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1、邹田春等:微量碳纤维/树脂复合吸波材料的研究16893微量碳纤维/树脂复合吸波材料的研究邹田春,赵乃勤,师春生,李家俊,郭伟凯(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)摘要:分别研究了平行和正交排布碳纤维复合材2.2试样制备工艺料的微波吸收特性,并对碳纤维的吸波机理和吸波性试样的制备采用复合材料成型压缩模塑工艺,在能的影响因素(纤维间距、支数)作了初步探讨。结果四柱式手动油压机上热压成型。在自制的纤维排布模表明:碳纤维平行排布吸波材料只在入射电场方向与具上排布一定间距的碳纤维,同时把预先准备好的成纤维排布方向平行时具有吸波性能
2、;随纤维间距的减型模具预热。先加入部分环氧树脂,逐一放入玻璃纤小,其反射衰减曲线的最大吸收峰向高频方向移动;纤维布、碳纤维,充分浸润,继续加入环氧树脂,随后开始维支数增大,吸波性能增强。正交排布碳纤维的吸波缓慢加压,在加压过程中不断减压放气,在60℃、性能与纤维的间距密切相关。本实验条件下当纤维间10MPa条件下固化2h,保持一定压力冷却至室温,开距为8mm时,可获得有效带宽4.7GHz、最大吸收峰模获得试样。根据测试标准,试样尺寸为180mm×值-21.6dB的反射衰减。180mm×4mm。试样剖面图如图1所示。碳纤维平关键词:吸
3、波材料;碳纤维;平行排布;正交排布行、正交排布吸波材料结构示意图如图2所示。中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:100129731(2005)11216892041引言碳纤维是结构型吸波材料较常用的纤维之一。国内外已有文献报道,普通碳纤维对电磁波具有较强的[1～5]反射性,其反射衰减效果与铝合金相似。为改善碳纤维的吸波性能,普遍采用的方法是对碳纤维进行改性处理,制备特种吸波碳纤维,这项研究目前主要集中在异型截面碳纤维、低温烧制特定范围电导率的碳图2微量碳纤维吸波材料试样结构示意图[6～8]纤维以及对碳纤维进行掺杂改性和表面
4、改性上。Fig2Constructionofmicrowaveabsorbingmaterials特种碳纤维虽然具有较好的吸波性能,但其昂贵的价containingmicrocontentcarbonfibers格和复杂的工艺限制了它在民用领域的广泛应用。2.3吸波性能测试本研究采用价格相对低廉的普通碳纤维做为结构按照GJB2038294的规定,采用弓形测试法测量。吸波材料的吸收剂是一个新的尝试。研究发现,当普所用的是线极化平面电磁波,电场方向与入射面垂直。通碳纤维在基体中少量加入(纤维含量约0.2%(质量测量范围为2～18GHz。
5、分数)),并以特定方式排布时,纤维显示出良好的吸波性能。3实验结果与讨论2实验3.1碳纤维平行排布间距对吸波性能的影响图3(a)、(b)分别是碳纤维排布方向与测试的入2.1实验材料射电磁波电场方向平行和垂直时的反射衰减曲线。试实验材料采用的碳纤维是聚丙烯腈(PAN)长碳####样1、2、3和4均以1000根/束的碳纤维为吸收纤维(吉林碳素厂生产),支数(一束碳纤维所含纤维的剂,纤维束平行排布于环氧树脂基体中制成复合材料。根数)为1000根。基体为环氧树脂,型号E244(无锡####1、2、3、4试样中每束碳纤维之间的间距依次递#树脂
6、厂生产),固化剂为低分子聚酰胺,型号203(天增,分别为2、4、6、8mm。由图3可见,碳纤维排布方津延安化工厂生产),并在电磁波入射的方向上辅以玻向与电场方向平行时有较好的衰减特性,最大衰减达[9]璃纤维布来实现材料与自由空间的阻抗匹配。-20dB;碳纤维排布方向与电场方向垂直时几乎没有吸波性能,最大衰减不超过-3dB。由此可知,碳纤维3基金项目:天津市自然科学基金重点资助项目(013616911)收到初稿日期:2005203230收到修改稿日期:2005208203通讯作者:邹春田作者简介:邹春田(1976-),男,黑龙江佳木斯
7、人,在读博士,师承赵乃勤教授,从事吸波材料的研究。1690功能材料2005年第11期(36)卷平行排布的吸波性能呈各向异性。碳纤维排布方向与当两列反射波为等幅、相差180°时,这两列波相互对消电场方向平行时,4个试样均在某个频率下出现最大从而减少了电磁波的反射,消耗部分电磁波的能量。吸收峰,且随着纤维间距的减小,最大吸收峰有向高频对每一块试样而言,一束碳纤维与另一束碳纤维之间方向移动的趋势,可见碳纤维束间距的减小提高了材是等距且单一的,相对于电磁波在微波频段内的波长,料高频段的吸波性能。它必然只对应着一个频率f0,在这个频率下,电磁
8、波3.1.1碳纤维对电磁波的损耗机理的相位对消达到它的最大值,即f=f0时,相位对消所碳纤维是一种典型的电阻损耗型吸收剂,它对电消耗的功率有最大值。磁波的吸收主要是由涡流损耗和相位对消引起的。3.1.2最大吸收峰随纤维间距减小向高频方
