碳纤维吸波涂层电磁特性的实验研究.pdf

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1、14工程塑料应用2010年，第38卷，第4期环氧树脂／碳纤维吸波涂层电磁特性的实验研究王祖鹏于名讯潘士兵朱洪立丁文皓姜兴三(中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031)摘要对环氧树脂／碳纤维吸波涂层的电磁特性进行了研究，包括对体系电磁参数及反射率的测量，纤维长径比、体积含量对电磁参数及吸波性能的影响，以及电磁参数与吸波性能的关联。结果表明，在8—18GHz频段内，随碳纤维长度的增大其介电常数实部与虚部值均增大磁导率虚部值增大，吸收效果逐渐增强；随碳纤维体积含量的增加，其介电常数实部与虚部值均显著提高，吸收效果逐渐增强，吸收峰向低频方向移动。关键词碳纤维环氧树脂吸波涂层介电常数磁

2、导率反射率纤维吸波材料是一种新型的雷达吸波材料⋯，1．2主要设备、仪器基于形状的各向异性，它具有质轻、频率宽等特点，电子天平：JYT一1型，上海医用激光仪器厂；比传统吸波材料具有优异的吸波性能。它是一种在定时电动搅拌器：JJ一1型，江苏金坛市大中仪高分子粘结剂基体中加入纤维吸收剂制成的混合器厂；物，既可用于涂覆型吸波材料又可用于结构型吸波空气压缩机：V—Q17／10型，烟台市金星空压材料中的某一层。机有限公司；吸波材料的吸波性能主要取决于材料的复介电数控超声波清洗器：KQ一200KDE型，昆山市超常数、复磁导率、材料厚度及使用频率等因声仪器有限公司；素J，复介电常数可表示为s=8一

3、”，为介电喷枪：PQ一1A型，市售；常数实部，为介电常数虚部；复磁导率可表示为扫描电子显微镜(SEM)：QUANTA200型，荷兰=一驰”，为磁导率实部，”为磁导率虚部。而材FEI公司；料的宏观电磁参数又取决于各组分的电磁参数及其三相异步电动机：Y90S一2型，烟台瑞力电动机含量。从电磁参数和出发研究吸波材料的电磁有限公司。性能对准确预测材料的吸波性能、缩短设计周期具1．3试样制备有极其重要的意义。(1)碳纤维吸波涂层试样的制备在填充纤维吸收剂的吸波材料中，不同的纤维吸波涂层以EP为基体，纤维吸收剂为填料，二长径比(直径均一，可用长度替代长径比)、纤维含甲苯为稀释剂。将纤维经稀释过

4、的润湿分散剂浸量(短切纤维分散均匀时，可用含量来反映纤维之泡，再将其与EP基体按配比混合，经转速为800r／间的距离)和材料厚度条件下，纤维对吸波涂层电min的电动搅拌器分散约1h后，超声波分散30磁特性的影响效果不同。笔者以碳纤维为吸收剂，min，再搅拌约1h，使纤维吸收剂分散均匀，通过控环氧树脂(EP)为基体J，制备了一系列的吸波涂制稀释剂用量来调节溶液粘度。层，通过分析在特定频段的电磁参数及反射率，研究将尺寸为180mm×180：mm的铝板用砂纸进行吸波材料中填充碳纤维的长度、体积含量对材料的打磨，并用丙酮擦净，采用空气式喷枪，将配好的溶电磁性能及吸波效果产生的影响。液喷涂在

5、铝板上。喷涂第一遍时，约3—4个来回，1实验部分然后将其在室内放置约10～15．min，再将其放人烘1．1原材料箱中烘15—20min，温度控制在80oI=左右，待其表EP：E20，自制；干后，取出进行第二遍喷涂。EP固化剂：NX一2015，市售；(2)电磁参数测试试样的制备二甲苯：工业级，市售；由于电磁参数测试需要试样完全透波，在制备碳纤维：合格品，山东天泰碳纤维有限公司；试样时，需要将涂层与金属板分离，笔者将金属铝板润湿分散剂：923S，德谦(上海)化学有限公司；消泡剂：6800，德谦(上海)化学有限公司。收稿日期：2010．01-2716工程塑料应用2010年，第38卷，第4

6、期响。从图3可以看出，3个试样磁导率实部值均在l附近变化，且幅度不大，虚部值随长径比的增加有所提高。对于3#试样，其吸波涂层在8—18GHz时，随频率的升高，磁导率虚部值逐渐增大，磁导率的虚部标志着介质对能量磁损耗的大小，虚部越大意味着介质的损耗越大，即在一定范围内提高吸波涂层中碳纤维的长度，可以增大吸波涂层损耗电磁能量的能力。对于含碳纤维的吸波涂层，尽管组成材料的碳纤维和基体部分是非磁性材料，但在时变磁场作用下，当纤维间距达到一定值，并且外部的时变磁场足够强时，涂层材料仍然可能呈现很强的磁性。(2)对吸波涂层反射率的影响图4示出碳纤维的长度对吸波涂层反射率的影响。频率／GHz(b

7、)O．-1~：-__样；▲__3斌样笔一5a一：b一＼图5碳纤维的体积含量对吸波涂层介电常数的影响褂一10籀一l5—208】0l2l4l6J8频率／GHz·一1#试样；-一2#试样；A-3#~样图4短碳纤维的长度对吸波涂层反射率的影响从图4可以看出，相同含量和厚度条件下，碳纤维的长度对吸波涂层试样反射率的影响较为显著。O．2随碳纤维长度的增加，吸收效果逐渐增强，说明涂层材料中碳纤维长径比较大的涂层材料吸波性能较0．1好。对于3#试样，由电磁参数的分析可以发现，其i介电