石墨碳化硅铁氧体涂层复合材料的介电性能

石墨碳化硅铁氧体涂层复合材料的介电性能

随着电子技术的快速发展，人们随时都会受到电磁干燥的污染。我什么也没见了。尤其是长期在铁路、电信、能源等部门工作的人员容易受到辐射的影响，甚至累积效应，导致癌症和其他疾病。此外，辐射的另一个严重风险是电磁干燥，这会导致精密电子设备的失败，这将造成财务损失，并造成人类死亡。鉴于对涂敷型吸波材料的综合要求,即“宽、薄、轻、强”,在兼顾涂敷型吸波复合材料的涂层厚度要薄、质量轻以及吸收强的同时,还要保证材料的较宽吸波频带,而单一涂层单一吸波剂很难实现这一要求,难以提高复合材料的电磁波吸收率本文首次以涤纶针织物为基布,以环氧树脂为基体,以铁氧体、碳化硅和石墨分别作为底层、中层和表层吸波剂,制备柔性纺织涂层复合材料.重点研究该复合材料的介电性能,初步探讨其力学性能,期望开发出一种新型的具备良好介电性能和力学性能的多功能复合材料.1实验1.1试剂与仪器纯涤纶针织物(组织结构为2+2罗纹,纱线细度为59tex,度目值为75的纬编针织物),海安县利来雅纺织有限公司提供;铁氧体粉末,天津市天磁磁材有限公司提供;碳化硅粉末,安阳市凯瑞冶金炉料有限公司提供;石墨粉,天津市登科化学试剂有限公司提供;无水乙醇,天津市风船化学试剂科技有限公司提供;E44型环氧树脂,中国石化集团资产经营管理有限公司提供;650聚酰胺树脂,杭州五会港胶粘剂有限公司提供.1.2涂层机及仪器BDS50型介电谱仪(德国NovocontorlGmbh公司);LTE-S87609型涂层机(瑞士WernerMathis公司);JJ-1型电动搅拌器(金坛市中大仪器厂);CP224C型电子分析天平(上海奥豪斯仪器有限公司);3369万能材料实验机(美国INSTRON公司)等.1.3混合均匀度取适量胶黏剂环氧树脂,称取一定量的稀释剂无水乙醇与环氧树脂混合,用电动搅拌器搅拌30min使之混合均匀;再将规定质量的吸波剂加入混合物中,用电动搅拌器搅拌15min并使之混合均匀;最后,将一定量的固化剂聚酰胺树脂加入混合物中,用电动搅拌器搅拌一定时间并保证混合均匀.至此,涂层剂制备完毕.将针织物基布固定在涂层机上,取适量的涂层剂倾倒在织物表面并进行涂层整理;涂层完毕后将涂层织物置于烘箱内,保持温度60℃烘燥3h.至此,涂层织物的底层涂层(0.5mm)制备完毕,选用不同的吸波剂制得不同的涂层剂,重复底层涂层操作,可制得涂层织物中层(0.5mm)和表层涂层(0.5mm).三层涂层整理后,复合材料制备完毕.本文选用的石墨/碳化硅/铁氧体三层复合涂层的示意图如1所示.1.4测试指标和方法1.4.1测试原理及方法吸波性能的测试主要是通过测试介电常数,然后间接地评价吸波性能.介电常数的测试根据SJ20512—1995《微波大损耗固体材料复介电常数和复磁导率测试方法》标准,在BDS50介电谱仪上进行了介电常数测试,测试原理如图2所示.1.4.2延长性能测试拉伸性能的测试参照GB1447—2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法,在Instron万能材料试验机上进行材料的拉伸性能测试1.4.3弯曲性能测试弯曲性能的测试参照GB1449—2005弯曲性能测试方法1.4.4剪切性能测试剪切性能的测试参照标准JCT773—2010短梁法测定层间剪切强度,在Instron万能材料试验机上进行材料的剪切性能测试,测试方法为短梁法.短梁法测试加载方式如图2所示.所用剪切试样规格如图3所示.长度(L)为(20±1)mm,宽度(b)为(10±0.2)mm,厚度(h)为(2±0.2)mm,跨距为5h±0.3mm,加载速度为1mm/min.分别测试复合材料的纵向剪切强度和横向剪切强度,每组测试20个样品然后取平均值.2结果与讨论2.1涂层织物的实部为了探究底层吸波剂铁氧体质量分数对介电常数的影响,以针织物为基布,制备了一系列不同铁氧体质量分数的铁氧体/碳化硅/石墨三层复合涂层针织物,其涂层工艺参数如表1所示.涂层织物试样的介电常数的实部和虚部曲线以及损耗角正切曲线分别如图4、图5和图6所示.由图4可知:在低频段,铁氧体质量分数为48%和60%涂层织物的实部较大,但在较宽的频段内,实部最大的是铁氧体质量分数为60%的涂层织物;在高频段,6种不同铁氧体质量分数的涂层织物的实部曲线近似重合,铁氧体含量的不同对涂层织物介电常数的实部影响较小.由图5可知:在低频段,介电常数的虚部由大到小依次为底层铁氧体质量分数为60%、48%、36%、24%、0,而当底层铁氧体质量分数为12%时,虚部曲线有整体向低频方向移动的趋势;在高频段,6种不同铁氧体含量的涂层织物的虚部曲线重合,铁氧体含量的不同对涂层织物介电常数的虚部影响可以忽略.由图6可知:在低频段,损耗角正切由大到小依次是底层铁氧体质量分数为60%、48%、36%、24%、0,当底层铁氧体质量分数为12%时,损耗角正切曲线有向低频方向移动的趋势;在高频段,6种不同铁氧体质量分数涂层织物的损耗角正切曲线相互重合,底层铁氧体质量分数的不同对损耗角正切的影响可以忽略.综上所述,当涂层厚度一定时,随着底层铁氧体质量分数的增加,涂层织物的虚部和损耗角正切均在增大.2.2碳化硅含量对涂层织物损耗角正切的影响为了探究中层碳化硅质量分数对介电常数的影响,以针织物为基布,制备了一系列不同碳化硅质量分数的铁氧体/碳化硅/石墨三层复合涂层针织物,其涂层工艺参数如表2所示.碳化硅质量分数对介电常数实部、介电常数虚部、损耗角正切的影响曲线分别见图7、图8和图9.由图7可知:在低频段,介电常数的实部由大到小依次是碳化硅质量分数为36%、60%、48%、0、24%、12%;在高频段,6种不同碳化硅含量涂层织物的实部曲线近似重合,介电常数的实部几乎不受碳化硅含量的影响.由图8可知:在低频段,碳化硅质量分数为36%的涂层织物具有最大的介电常数虚部;在高频段,碳化硅质量分数为36%和48%的涂层织物的虚部相互重合,而碳化硅质量分数为60%、24%、0、12%的涂层织物的虚部相互重合,并且前者明显大于后者.由图9可知:在低频段,损耗角正切最大的是碳化硅质量分数为36%的涂层织物;在高频段,6种不同碳化硅质量分数涂层织物的损耗角正切曲线近似重合,碳化硅含量对损耗角正切的影响可以忽略.2.3层工艺参数对涂层织物损耗角的影响为了探究表层石墨质量分数对介电常数的影响,以为基布,制备了一系列不同表层石墨质量分数的铁氧体/碳化硅/石墨三层复合涂层针织物,其涂层工艺参数如表3所示.表层石墨质量分数对介电常数实部、介电常数虚部和损耗角正切的影响分别见图10、图11和图12.由图10~图12可以看出:在低频段,表层石墨质量分数为24%的涂层织物的实部、虚部和损耗角正切明显最大;在高频段,6种不同表层石墨质量分数的涂层织物的实部曲线、虚部曲线、损耗角正切曲线都近似重合,并且表层石墨质量分数对介电常数的实部和虚部以及损耗角正切的影响可以忽略.2.4三聚层复合收获层针织物机械性能的研究2.4.1移-载荷曲线参照GB1447—2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法,在Instron万能材料试验机上进行材料的拉伸性能测试,得到复合材料的位移-载荷曲线见图13.由图13可知:初始模量为585.7MPa,说明该涂层织物在小变形条件时较为挺括.随着形变的增大,拉伸应力呈波动式的增大,这可能是因为涂层以及织物断裂的不同时性造成的.当拉伸位移为12.8mm时,涂层织物达到最大载荷954.0N,同时涂层织物达到最大应力972.9gf/tex.当涂层织物到达最大位移14.7mm时,涂层织物发生完全断裂,断裂伸长率为14.7%.2.4.2剪切位移-载荷关系参照标准JCT773—2010短梁法测定层间剪切强度,在Instron万能材料试验机上进行测试,测试方法为短梁法,得到的涂层织物剪切位移-载荷曲线见图14.由图14可知:在剪切位移小于0.7mm范围内时,涂层织物的载荷不受剪切位移的影响,其值为0;在此之后,随着位移的增加,载荷也在增大,当位移增大到1.8mm时,剪切强力达到最大,其值为31.4N,可知最大剪切应力为12.5MPa,最大剪切应变为8.5%.2.4.3涂层织物弯曲应变-弯曲应力曲线参照GB1449—2005弯曲性能测试方法,在Instron万能材料试验机上测试,测试方法为三点弯曲法,每组测试20个样品然后取平均值,得到涂层织物的弯曲应变-弯曲应力曲线见图15.由图15可知:涂层织物的弯曲应变在1%之内,弯曲应力不受其影响,其值为0;随着弯曲应变的增加,弯曲应力随之增大;当弯曲应变增加到11.2%时,弯曲应力达到最大24.0MPa,此时最大弯曲位移为8.4mm,最大弯曲强力为31.9N.3涂层复合材料结构表征1)首次以涤纶针织物为基布,以环氧树脂为基体,在基布上进行石墨/碳化硅/铁氧体三层涂层整理,成功制备了1.5mm涂层