何顯運，張興華，童速玲，葉錦榮，張名萬(廣東工業(yè)大學材料與能源學院)

隨著雷達探測技術的發(fā)展，飛行器的隱身技術受到各國的高度重視，實現(xiàn)隱身技術的一種途徑是發(fā)展具有結構穩(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廣泛興趣.導電聚苯胺由于化學穩(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率而進行材料電匹配設計，作為電耗損型吸波劑.而乙炔黑具有較好的導電性，可以形成導電的鏈式組織系統(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合起來進行考察其吸波性能，還沒有看到有關報道.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合材料的微波吸收特性，以得到具有實用價值的吸波材料.

1實驗

1.1摻雜鹽酸聚苯胺的合成團

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90min，減壓過濾，產物用鹽酸重復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母膠料于雙輥開煉機中進行初煉、塑化，然后再加入乙炔炭黑或聚苯胺粉未進行混煉、塑化，使其混合均勻，需硫化膠料則在復合膠料中先后加入硫化劑和促進劑，再混煉均勻.

1.3成型

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

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

4性能測定

用自由空間法測試材料吸波性能;用體積電阻率測試方法測定材料電導率.

2結果

不同組成及配比的復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吸收劑含量對復合材料吸收性能的影響

3.1.1 NBR/CB(硫化)中CB含量對吸波性能的影響如圖1，在NBR/CB< 硫化)復合材料中，CB的含量為25份時，在l OGHz頻率以下，材料有較好的吸收特性，而67份時，材料在12-15 GHz之間有吸收峰值出現(xiàn)，含量100份時，則材料在頻率大于9GHz時都有較大的吸收衰減，達到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吸波機理被擬為電損耗型.在電磁場的作用下，介質內部產生極化，其極化的強度矢量落后于電場一個角度，從而導致電場同相的電流產生，即電磁場的振蕩在材料內部導電網(wǎng)絡中建立起渦流，使電能轉化為熱能而消耗掉.對炭黑填充材料，由于炭黑粒子的粒度很小，結構性高，還具有空隙性，不僅有利于使炭黑粒子在基體樹脂中分散均勻，建立起鏈式組織的導電網(wǎng)絡，使材料的電導率增大，而日_炭黑粒子在材料中還可形成多個散射點而散射電磁波.當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:當導電復合材料處于半導體狀態(tài)時(電導率為0.1-lOS/m，對微波有較好的吸收，在一定范圍內最大衰減隨電導率的增加而增大.所以在NBR/CB復合材料中隨著CB含量的增加，材料的電導率也隨之增大，從而表現(xiàn)出較好的吸收性能.

3.1.2 NBR/PAn材料中PAn含量對吸波性能的影響

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

3.2復合材料組成對吸波性能的影響

3.2.1 PAn,CB填充NBR吸波性能比較

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

3.2.2 PAn/CB并用與單一吸收劑吸收特性的比較

如圖5，結果表明:NBR/PAn/CB復合材料，以PAn/CB為33/33份填充時，較PAn或CB單一組分67份填充時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，不但分散于基質材料中，而日_還分散于作為導電相的PAn聚合物相中，這樣同時存在著炭黑的鏈式組織和聚苯胺的導電網(wǎng)絡，而使材料的導電性比單一組分導電相進一步提高.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，這還有待于進一步的研究.

3.3硫化對吸收性能的影響

由圖3的結果表明:同是100份的PAn在NBR/PAn復合材料中，經硫化后的吸收性能在8一18GHz頻率范圍內都比較好，而日_曲線是呈有規(guī)律的上移，這是因為非硫化NBR/PAn材料中NBR與PAn混合的分散均勻性不是很理想，存在PAn導電相與NBR基體相的界ICI作用或其它缺陷，降低了復合材料的電導率.雖然在高彈態(tài)下的非交聯(lián)NBR分子鏈有較大的運動能

力，導致具有較強極性基團一CN的取向運動，而使材料的ε'r及tanδε有所提高，但都很小，與呈高導電性的PAn相比小的多，因而貢獻不大，而在經硫化的NBR/PAn復合材料中，由于交聯(lián)是在較高溫度約170℃下進行的，使混合物熔體粘度降低，有利于提高PAn分子鏈的運動取向，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粒子的接觸機會，這必然提高材料的導電性，從而提高其吸收電磁波的吸收能力.這從已測得交聯(lián)NBR/CB較非交聯(lián)NBR/CB復合材料的電導率高一個數(shù)量級可得到證實.因此，交聯(lián)可提高材料對電磁波的吸收.同時，在使用性能上，硫化膠的力學強度、耐熱性能及抗蠕變性能等均高于非硫化的材料，是具有實際應用價值的.

4結論

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

2)NBR/CB比NBR/PAn復合材料的吸波效果好，特別是在含量達100份時更明顯;

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硫化復合材料CB含量達100份時，在9一18GHz頻率范圍內吸收衰減大于5dB.