳化硅/石墨涂層與滌綸針織物斷裂不同造成。當(dāng)拉伸位移為13mm時(shí)，涂層復(fù)合材料達(dá)到最大載荷954N，同時(shí)達(dá)到最大應(yīng)力973gf/tex。當(dāng)達(dá)到最大位移14.7mm時(shí)，涂層復(fù)合材料整體發(fā)生完全斷裂，斷裂伸長率為14.7%。由圖7(c)彎曲應(yīng)變-應(yīng)力曲線可知:彎曲應(yīng)變小于1%時(shí)，彎曲應(yīng)力值為0。隨著彎曲應(yīng)變增加，三層涂層復(fù)合材料彎曲應(yīng)力隨之增大。當(dāng)彎曲應(yīng)變增加到11%時(shí)，彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值24MPa，此時(shí)鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料的最大彎曲位移為8.4mm，最大彎曲強(qiáng)力為32N。
三、 結(jié)論
1)當(dāng)涂層厚度一定時(shí)，隨鐵氧體含量增加，三層涂層復(fù)合材料的介電常數(shù)虛部數(shù)值和損耗角正切數(shù)值均增大，鐵氧體含量為60%的復(fù)合材料介電性能最佳;
2)當(dāng)涂層厚度一定時(shí)，隨碳化硅含量增加，介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值均增大，碳化硅含量為36%的涂層復(fù)合材料介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值達(dá)到最大，碳化硅含量超過36%時(shí)介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值明顯下降，即碳化硅含量為36%的三層涂層復(fù)合材料介電性能最佳;
3)當(dāng)涂層厚度一定時(shí)，石墨含量為24%的涂層復(fù)合材料的介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值均最大，石墨含量超過24%時(shí)介電常數(shù)實(shí)部、虛部、損耗角正切數(shù)值大幅下降，即石墨含量為24%的三層涂層復(fù)合材料介電性能最佳;4)鐵氧體/碳化硅/石墨三層涂層復(fù)合材料具備良好的剪切、拉伸、彎曲性能。剪切強(qiáng)力和剪切應(yīng)力最大值分別為31.4N、12.5MPa，最大剪切應(yīng)變?yōu)?.5%。當(dāng)達(dá)到最大位移14.7mm時(shí)，涂層復(fù)合材料整體發(fā)生完全斷裂，斷裂伸長率為14.7%。復(fù)合材料最大彎曲位移為8.4mm，最大彎曲強(qiáng)力為32N。
參考文獻(xiàn)
[1]曾衛(wèi)東，劉星，潘順康，等.Cr含量對Er2Fe17-xCrx合金相結(jié)構(gòu)與微波吸收性能的影響[J].金屬熱處理，2014，39(12):86-89.ZENGWei-dong，LIUXing，PANShun-kang，etal.InfluenceofCrcontentonphasecompositionandmicrowaveabsorbingpropertiesofEr2Fe17-xCrxalloy[J].HeatTreatmentofMetals，2014，39(12):86-89.
[2]李世濤，喬學(xué)亮，陳建國，等.透明導(dǎo)電薄膜(TCF)的吸波機(jī)理及應(yīng)用研究[J].金屬熱處理，2006，31(7):6-12.LIShi-tao，QIAOXue-liang，CHENJian-guo，etal.Electramagnetic(EM)waveabsorptionmechanismoftransparentconductivefilms(TCF)anditsapplication[J].HeatTreatmentofMetals，2006，31(7):6-12.
[3]GongXH，PaigeDA，SieglerMA，etal.Inversionofdielectricpropertiesofthelunarregolithmediawithtemperatureprofilesusingchang'emicrowaveradiometerobservations[J].IEEEGeoscienceandRemoteSensingLetters，2014，12(2):384-388.
[4]王min，郭會(huì)勇，李文芳，等.微弧氧化制備BaTiO3介電薄膜的電解液體系優(yōu)化[J].金屬熱處理，2014，39(7):162-165.WANGMin，GUOHui-yong，LIWen-fang，etal.OptimizationofelectrolyticsystemforBaTiO3dielectricfilmspreparedbymicro-arcoxidation[J].HeatTreatmentofMetals，2014，39(7):162-165.
[5]畢云飛，陶冶，劉培英.自組裝納米多層膜吸波性能和機(jī)理的研究[J].金屬熱處理，2004，29(10):21-24.BIYun-fei，TAOYe，LIUPei-ying.Investigationonthewave-absorbingpropertyandmechanismofself-assemblednanomulti-layers[J].HeatTreatmentofMetals，2004，29(10):21-24.
[6]ZhangYB，XuF，TanGG，etal.Improvementofmicrowave-absorbingpropertiesofCo2ZbariumferritecompositebycoatingAgnanoparticles[J].JournalofAlloysandCompounds，2014，615(5):749-753.
[7]XuXH，RaoZG，WuJF，etal.In-situsynthesisandthermalshockresistanceofcordierite/siliconcarbidecompositesusedforsolarabsorbercoating[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells，2014，130(7):257-263.
[8]PanaitescuD，GaborRa，NicolaeC，etal.Influenceofmeltprocessinginducedorientationonthemorphologyandmechanicalpropertiesofpoly(styrene-b-ethylene/butylene-b-styrene)blockcopolymersandtheircompositeswithgraphite[J].MaterialsandDesign，2014，64(8):694-705.
[9]王雯，王成國，郭宇，等.熱處理溫度對碳基復(fù)合吸波材料電磁性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2012，33(6):20-24.WANGWen，WANGCheng-guo，GUOYu，etal.Effectsofheat-treatingtemperatureonelectromagneticcharacteristicsofcarbonbasedcomposites[J].TransactionsofMaterialsandHeatTreatment，2012，33(6):20-24.
[10]徐超，盧佃清，劉學(xué)東，等.X波段寬頻大損耗BaZnCo-Z型鐵氧體的磁性和微波吸收特性[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2011，32(1):19-23.XUChao，LUDian-qing，LIUXue-dong，etal.Magnetismandmicrowaveabsorptionpropertiesofthebroadbandhigh-lossBaZnCo-ZtypeferritesinXband[J].TransactionsofMaterialsandHeatTreatment，2011，32(1):19-23
[11]鄒軍濤，李陽，雷春娟，等.相變及彌散度對Cu/V0.97W0.03O2復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2014，35(7):43-47.ZOUJun-tao，LIYang，LEIChun-Juan，etal.EffectonofphasetransitionanddispersiondegreeofV0.97W0.03O2powderselectricalconductivityofCu/V0.97W0.03O2compositematerials[J].TransactionsofMaterialsandHeatTreatment，2014，35(7):43-47.
[12]畢云飛，陶冶，劉培英.氣相沉積納米多層膜吸波性能及機(jī)理研究[J].金屬熱處理，2005，30(6):9-12.BIYun-fei，TAOYe，LIUPei-ying.Wave-absorbingpropertyandmechanignofnano-maltilayerspreparedwithMEWAion[J].HeatTreatmentofMetals，2005，30(6):9-12.
[13]張聰，曹明莉.多尺度纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2014，31(3):661-668.ZHANGCong，CAOMing-li.Mechanicalpropertytestofamulti-scalefiberreinforcedcementitiouscomposites[J].ActaMateriaeCompositaeSinica，2014，31(3):661-668.
[14]武德珍，宋x志，金日光，PVC/彈性體/納米CaCO3復(fù)合體系的加工和組成對力學(xué)性能的影響[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2004，21(1):119-123.WUDe-zhen，SONGYong-zhiJINRi-guang，EffectofprocessingandcompositiononthepropertiesofPVC/elastomer/nano-CaCO3composite[J].ActaMateriaeCompositaeSinica，2004，21(1):119-123.
[15]李?yuàn)�，王春紅，易升桂，等.苧麻/熱固性聚乳酸復(fù)合材料的制備及其彎曲性能研究[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2012(S1):59-62.LIShan，WANGChun-hong，YISheng-gui，etal.Studyonthepreparationandflexuralpropertiesoframiereinforcedpolyacticacidcomposites[J].FiberReinforcedPlastics/Composites，2012(S1):59-62.
[16]董慧民，益小蘇，安學(xué)鋒，等.纖維增強(qiáng)熱固性聚合物基復(fù)合材料層間增韌研究進(jìn)展[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2014，31(2):273-285.DONGHui-min，YIXiao-su，ANXue-feng，etal.Developmentofinterleavedfibre-reinforcedthermosetpolymermatrixcomposites[J].ActaMateriaeCompositaeSinica，2014，31(2):273-285.
【三層涂層柔性復(fù)合材料介電性能探索】相關(guān)文章：
三層交換技術(shù)高效性能詳解05-19
復(fù)合材料拐角的抗沖擊性能分析論文07-07
不同石蠟含量的相變復(fù)合材料性能及建筑應(yīng)用論文07-14
探析PA66/SEBS復(fù)合材料的制備及性能論文07-06
企業(yè)經(jīng)濟(jì)管理中柔性管理的應(yīng)用探索11-06
對網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的柔性網(wǎng)絡(luò)營銷分析電商論文08-10
硅烷偶聯(lián)劑對PLA/木粉復(fù)合材料性能的影響論文07-08
木塑復(fù)合材料的性能及其在建筑模板中的運(yùn)用論文07-14
財(cái)務(wù)柔性解讀07-09