氧化剂种类和浓度对聚苯胺/锦纶复合材料吸波性能的影响

2018-04-04刘元军武翔钱学浩

纺织科学与工程学报 2018年1期

刘元军,武翔,钱学浩

(天津工业大学纺织学部,天津300387)

0　前言

聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等[1-7]都是目前最常见的导电聚合物材料。在所有导电聚合物当中，聚苯胺制备条件简单、化学稳定性相对较好、绿色无污染、电导率理想，在电子器件、电化学的潜在应用得到了广泛和深入的研究，尤其是在吸波领域，纳米结构的导电聚合物已经引起大量的关注，不同形貌的聚苯胺已经通过不同的实验方法来制备[8-9]。本文采用原位聚合法以锦纶织物为基布，以苯胺为单体，制备具有良好吸波性能的柔性聚苯胺/锦纶复合材料。首先探讨了氧化剂种类、氧化剂浓度对复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切的影响。其次对复合材料进行了红外光谱、扫描电镜等测试，最后研究了其强力、吸湿速率、牢度等服用性能。

1　实验部分

1.1　聚苯胺/锦纶复合吸波材料的制备方法

(1)将锦纶织物浸润在苯胺单体的酸溶液中。

(2)加入氧化剂的酸溶液,使其搅拌均匀保持稳定频率滴加到吸附液中,在一定温度下使苯胺发生聚合反应,反应时间为1.5h,在织物上生成聚苯胺。

(3)乙醇溶液洗。

(4)水洗。

(5)晾干。

1.2　主要的测试指标与方法

1.2.1介电常数测试

介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积，作为表征材料吸波性能的重要指标。介电常数的测试根据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[10-14]。

1.2.2表面电阻测试

表面电阻使用Agilent Technologies公司的U3402A万用电表进行测试。

1.2.3强力测试

拉伸性能的测试参照GB1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法测试。

1.2.4吸湿速率测试

测定水分在不同时间内上升高度，单位:cm。

1.2.5牢度测试

将待测样品分别水洗1次，2次，3次，4次，5次后在德国Novocontorl Gmbh公司的BDS50介电谱仪上测试介电常数。

2　结果与讨论

2.1　氧化剂种类对聚苯胺/锦纶复合材料吸波性能的影响

为探究氧化剂种类对聚苯胺/锦纶复合材料吸波性能的影响，按表1的工艺处方制备样品。

表1　工艺参数表

图1氧化剂种类对介电常数实部的影响

由图1可以看出，三氯化铁对应的介电常数实部影响最大；过硫酸铵对应的介电常数实部影响较小。氯化铜和双氧水对应的实部基本是零。原因可能是过硫酸铵不含有金属离子,氧化能力强。氯化铜和双氧水的氧化性太弱,聚苯胺聚合太缓慢。由图2可以看出随着频率的增大,介电常数的虚部逐渐变小；三氯化铁对应的介电常数虚部影响最大；氯化铜和双氧水对应的实部基本是零。原因可能是三氯化铁既可以做氧化剂又可以做掺杂剂，氧化速率比过硫酸铵慢，使聚苯胺在织物上聚合更充分。由图3可知过硫酸铵和三氯化铁对于材料的吸波衰减能力较强，其他两种氧化剂的介电损耗角正切几乎为零。

图2　氧化剂种类对介电常数虚部的影响

图3　氧化剂种类对介电损耗角正切的影响

氧化剂种类过硫酸铵三氯化铁氯化铜过氧化氢电阻(KΩ/cm)2675超出量程超出量程

由表2可知过硫酸铵和三氯化铁作为氧化剂制备的复合材料的导电性能最好。其他两种氧化剂对应的复合材料的表面电阻均较大，超出测试量程。

2.2　氧化剂用量对聚苯胺/锦纶复合材料吸波性能的影响

为探究氧化剂用量对聚苯胺/锦纶复合材料吸波性能的影响，按表3的工艺处方制备样品。

表3　工艺参数表

图4氧化剂用量对介电常数实部的影响

图5　氧化剂用量对介电常数虚部的影响

图6　氧化剂用量对介电损耗角正切的影响

由图4可知随着频率的增大,介电常数的实部逐渐变小；氧化剂用量对材料的极化能力影响较大。氧化剂用量达到一定浓度，介电常数的实部出现峰值，继续增加用量，介电常数实部减小。由图5可知随着频率的增大,介电常数的虚部逐渐变小；氧化剂用量对复合材料的电磁波损耗能力影响较大，氧化剂用量达到一定浓度，介电常数的虚部出现峰值，继续增加用量，介电常数虚部减小。由图6可知随着频率的增大，介电损耗角正切逐渐减小，材料的吸波衰减能力从强到弱依次是过硫酸铵和苯胺的摩尔比1:1、1:1.5、1:2、2:1.5、2:1。