赵家琪，刘元军，赵晓明

(天津工业大学纺织学部，天津 300387)

温度对聚吡咯涂层棉复合材料介电性能和电阻的影响

赵家琪，刘元军，赵晓明

(天津工业大学纺织学部，天津 300387)

探讨了温度对聚吡咯涂层棉复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切、表面电阻的影响。结果表明：温度对聚吡咯涂层棉复合材料介电性能和电阻的影响较大，70℃实验组的聚吡咯涂层棉复合材料的介电常数实部、虚部、损耗角正切较小，导电性较差；与棉织物相比较，聚吡咯涂层棉复合材料吸湿速率下降。

棉 吡咯 温度 聚吡咯 介电性能 电阻

电磁波一方面危害人类身体健康，另一方面干扰电子设备运行[1-7]。当日常生活中使用家用电器产生的电磁场以不停转换的形式向外传播的电磁波遇到各类导体时，会产生微小的感应电势[8-10]，感应电势就有可能被放大并以杂波的方式出现，进而对设备中的正常信号形成干扰[11-15]。因此，治理电磁波污染，制备吸波和屏蔽材料已成为当今科学研究领域的一个重大问题[16-19]。导电高聚物是一种重要的吸波剂，其中聚吡咯由于其密度小、合成方便、电导率可控、形貌多样等优点作为吸波剂应用甚广[20-21]。聚吡咯属于结构型导电高分子材料，它是经过掺杂之后具有导电功能的。本实验采用原位聚合法，以三氯化铁为氧化剂，以对甲苯磺酸为掺杂剂，制备具有良好介电性能的柔性聚吡咯涂层棉复合材料，重点探讨温度对聚吡咯涂层棉复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切、表面电阻的影响。

1 实验

1.1 主要材料和试剂

纯棉机织物、吡咯、三氯化铁、对甲苯磺酸、无水乙醇等。

1.2 制备工艺过程

第一步：将纯棉机织物置入吡咯单体溶液中处理30min。

第二步：将氧化剂、掺杂剂缓慢滴加到吸附液中，在一定温度下反应1.5h。

第三步：水洗，晾干。

1.3 测试指标和方法

1.3.1 介电常数和损耗角正切测试

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》标准测试。

1.3.2 表面电阻测试

使用U3402A万用电表进行测试。将待测样品平铺在绝缘垫板上，读取1.0cm间距的表面电阻值，单位为欧姆，测试5次取平均值。

2 结果与讨论

2.1 温度对聚吡咯复合材料介电性能的影响

为探究反应温度对聚吡咯/棉复合材料吸波性能的影响，本组实验改变四组温度数值，按表1的工艺处方制备不同样品进行各项指标测试。

表1 工艺参数表

图1 反应温度对介电常数实部的影响

图2 反应温度对介电常数虚部的影响

图3 反应温度对损耗角正切的影响

图1至图3是反应温度对聚吡咯/棉复合材料介电常数实部、虚部和损耗角正切的影响。

由图1可知，在高频波段温度对复合材料极化能力的影响有一定差别，整体趋势随着频率升高而下降。其中反应温度为70℃时，在0～106Hz频率范围内对材料极化能力相对其他几组最差。

由图 2可知，四个反应温度下，复合材料的损耗能力随频率增高而降低。其中70℃实验组的损耗能力明显不如其他三组。这是因为反应在较低温度下进行，更利于聚吡咯聚合形成规整结构的长链，均匀地在材料基布表面成膜，从而改善复合材料的损耗能力。

由图3可知，反应温度70℃实验组的损耗角正切值明显不如其他三组好。其他反应温度对复合材料的微波耦合能力在不同频率下影响较为不稳定，在不同频率下出现互相交错的情况。

可以看出，聚合温度对聚合过程及聚吡咯的导电率有显著影响。随着聚合温度的升高，聚吡咯的电导率逐渐减小。图4是载流子在导电聚合物中的迁移示意图。

图4 载流子在导电聚合物中的迁移

2.2 温度对聚吡咯复合材料介电性能的影响

图5 反应温度对电阻的影响

由图5可知，反应温度对织物表面电阻的影响较为明显，70℃实验组表面电阻值最大，导电性能最差；温度较低时，表面电阻值较小，导电性能较好。这可能是由于吡咯的过氧化导致聚吡咯共轭结构被破坏，导电性能下降，或者聚吡咯在材料基布上成膜不均，部分脱落，导致其电阻升高。

2.3 吸湿速率测试

图6 整理前后棉织物吸湿速率对比

图6为整理前后棉织物的吸湿速率对比曲线，由图可知经聚吡咯整理过后的棉织物吸湿速率有所上升。原因在于聚吡咯在织物上的聚集形态是有很多空隙的“菜花”状，并且大小为纳米级，因此有利于吸水，宏观表现为织物的吸湿速率上升。

3 结论

(1)在高频波段温度对材料极化能力的影响有一定差别，整体趋势随着频率升高而下降。其中反应温度为70℃时，对材料极化能力相对其他几组最差。

(2)材料的损耗能力随频率增高而降低。其中70℃实验组的损耗能力明显不如其他三组。

(3)反应温度70℃实验组的损耗角正切值明显不如其他三组好。其他反应温度对材料的微波耦合能力在不同频率下影响较为不稳定，在不同频率下出现互相交错的情况。

(4)反应温度对织物表面电阻的影响较为明显，70℃实验组表面电阻值最大，导电性能最差；温度较低时，表面电阻值较小，导电性能较好。

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2017-05-09

国家自然科学基金项目(51206122)、天津应用基础与前沿技术研究计划项目(13JCQNJC03000)、天津工业大学大学生创新创业训练计划项目(201610058-Y7)。

赵晓明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生导师，研究方向：防护材料的制备及其性能研究。

TS101.4

A

1008-5580(2017)04-0005-03