何顯運(yùn)，張興華，童速玲，葉錦榮，張名萬(wàn)(廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院)

隨著雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，飛行器的隱身技術(shù)受到各國(guó)的高度重視，實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)的一種途徑是發(fā)展具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、吸收率高、頻帶寬、密度小的新型吸波材料.高分子材料密度小、成型加土容易，研制新型高分子微波吸收材料已引起人們的少?gòu)V泛興趣.導(dǎo)電聚苯胺由于化學(xué)穩(wěn)定性好、密度小，且可根據(jù)要求選擇不同的摻雜劑或摻雜方式取得不同電導(dǎo)率而進(jìn)行材料電匹配設(shè)計(jì)，作為電耗損型吸波劑.而乙炔黑具有較好的導(dǎo)電性，可以形成導(dǎo)電的鏈?zhǔn)浇M織系統(tǒng)，也可以作為電耗損型吸波劑.把聚苯胺和乙炔碳黑兩者復(fù)合起來(lái)進(jìn)行考察其吸波性能，還沒(méi)有看到有關(guān)報(bào)道.筆者研究了用丁肪橡膠作為基本材料，填充摻雜鹽酸聚苯胺和乙炔炭黑復(fù)合材料的微波吸收特性，以得到具有實(shí)用價(jià)值的吸波材料.

1實(shí)驗(yàn)

1.1摻雜鹽酸聚苯胺的合成團(tuán)

把鹽酸苯胺及重鉻酸鉀分別溶于1 mol/L的鹽酸中，配成濃度為0 . 135mo1/L和0 . 54mo1/L的溶液，然后把重鉻酸鉀溶液加到鹽酸苯胺溶液中，在快速攪拌下反應(yīng)90min，減壓過(guò)濾，產(chǎn)物用鹽酸重復(fù)洗滌至濾液透明亮色為止，再干燥，磨成粉未(40目).

1.2膠料混煉

在70℃以下，把NBR母膠料于雙輥開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行初煉、塑化，然后再加入乙炔炭黑或聚苯胺粉未進(jìn)行混煉、塑化，使其混合均勻，需硫化膠料則在復(fù)合膠料中先后加入硫化劑和促進(jìn)劑，再混煉均勻.

1.3成型

對(duì)NBR/CB及NBR/PAn非硫化膠料在混煉機(jī)中直接抽片成型，對(duì)NBR/CB硫化膠料，在QLB一D400 x 400平板硫化機(jī)硫化成型.

以上樣品的尺寸長(zhǎng)x寬x厚= 180mm x 180mm x ( 1. 5-4mm ) .

4性能測(cè)定

用自由空間法測(cè)試材料吸波性能;用體積電阻率測(cè)試方法測(cè)定材料電導(dǎo)率.

2結(jié)果

不同組成及配比的復(fù)合材料吸收特性曲線如圖1-5:

R為微波反射率(dB):R=101g(λ反射/λ入射)

3討論

3.1吸收劑含量對(duì)復(fù)合材料吸收性能的影響

3.1.1 NBR/CB(硫化)中CB含量對(duì)吸波性能的影響如圖1，在NBR/CB< 硫化)復(fù)合材料中，CB的含量為25份時(shí)，在l OGHz頻率以下，材料有較好的吸收特性，而67份時(shí)，材料在12-15 GHz之間有吸收峰值出現(xiàn)，含量100份時(shí)，則材料在頻率大于9GHz時(shí)都有較大的吸收衰減，達(dá)到SdB.從圖還可得，隨著CB含量的增加，吸收峰值都有向高頻方向移的傾向.這是由于CB吸波機(jī)理被擬為電損耗型.在電磁場(chǎng)的作用下，介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生極化，其極化的強(qiáng)度矢量落后于電場(chǎng)一個(gè)角度，從而導(dǎo)致電場(chǎng)同相的電流產(chǎn)生，即電磁場(chǎng)的振蕩在材料內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中建立起渦流，使電能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉.對(duì)炭黑填充材料，由于炭黑粒子的粒度很小，結(jié)構(gòu)性高，還具有空隙性，不僅有利于使炭黑粒子在基體樹(shù)脂中分散均勻，建立起鏈?zhǔn)浇M織的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使材料的電導(dǎo)率增大，而日_炭黑粒子在材料中還可形成多個(gè)散射點(diǎn)而散射電磁波.當(dāng)炭黑粒子在材料中分散越均勻，越有利于電磁波的散射、吸收、衰減.研究表明:當(dāng)導(dǎo)電復(fù)合材料處于半導(dǎo)體狀態(tài)時(shí)(電導(dǎo)率為0.1-lOS/m，對(duì)微波有較好的吸收，在一定范圍內(nèi)最大衰減隨電導(dǎo)率的增加而增大.所以在NBR/CB復(fù)合材料中隨著CB含量的增加，材料的電導(dǎo)率也隨之增大，從而表現(xiàn)出較好的吸收性能.

3.1.2 NBR/PAn材料中PAn含量對(duì)吸波性能的影響

由圖2可觀察到:在NBR/PAn復(fù)合材料中，PAn含量在43.67份時(shí)材料有較突出的吸收峰，日一當(dāng)含量67份時(shí)有最好的吸收峰，在f ≤8GH，下衰減大于8dB，而當(dāng)PAn含量100份以上時(shí)，體現(xiàn)不出明顯的吸收特性.因此，PAn的最佳吸收值含量應(yīng)該在40一100份之間.當(dāng)含量超過(guò)100份時(shí)，吸波性能反而下降，這與 PAn的成型加土性差有關(guān)，在加土過(guò)程中，當(dāng)隨著PAn量的不斷增大，有較嚴(yán)重的粘輥現(xiàn)象，在含量達(dá)到100份時(shí)，混合膠料的粘接強(qiáng)度已低，NBR對(duì)PAn的包覆性不好，出現(xiàn)界ICI作用;另一方ICI，由于實(shí)驗(yàn)用的PAn粉末的粒度為40目，粒徑過(guò)大，不利于分散，這些都使材料的導(dǎo)電性降低，從而使其吸波性能變差.

3.2復(fù)合材料組成對(duì)吸波性能的影響

3.2.1 PAn,CB填充NBR吸波性能比較

圖3的結(jié)果表明:在填充量都是100份的復(fù)合材料中，炭黑填充復(fù)合膠料在8一18GHz之間的吸收衰減均大于PAn填充復(fù)合材料的，同樣在圖4顯T的相同配比非硫化復(fù)合材料中也有相同的結(jié)果，而日_炭黑填充復(fù)合材料在高頻時(shí)還出現(xiàn)一較強(qiáng)的吸收衰減，大于12dB，這說(shuō)明炭黑填充復(fù)合材料(特別是填充量較大，達(dá)70份以上時(shí))具有比NBR/PAn復(fù)合材料更好的微波吸收性能.其原因可能是具有高結(jié)構(gòu)性及表ICI活性的乙炔炭黑粒子在NBR中更易形成均勻的分散體系，形成鏈?zhǔn)浇M織的局部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，炭黑粒子還能形成電磁波的多個(gè)散射點(diǎn)散電磁波;而NBR/PAn的體系PAn填充量較大時(shí)，由于包覆不好，出現(xiàn)界ICI作用而使PAn不能形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，減弱了對(duì)電磁波的吸收.

3.2.2 PAn/CB并用與單一吸收劑吸收特性的比較

如圖5，結(jié)果表明:NBR/PAn/CB復(fù)合材料，以PAn/CB為33/33份填充時(shí)，較PAn或CB單一組分67份填充時(shí)有更好的吸收衰減值(在f≥9GH，范圍).這種有趣的現(xiàn)象可能是炭黑粒子，不但分散于基質(zhì)材料中，而日_還分散于作為導(dǎo)電相的PAn聚合物相中，這樣同時(shí)存在著炭黑的鏈?zhǔn)浇M織和聚苯胺的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，而使材料的導(dǎo)電性比單一組分導(dǎo)電相進(jìn)一步提高.因此，以PAn/CB并用填充NBR可以起到提高吸收的增效作用，若改變混合體系的總量配比及PAn/CB的配比，將有望得到一最佳的吸收配比峰，這還有待于進(jìn)一步的研究.

3.3硫化對(duì)吸收性能的影響

由圖3的結(jié)果表明:同是100份的PAn在NBR/PAn復(fù)合材料中，經(jīng)硫化后的吸收性能在8一18GHz頻率范圍內(nèi)都比較好，而日_曲線是呈有規(guī)律的上移，這是因?yàn)榉橇蚧疦BR/PAn材料中NBR與PAn混合的分散均勻性不是很理想，存在PAn導(dǎo)電相與NBR基體相的界ICI作用或其它缺陷，降低了復(fù)合材料的電導(dǎo)率.雖然在高彈態(tài)下的非交聯(lián)NBR分子鏈有較大的運(yùn)動(dòng)能

力，導(dǎo)致具有較強(qiáng)極性基團(tuán)一CN的取向運(yùn)動(dòng)，而使材料的ε'r及tanδε有所提高，但都很小，與呈高導(dǎo)電性的PAn相比小的多，因而貢獻(xiàn)不大，而在經(jīng)硫化的NBR/PAn復(fù)合材料中，由于交聯(lián)是在較高溫度約170℃下進(jìn)行的，使混合物熔體粘度降低，有利于提高PAn分子鏈的運(yùn)動(dòng)取向，使PAn分布更均勻;更主要的是交聯(lián)作用可使材料密度增大，增加了PAn粒子的接觸機(jī)會(huì)，這必然提高材料的導(dǎo)電性，從而提高其吸收電磁波的吸收能力.這從已測(cè)得交聯(lián)NBR/CB較非交聯(lián)NBR/CB復(fù)合材料的電導(dǎo)率高一個(gè)數(shù)量級(jí)可得到證實(shí).因此，交聯(lián)可提高材料對(duì)電磁波的吸收.同時(shí)，在使用性能上，硫化膠的力學(xué)強(qiáng)度、耐熱性能及抗蠕變性能等均高于非硫化的材料，是具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的.

4結(jié)論

1)NBR/CB或NBR/PAn復(fù)合材料的吸波衰減，在一定范圍隨CB或PAn含量的增加而增大;

2)NBR/CB比NBR/PAn復(fù)合材料的吸波效果好，特別是在含量達(dá)100份時(shí)更明顯;

3)PAn/CB比用單一吸收劑吸收性能有所改善;

4)硫化改善材料吸波性能.BNR/CB硫化復(fù)合材料CB含量達(dá)100份時(shí)，在9一18GHz頻率范圍內(nèi)吸收衰減大于5dB.