石墨碳化硅鐵氧體涂層復合材料的介電性能

石墨碳化硅鐵氧體涂層復合材料的介電性能

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，人們隨時都會受到電磁干燥的污染。我什么也沒見了。尤其是長期在鐵路、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)，導致癌癥和其他疾病。此外，輻射的另一個嚴重風險是電磁干燥，這會導致精密電子設(shè)備的失敗，這將造成財務(wù)損失，并造成人類死亡。鑒于對涂敷型吸波材料的綜合要求,即“寬、薄、輕、強”,在兼顧涂敷型吸波復合材料的涂層厚度要薄、質(zhì)量輕以及吸收強的同時,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現(xiàn)這一要求,難以提高復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合材料.重點研究該復合材料的介電性能,初步探討其力學性能,期望開發(fā)出一種新型的具備良好介電性能和力學性能的多功能復合材料.1實驗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,安陽市凱瑞冶金爐料有限公司提供;石墨粉,天津市登科化學試劑有限公司提供;無水乙醇,天津市風船化學試劑科技有限公司提供;E44型環(huán)氧樹脂,中國石化集團資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司提供;650聚酰胺樹脂,杭州五會港膠粘劑有限公司提供.1.2涂層機及儀器BDS50型介電譜儀(德國NovocontorlGmbh公司);LTE-S87609型涂層機(瑞士WernerMathis公司);JJ-1型電動攪拌器(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);3369萬能材料實驗機(美國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,用電動攪拌器攪拌一定時間并保證混合均勻.至此,涂層劑制備完畢.將針織物基布固定在涂層機上,取適量的涂層劑傾倒在織物表面并進行涂層整理;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,復合材料制備完畢.本文選用的石墨/碳化硅/鐵氧體三層復合涂層的示意圖如1所示.1.4測試指標和方法1.4.1測試原理及方法吸波性能的測試主要是通過測試介電常數(shù),然后間接地評價吸波性能.介電常數(shù)的測試根據(jù)SJ20512—1995《微波大損耗固體材料復介電常數(shù)和復磁導率測試方法》標準,在BDS50介電譜儀上進行了介電常數(shù)測試,測試原理如圖2所示.1.4.2延長性能測試拉伸性能的測試參照GB1447—2005纖維增強塑料拉伸性能試驗方法,在Instron萬能材料試驗機上進行材料的拉伸性能測試1.4.3彎曲性能測試彎曲性能的測試參照GB1449—2005彎曲性能測試方法1.4.4剪切性能測試剪切性能的測試參照標準JCT773—2010短梁法測定層間剪切強度,在Instron萬能材料試驗機上進行材料的剪切性能測試,測試方法為短梁法.短梁法測試加載方式如圖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.分別測試復合材料的縱向剪切強度和橫向剪切強度,每組測試20個樣品然后取平均值.2結(jié)果與討論2.1涂層織物的實部為了探究底層吸波劑鐵氧體質(zhì)量分數(shù)對介電常數(shù)的影響,以針織物為基布,制備了一系列不同鐵氧體質(zhì)量分數(shù)的鐵氧體/碳化硅/石墨三層復合涂層針織物,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)量分數(shù)為48%和60%涂層織物的實部較大,但在較寬的頻段內(nèi),實部最大的是鐵氧體質(zhì)量分數(shù)為60%的涂層織物;在高頻段,6種不同鐵氧體質(zhì)量分數(shù)的涂層織物的實部曲線近似重合,鐵氧體含量的不同對涂層織物介電常數(shù)的實部影響較小.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)量分數(shù)為60%、48%、36%、24%、0,而當?shù)讓予F氧體質(zhì)量分數(shù)為12%時,虛部曲線有整體向低頻方向移動的趨勢;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)量分數(shù)為60%、48%、36%、24%、0,當?shù)讓予F氧體質(zhì)量分數(shù)為12%時,損耗角正切曲線有向低頻方向移動的趨勢;在高頻段,6種不同鐵氧體質(zhì)量分數(shù)涂層織物的損耗角正切曲線相互重合,底層鐵氧體質(zhì)量分數(shù)的不同對損耗角正切的影響可以忽略.綜上所述,當涂層厚度一定時,隨著底層鐵氧體質(zhì)量分數(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)量分數(shù)對介電常數(shù)的影響,以針織物為基布,制備了一系列不同碳化硅質(zhì)量分數(shù)的鐵氧體/碳化硅/石墨三層復合涂層針織物,其涂層工藝參數(shù)如表2所示.碳化硅質(zhì)量分數(shù)對介電常數(shù)實部、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)的實部由大到小依次是碳化硅質(zhì)量分數(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部曲線近似重合,介電常數(shù)的實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)量分數(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)量分數(shù)為36%和48%的涂層織物的虛部相互重合,而碳化硅質(zhì)量分數(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)量分數(shù)為36%的涂層織物;在高頻段,6種不同碳化硅質(zhì)量分數(shù)涂層織物的損耗角正切曲線近似重合,碳化硅含量對損耗角正切的影響可以忽略.2.3層工藝參數(shù)對涂層織物損耗角的影響為了探究表層石墨質(zhì)量分數(shù)對介電常數(shù)的影響,以為基布,制備了一系列不同表層石墨質(zhì)量分數(shù)的鐵氧體/碳化硅/石墨三層復合涂層針織物,其涂層工藝參數(shù)如表3所示.表層石墨質(zhì)量分數(shù)對介電常數(shù)實部、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)量分數(shù)為24%的涂層織物的實部、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)量分數(shù)的涂層織物的實部曲線、虛部曲線、損耗角正切曲線都近似重合,并且表層石墨質(zhì)量分數(shù)對介電常數(shù)的實部和虛部以及損耗角正切的影響可以忽略.2.4三聚層復合收獲層針織物機械性能的研究2.4.1移-載荷曲線參照GB1447—2005纖維增強塑料拉伸性能試驗方法,在Instron萬能材料試驗機上進行材料的拉伸性能測試,得到復合材料的位移-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較為挺括.隨著形變的增大,拉伸應(yīng)力呈波動式的增大,這可能是因為涂層以及織物斷裂的不同時性造成的.當拉伸位移為12.8mm時,涂層織物達到最大載荷954.0N,同時涂層織物達到最大應(yīng)力972.9gf/tex.當涂層織物到達最大位移14.7mm時,涂層織物發(fā)生完全斷裂,斷裂伸長率為14.7%.2.4.2剪切位移-載荷關(guān)系參照標準JCT773—2010短梁法測定層間剪切強度,在Instron萬能材料試驗機上進行測試,測試方法為短梁法,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,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,當位移增大到1.8mm時,剪切強力達到最大,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彎曲性能測試方法,在Instron萬能材料試驗機上測試,測試方法為三點彎曲法,每組測試20個樣品然后取平均值,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)變在1%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;當彎曲應(yīng)變增加到11.2%時,彎曲應(yīng)力達到最大24.0MPa,此時最大彎曲位移為8.4mm,最大彎曲強力為31.9N.3涂層復合材料結(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,在基布上進行石墨/碳化硅/鐵氧體三層涂層整理,成功制備了1.5mm涂層