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石墨烯/杜仲胶吸波材料的制备及其性能研究*

2021-11-13王振宇李东翰康海澜方庆红

功能材料 2021年10期
关键词:复合材料

王振宇,李东翰,2,康海澜,2,方庆红,2

(1. 沈阳化工大学 材料科学与工程学院,沈阳 110142;2. 辽宁省橡胶弹性体重点实验室,沈阳 110142)

0 引 言

随着科学技术的发展,电气、电子设备的广泛应用使得电磁环境日趋复杂,一方面,电磁辐射与电磁污染对人们身体健康、生活环境以及信息安全产生不同程度危害,另一方面,雷达的不断发展对国防装备实际应用能力也提出了更高的要求[1-7]。因此,吸波材料的研究对日常防护以及军事安全都有着深远的意义[8-9]。

橡胶由于弹性好、质量轻,同时兼具透波性好等特点,常作为吸波材料的基体[10]。Xu等[11]以羰基铁和石墨烯为吸波剂,填充到硅橡胶中,当材料的厚度为2.0 mm时,在L波段有最小的反射率为-15.02 dB。Kwon[12]等制备了炭黑/硅橡胶复合材料,研究结果表明,当炭黑含量为10%(质量分数)时,有反射率最小值为-22.2 dB,有效吸收(<-10 dB)带宽为3.9 GHz(9.6~13.5 GHz),当炭黑用量增加至20%或30%(质量分数)时,均未有良好的吸波性能。王志强[13]等采用机械共混法制备了碳纳米管/三元乙丙橡胶复合材料。当碳纳米管含量为30 phr时,复合材料有反射率的最小值为-9.5 dB。Faez[14]等以导电高分子聚苯胺为吸波剂,制备了聚苯胺质量分数为20~50%的聚苯胺/三元乙丙橡胶吸波材料,研究结果表明复合材料在频率8~12 GHz间,反射率低于-15 dB。Zhai等[15]以导电炭黑(CCB)和碳纤维(CF)为吸波剂,氢化丁腈橡胶(HNBR)为基体,通过机械共混制备了CCB/HNBR、CF/HNBR两种复合材料,研究结果表明,CCB/HNBR(15/100)复合材料在厚度为1.72 mm时,反射率最小为-13.1 dB;CF/HNBR(30/100)复合材料在厚度为4.0 mm时,反射率最小为-7.1 dB。虽然这些以导电系填料为吸波剂的橡胶复合材料已经取得了一些成就,但是吸波强度低,填充量大等问题依旧存在。

以结晶性高分子材料做为吸波材料的基体时,填料会在非晶相区富集,且当基体结晶度高时,非晶相中填料的密度增加,这有利于填料在基体中形成电磁网络[16],进而提高吸波性能。杜仲胶(EUG)是一种天然高分子材料,分子结构为反式-1,4-聚异戊二烯,分子链上的两个亚甲基位于双键的两侧,这一特性使得杜仲胶的分子链排列规整,室温下易于结晶[17]。以杜仲胶为吸波材料基体时,填料在杜仲胶基体中的非晶相区富集,易形成电磁网络,所以杜仲胶非常适合作为吸波材料的基体。石墨烯(GNPs)是一种比表面积大[18]、吸波效能高[19]、质量轻[20]的碳系填料。……

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