石墨碳化硅鐵氧體涂層復(fù)合材料的介電性能

石墨碳化硅鐵氧體涂層復(fù)合材料的介電性能

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，人們隨時(shí)都會(huì)受到電磁干燥的污染。我什么也沒見了。尤其是長(zhǎng)期在鐵路、電信、能源等部門工作的人員容易受到輻射的影響，甚至累積效應(yīng)，導(dǎo)致癌癥和其他疾病。此外，輻射的另一個(gè)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)是電磁干燥，這會(huì)導(dǎo)致精密電子設(shè)備的失敗，這將造成財(cái)務(wù)損失，并造成人類死亡。鑒于對(duì)涂敷型吸波材料的綜合要求,即“寬、薄、輕、強(qiáng)”,在兼顧涂敷型吸波復(fù)合材料的涂層厚度要薄、質(zhì)量輕以及吸收強(qiáng)的同時(shí),還要保證材料的較寬吸波頻帶,而單一涂層單一吸波劑很難實(shí)現(xiàn)這一要求,難以提高復(fù)合材料的電磁波吸收率本文首次以滌綸針織物為基布,以環(huán)氧樹脂為基體,以鐵氧體、碳化硅和石墨分別作為底層、中層和表層吸波劑,制備柔性紡織涂層復(fù)合材料.重點(diǎn)研究該復(fù)合材料的介電性能,初步探討其力學(xué)性能,期望開發(fā)出一種新型的具備良好介電性能和力學(xué)性能的多功能復(fù)合材料.1實(shí)驗(yàn)1.1試劑與儀器純滌綸針織物(組織結(jié)構(gòu)為2+2羅紋,紗線細(xì)度為59tex,度目值為75的緯編針織物),海安縣利來雅紡織有限公司提供;鐵氧體粉末,天津市天磁磁材有限公司提供;碳化硅粉末,安陽(yáng)市凱瑞冶金爐料有限公司提供;石墨粉,天津市登科化學(xué)試劑有限公司提供;無水乙醇,天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司提供;E44型環(huán)氧樹脂,中國(guó)石化集團(tuán)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司提供;650聚酰胺樹脂,杭州五會(huì)港膠粘劑有限公司提供.1.2涂層機(jī)及儀器BDS50型介電譜儀(德國(guó)NovocontorlGmbh公司);LTE-S87609型涂層機(jī)(瑞士WernerMathis公司);JJ-1型電動(dòng)攪拌器(金壇市中大儀器廠);CP224C型電子分析天平(上海奧豪斯儀器有限公司);3369萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)(美國(guó)INSTRON公司)等.1.3混合均勻度取適量膠黏劑環(huán)氧樹脂,稱取一定量的稀釋劑無水乙醇與環(huán)氧樹脂混合,用電動(dòng)攪拌器攪拌30min使之混合均勻;再將規(guī)定質(zhì)量的吸波劑加入混合物中,用電動(dòng)攪拌器攪拌15min并使之混合均勻;最后,將一定量的固化劑聚酰胺樹脂加入混合物中,用電動(dòng)攪拌器攪拌一定時(shí)間并保證混合均勻.至此,涂層劑制備完畢.將針織物基布固定在涂層機(jī)上,取適量的涂層劑傾倒在織物表面并進(jìn)行涂層整理;涂層完畢后將涂層織物置于烘箱內(nèi),保持溫度60℃烘燥3h.至此,涂層織物的底層涂層(0.5mm)制備完畢,選用不同的吸波劑制得不同的涂層劑,重復(fù)底層涂層操作,可制得涂層織物中層(0.5mm)和表層涂層(0.5mm).三層涂層整理后,復(fù)合材料制備完畢.本文選用的石墨/碳化硅/鐵氧體三層復(fù)合涂層的示意圖如1所示.1.4測(cè)試指標(biāo)和方法1.4.1測(cè)試原理及方法吸波性能的測(cè)試主要是通過測(cè)試介電常數(shù),然后間接地評(píng)價(jià)吸波性能.介電常數(shù)的測(cè)試根據(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(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn),在BDS50介電譜儀上進(jìn)行了介電常數(shù)測(cè)試,測(cè)試原理如圖2所示.1.4.2延長(zhǎng)性能測(cè)試?yán)煨阅艿臏y(cè)試參照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)上進(jìn)行材料的拉伸性能測(cè)試1.4.3彎曲性能測(cè)試彎曲性能的測(cè)試參照GB1449—2005彎曲性能測(cè)試方法1.4.4剪切性能測(cè)試剪切性能的測(cè)試參照標(biāo)準(zhǔn)JCT773—2010短梁法測(cè)定層間剪切強(qiáng)度,在Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行材料的剪切性能測(cè)試,測(cè)試方法為短梁法.短梁法測(cè)試加載方式如圖2所示.所用剪切試樣規(guī)格如圖3所示.長(zhǎng)度(L)為(20±1)mm,寬度(b)為(10±0.2)mm,厚度(h)為(2±0.2)mm,跨距為5h±0.3mm,加載速度為1mm/min.分別測(cè)試復(fù)合材料的縱向剪切強(qiáng)度和橫向剪切強(qiáng)度,每組測(cè)試20個(gè)樣品然后取平均值.2結(jié)果與討論2.1涂層織物的實(shí)部為了探究底層吸波劑鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)介電常數(shù)的影響,以針織物為基布,制備了一系列不同鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鐵氧體/碳化硅/石墨三層復(fù)合涂層針織物,其涂層工藝參數(shù)如表1所示.涂層織物試樣的介電常數(shù)的實(shí)部和虛部曲線以及損耗角正切曲線分別如圖4、圖5和圖6所示.由圖4可知:在低頻段,鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%和60%涂層織物的實(shí)部較大,但在較寬的頻段內(nèi),實(shí)部最大的是鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的涂層織物;在高頻段,6種不同鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的涂層織物的實(shí)部曲線近似重合,鐵氧體含量的不同對(duì)涂層織物介電常數(shù)的實(shí)部影響較小.由圖5可知:在低頻段,介電常數(shù)的虛部由大到小依次為底層鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、48%、36%、24%、0,而當(dāng)?shù)讓予F氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí),虛部曲線有整體向低頻方向移動(dòng)的趨勢(shì);在高頻段,6種不同鐵氧體含量的涂層織物的虛部曲線重合,鐵氧體含量的不同對(duì)涂層織物介電常數(shù)的虛部影響可以忽略.由圖6可知:在低頻段,損耗角正切由大到小依次是底層鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、48%、36%、24%、0,當(dāng)?shù)讓予F氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí),損耗角正切曲線有向低頻方向移動(dòng)的趨勢(shì);在高頻段,6種不同鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)涂層織物的損耗角正切曲線相互重合,底層鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同對(duì)損耗角正切的影響可以忽略.綜上所述,當(dāng)涂層厚度一定時(shí),隨著底層鐵氧體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,涂層織物的虛部和損耗角正切均在增大.2.2碳化硅含量對(duì)涂層織物損耗角正切的影響為了探究中層碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)介電常數(shù)的影響,以針織物為基布,制備了一系列不同碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鐵氧體/碳化硅/石墨三層復(fù)合涂層針織物,其涂層工藝參數(shù)如表2所示.碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)介電常數(shù)實(shí)部、介電常數(shù)虛部、損耗角正切的影響曲線分別見圖7、圖8和圖9.由圖7可知:在低頻段,介電常數(shù)的實(shí)部由大到小依次是碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%、60%、48%、0、24%、12%;在高頻段,6種不同碳化硅含量涂層織物的實(shí)部曲線近似重合,介電常數(shù)的實(shí)部幾乎不受碳化硅含量的影響.由圖8可知:在低頻段,碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的涂層織物具有最大的介電常數(shù)虛部;在高頻段,碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%和48%的涂層織物的虛部相互重合,而碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、24%、0、12%的涂層織物的虛部相互重合,并且前者明顯大于后者.由圖9可知:在低頻段,損耗角正切最大的是碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的涂層織物;在高頻段,6種不同碳化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)涂層織物的損耗角正切曲線近似重合,碳化硅含量對(duì)損耗角正切的影響可以忽略.2.3層工藝參數(shù)對(duì)涂層織物損耗角的影響為了探究表層石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)介電常數(shù)的影響,以為基布,制備了一系列不同表層石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鐵氧體/碳化硅/石墨三層復(fù)合涂層針織物,其涂層工藝參數(shù)如表3所示.表層石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)介電常數(shù)實(shí)部、介電常數(shù)虛部和損耗角正切的影響分別見圖10、圖11和圖12.由圖10~圖12可以看出:在低頻段,表層石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24%的涂層織物的實(shí)部、虛部和損耗角正切明顯最大;在高頻段,6種不同表層石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的涂層織物的實(shí)部曲線、虛部曲線、損耗角正切曲線都近似重合,并且表層石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部以及損耗角正切的影響可以忽略.2.4三聚層復(fù)合收獲層針織物機(jī)械性能的研究2.4.1移-載荷曲線參照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)上進(jìn)行材料的拉伸性能測(cè)試,得到復(fù)合材料的位移-載荷曲線見圖13.由圖13可知:初始模量為585.7MPa,說明該涂層織物在小變形條件時(shí)較為挺括.隨著形變的增大,拉伸應(yīng)力呈波動(dòng)式的增大,這可能是因?yàn)橥繉右约翱椢飻嗔训牟煌瑫r(shí)性造成的.當(dāng)拉伸位移為12.8mm時(shí),涂層織物達(dá)到最大載荷954.0N,同時(shí)涂層織物達(dá)到最大應(yīng)力972.9gf/tex.當(dāng)涂層織物到達(dá)最大位移14.7mm時(shí),涂層織物發(fā)生完全斷裂,斷裂伸長(zhǎng)率為14.7%.2.4.2剪切位移-載荷關(guān)系參照標(biāo)準(zhǔn)JCT773—2010短梁法測(cè)定層間剪切強(qiáng)度,在Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試方法為短梁法,得到的涂層織物剪切位移-載荷曲線見圖14.由圖14可知:在剪切位移小于0.7mm范圍內(nèi)時(shí),涂層織物的載荷不受剪切位移的影響,其值為0;在此之后,隨著位移的增加,載荷也在增大,當(dāng)位移增大到1.8mm時(shí),剪切強(qiáng)力達(dá)到最大,其值為31.4N,可知最大剪切應(yīng)力為12.5MPa,最大剪切應(yīng)變?yōu)?.5%.2.4.3涂層織物彎曲應(yīng)變-彎曲應(yīng)力曲線參照GB1449—2005彎曲性能測(cè)試方法,在Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試,測(cè)試方法為三點(diǎn)彎曲法,每組測(cè)試20個(gè)樣品然后取平均值,得到涂層織物的彎曲應(yīng)變-彎曲應(yīng)力曲線見圖15.由圖15可知:涂層織物的彎曲應(yīng)變?cè)?%之內(nèi),彎曲應(yīng)力不受其影響,其值為0;隨著彎曲應(yīng)變的增加,彎曲應(yīng)力隨之增大;當(dāng)彎曲應(yīng)變?cè)黾拥?1.2%時(shí),彎曲應(yīng)力達(dá)到最大24.0MPa,此時(shí)最大彎曲位移為8.4mm,最大彎曲強(qiáng)力為31.9N.3涂層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表征1)首次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/鐵氧體三層涂層整理,成功制備了1.5mm涂層