活性碳纤维玻璃钢结构吸波材料的弯曲性能与电导率的研究

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1、http://www.paper.edu.cn活性碳纤维/玻璃钢结构吸波材料的弯曲性能1与电导率的研究杨康，师春生，赵乃勤，李家俊天津大学材料科学与工程学院，天津(300072)E-mail：scyangkang@yahoo.com.cn摘要：本文对以活性碳纤维为吸收剂,玻璃纤维增强环氧树脂为基体的结构吸波材料的弯曲性能与电导率进行了研究。在未加入玻璃纤维布时，材料的弯曲强度只有32.38MPa，而在加入玻璃纤维布后，材料的弯曲性能达到了357.8MPa；随着偶联剂含量的增加，材料的弯曲强度先增后减，在含量为10%时，材料的弯曲性能达到最佳。通过研究吸波材料的电导率发

2、现，材料的吸波性能与电导率之间有内在的联系，这为预测此类复合材料的吸波性能提供了一种有效手段。关键词：结构吸波材料，弯曲强度，电导率，活性碳纤维中图分类号：TB3321.引言吸波材料是指能够吸收、衰减入射的电磁波，并将电磁能转换为其它形式的能量（如机械能、电能和热能）而消耗掉的一类功能材料。吸波材料首先在军事领域得到应用，被称为隐身材料。在现代战争中，信息的获取与反获取已成为战争的焦点，先敌发现、先敌进攻是克敌制胜的保障，武器装备隐身化能够打破现有的攻防格局，提高战略武器系统的突防能力，战术武器的生存能力和作战效能。在海湾战争中，隐身飞机出动的架次仅占飞机出动总架次的

3、2%，但它摧毁的目标占被摧毁目标总数的40%。由此可见，隐身材料的使用可以显著提[1]高军事效益，因此武器装备的隐身化已被当今各国视为重点开发的军事项目之一。吸波材料按其成型工艺和承载能力，可以分为涂覆型和结构型两大类。与先期发展的雷达吸波涂层相比，结构隐身复合材料不增加额外重量，结构具有可设计性，能给电气及飞机结构设计师们提供充分的设计空间，实现兼顾隐身和承载双重功能的吸波复合结构(RAS)，以及利于拓宽吸收频带的新型吸波机理(如电路模拟和手征媒质等)的实施；同时它能减轻装备结构的重量，使设备成本大为降低。因而日益受到人们的重视，已经成为隐身材料和复合[2]材料研究

4、领域中一个十分重要的研究方向。目前，有关结构吸波材料承载潜力及破坏极限，特别是涉及结构吸波材料力学性能的研[3]究鲜有报道，大多数吸波材料的研究重点都侧重于材料吸波性能的研究（如电路模拟，电[4-6]阻渐变等）。本文探讨了以活性碳纤维为吸波剂，玻璃纤维布增强环氧树脂为基体的结构吸波材料的弯曲性能和其吸波性能与复合材料电导率的关系。2.实验2.1实验材料实验中采用的活性碳纤维吸波剂是从经过活化处理的粘胶基碳纤维毡(天津大学材料学院自制)上取得的,其性能指标如表1所示。复合材料基体为环氧树脂，型号E-44(无锡树脂厂生产)。固化剂为低分子聚酰胺，型号203#(天津延安化工

5、厂生产)。增强体是由天津市天世达玻璃纤维销售有限公司提供的低介电无碱玻璃纤维布，其性能指标如表2所示。偶联剂1本课题得到教育部高等学校博士学科点专项科研基金（编号：20050056041）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn采用硅烷偶联剂KH-560，由天津合成材料研究所提供。表1活性碳纤维的性能指标Table1Propertiesofactivecarbonfiber2直径/µm长度/mm比表面积/(m/g)~1530~35736.6表2无碱玻璃纤维布性能指标Table2Propertiesofnon-alkaliglassfiberfabr

6、ic弯曲强度/MPa杨氏模量/GPa电阻率/(Ω•m)10202~22185~92~102.2复合材料制备工艺试样的制备采用手糊玻璃钢成型工艺，在烘箱中加热，并手动加压。将活性碳纤维吸波剂加入环氧树脂中搅拌均匀，然后加入固化剂、偶联剂进一步搅拌均匀后待用。制作时，先用毛刷在模具上刷涂一层纯树脂的透波层，然后将一层事先剪裁好的玻璃纤维布(180×180mm)平铺在模具上，用毛刷蘸上准备好的树脂混合物，均匀地刷涂在玻璃纤维布上，再用胶辊将玻璃纤维布压平；之后按照上述步骤铺制含20层（总厚度约为4mm）玻璃纤维布的试样。铺制完成后，盖上上模具，将模具放入烘箱中，并在模具上放

7、置约10Kg的重物以起到加压的目的。加热方式为梯度式加温：在60℃保温2小时后，以1℃/5s的速度升至120℃并保温2小时，然后降温冷却至室温，开模取出试样。2.3性能测试吸波性能测试在北京航空材料研究院进行。该工作方式为扫频测量，测量范围为2～18GHz，测量动态范围至-40dB。吸波试样统一采用正方形标准结构：180mm×180mm，厚度为4mm。测试方法按中华人民共和国国家军用标准GJB2038-94进行。弯曲性能测试在天津大学机械学院力学实验室的CSS-44100万能试验机上进行，试样的标准尺寸为：宽度15±0.5mm，厚度10±0.5mm，