多孔碳纖維的吸波性能及吸波機理研究.pdf

1、信息化戰(zhàn)爭迫切需要增強武器裝備的雷達隱身水平。新型多孔碳纖維因為擁有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，并且具有導電性、耐高溫以及高強度等一系列性能。因此研究其復(fù)合吸波材料性能具有了重要價值。
　　本文以聚丙烯腈（PAN）為碳前軀體，以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）為熱解聚合物（其中 PMMA含量為30%），通過溶液共混的方法制得PAN/PMMA共混溶液。通過濕法紡絲和靜電紡絲制備PAN/PMMA共混纖維，對該共混纖維預(yù)氧化和炭化后獲得了多孔碳纖維（P

2、CF）和納米多孔碳纖維（n-PCF）。通過改變 PMMA含量和炭化溫度來調(diào)控PCF和n-PCF中的孔體積和碳纖維的石墨化程度。
　　以PCF和n-PCF為吸波劑，與環(huán)氧樹脂結(jié)合，制備出吸波復(fù)合材料小樣。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了吸波復(fù)合材料的電磁參數(shù)，再由電磁參數(shù)計算出復(fù)合材料對電磁波的反射損耗。研究了作為吸波劑的多孔碳纖維中的孔體積、孔尺寸、纖維直徑以及炭化溫度對吸波復(fù)合材料的吸波性能的影響。在此基礎(chǔ)上研究了吸波機理。主要研究如下

3、：
　　以常規(guī)濕法紡絲得到的PAN/PMMA共混纖維為原絲，經(jīng)炭化后得到的碳纖維（PCF）直徑為10-20μm。其中孔尺寸為0.5-1.5μm。而由靜電紡絲制得的 PAN/PMMA共混纖維原絲制得的多孔碳纖維（n-PCF）直徑為100-200nm，其中孔尺寸10-20nm。PCF和 n-PCF中孔體積隨原絲中PMMA含量的增大而增大。PCF和n-PCF的石墨化程度隨著炭化溫度的升高而完整，n-PCF具有較完整的石墨化結(jié)構(gòu)。

4、　　當以4%PCF為吸波劑加入當環(huán)氧樹脂中制成吸波復(fù)合材料，復(fù)合材料的介電常數(shù)實部和虛部均隨原絲中 PMMA含量(孔體積)的增加而變大。通過模擬計算出吸波材料對電磁波的吸波性能，吸波性能均隨著PCF中孔體積的增加而增加，表現(xiàn)為孔體積大的PCF為吸波劑的復(fù)合材料擁有更低的反射損耗，當PCF-30為吸波劑時，最低反射率為-27.5dB，小于-10dB的有效頻寬為1.8GHz。
　　當以4%n-PCF為吸波劑時，其復(fù)合材料的吸波性能表現(xiàn)

5、出與PCF為吸波劑時類似的規(guī)律。但含n-PCF的復(fù)合材料具有更優(yōu)良的吸波性能，即更低的反射損耗。當 n-PCF-30為吸波劑時，復(fù)合材料的最低反射率為-29.7dB。
　　當以不同炭化溫度的PCF和n-PCF為吸波劑時，復(fù)合材料的吸波性能表現(xiàn)出隨著炭化溫度升高而變得優(yōu)異。炭化溫度為1400℃時獲得的PCF和n-PCF均比1000℃時獲得的樣品吸波性能優(yōu)良。
　　對比 PCF，n-PCF以及 PCF孔破壞后前后的吸波性能的差異