聚苯胺復(fù)合材料的制備及其吸波性能的研究.pdf

1、電磁波吸收材料在電磁屏蔽、隱身技術(shù)方面具有重要應(yīng)用。具有吸收強(qiáng)、頻帶寬、質(zhì)量輕等優(yōu)良綜合性能的吸收材料是當(dāng)前研發(fā)的重點(diǎn)。聚苯胺(PANI)以制備簡(jiǎn)便、密度小、電導(dǎo)率可控、形貌多樣等優(yōu)點(diǎn)，成為吸波劑研究的熱點(diǎn)。因此，如何提高聚苯胺及其復(fù)合材料的電磁吸收性能成為聚苯胺研究的主要方向之一。
　　 本文分別將PANI和層狀蒙脫土(MMT)，多孔碳纖維(PCFs)進(jìn)行復(fù)合制備PANI與MMT和PANI與PCFs的復(fù)合吸波劑，并將其加入到石

2、蠟或環(huán)氧樹脂中制備吸波復(fù)合材料，研究復(fù)合吸波劑的吸波性能。主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　 在苯胺單體的水體系中，加入層狀蒙脫土(MMT)，以過(guò)硫酸銨(APS)為氧化劑，分別采用鹽酸(HCl)和十二烷基苯磺酸(DBSA)為摻雜劑制備了PANI/MMT復(fù)合體系，其中MMT的含量為10％-70％。通過(guò)紅外光譜分析(FTIR)，X射線衍射(XRD)，熱失重分析(TGA)，掃描電鏡(SEM)，電導(dǎo)率測(cè)試等分析手段表征了復(fù)合體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)

3、及其性能。結(jié)果表明:PANI在MMT片層間發(fā)生插層聚合，MMT層間距變大;PANI/MMT的熱穩(wěn)定性高于PANI，并且在MMT達(dá)到某一含量值時(shí)，PANI/MMT的電導(dǎo)率甚至高于純的PANI。HCl摻雜的PANI/MMT復(fù)合體系呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)，不同于純的PANI-HCl的顆粒狀，經(jīng)HF刻蝕掉MMT后，PANI仍然保持片層形貌。而DBSA摻雜的PANI/MMT復(fù)合材料呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)HF刻蝕后發(fā)現(xiàn)PANI-DBSA呈針狀結(jié)構(gòu)。
　　

4、 將制得的PANI/MMT作為吸波劑，均勻分散在石蠟中制備成吸波復(fù)合材料小樣，用以測(cè)試其電磁參數(shù)及吸波性能。結(jié)果表明:當(dāng)以MMT為10％和30％時(shí)的PANI/MMT為吸波劑，其添加量在20％時(shí)，復(fù)合材料的吸波性能得到明顯提高。片層狀的PANI-HCl/MMT10％的吸波性能明顯優(yōu)于顆粒狀PANI-HCl的吸波性能，特別是拓寬了吸波頻率。在一定的厚度(d=3mm)下，其最低反射率由-24dB提高到了-27dB，-10dB下的反射波段范圍由

5、7.2GHz至10.8GHz提高到了7.6GHz至12.8GHz。而包含針狀形態(tài)PANI的PANI-DBSA/MMT10％吸波樣品的吸波性能明顯優(yōu)于PANI-DBSA吸波樣品，在一定的厚度(d=8mm)下，其最低反射率由-2.4dB提高到了-28dB，-10dB下的波段范圍也提高到了10.5GHz到13GHz。選擇PANI-HCl/MMT10％和PANI-HCl/MMT30％為吸波劑，與玻璃纖維和環(huán)氧樹脂復(fù)合制備復(fù)合材料板材(180mm

6、×180mm)。由網(wǎng)絡(luò)矢量?jī)x實(shí)測(cè)的PANI-HCl/MMT/玻纖/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的吸波性能與計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果相吻合，板材厚度為3mm，吸波劑含量為20％時(shí)，PANI-HCl/MMT10％和PANI-HCl/MMT30％的最低反射率分別達(dá)到了-21dB和-19dB，低于-10dB的頻寬分別為5.5GHz(6.6GHz-11.8GHz)，4.5GHz(7.8GHz-12.3GHz)。表明以PANI-HCl/MMT為吸波劑的復(fù)合材料吸波性能

7、優(yōu)良。
　　 分別在水介質(zhì)下和水/乙醇介質(zhì)下，將PANI分別和實(shí)驗(yàn)室自制的PAN5基和PAN8基多孔碳纖維進(jìn)行復(fù)合，制備PANI/多孔碳纖維(PCFs)復(fù)合體系，在水/乙醇介質(zhì)下合成的復(fù)合體系中PANI顆粒較小，分布均勻，與PCFs的復(fù)合較好。
　　 將制備好的PANI/PCFs作為吸波劑以不同含量添加到石蠟中進(jìn)行電磁參數(shù)的測(cè)試，并用計(jì)算機(jī)模擬其吸波性能。結(jié)果表明:PCFs8的吸波性能明顯優(yōu)于PCFs5，這可能與PCFs

8、8在手工研磨后較好的保持了多孔碳纖維特有的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。而以PANI/PCFs為吸波劑的復(fù)合材料吸波性能明顯高于PCFs的吸波性能。當(dāng)吸波劑含量達(dá)到12％時(shí)，水介質(zhì)下合成的PANI/PCFs5吸波樣品的最低反射率降低至-15.7dB，反射率低于-10dB的波段范圍為13.1GHz到15.9GHz，而水/乙醇介質(zhì)中合成的PANI/PCFs5的最低反射率可達(dá)到-25.6dB，反射率低于-10dB的波段范圍為10.6GHz到14GHz。相對(duì)于