利用二硫化鉬（MoS₂）和多壁碳納米管（MWCNTs）在形貌和性能上的互補性,通過簡單的機械共混制備了性能優(yōu)異的丁苯橡膠（SBR）吸波復(fù)合材料。研究結(jié)果表明,MoS₂和MWCNTs共摻有助于促進(jìn)兩者在橡膠基體中的分散,形成更完善的電磁損耗網(wǎng)絡(luò);此外,雙組分共摻獲得了更好的阻抗匹配和介電損耗,MoS₂/MWCNTs/SBR復(fù)合材料的反射損耗（RL）達(dá)到-37.07 dB,有效吸收頻寬（RL<-10 dB）達(dá)2.08 GHz,均優(yōu)于單組分填充的復(fù)合材料;填料的加入改善了SBR的力學(xué)性能,復(fù)合材料的拉伸強度提高了10 MPa以上;與單一填充體系相比,填料共摻對復(fù)合材料力學(xué)性能影響不大,能滿足常規(guī)結(jié)構(gòu)件的承載需求。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(14)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

(a)丁苯橡膠及其復(fù)合材料斷面SEM圖:(b)MoS2/SBR;(c)MWCNTs/SBR;(d)MoS2-MWCNTs/SBR。插圖分別是MoS2、MWCNTs和能譜面掃圖

圖2為SBR及其復(fù)合材料的電阻值。從圖2中可以看出,SBR的電阻值高達(dá)6.13×1014 Ω,呈現(xiàn)出良好的絕緣特性;當(dāng)加入MoS2后,復(fù)合材料電阻值僅下降了一個數(shù)量級,這是因為MoS2不是導(dǎo)電填料,填充對SBR的導(dǎo)電性影響不大;相比而言,MWCNTs是一種良好的導(dǎo)電填料,填充到SBR中后,復(fù)合材料的電阻迅速下降至5.48×103 Ω,接近導(dǎo)電材料的水平,表明復(fù)合材料中形成了基于MWCNTs的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),這可從圖1c的SEM圖中得到驗證。仔細(xì)對比結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),盡管MWCNTs組分含量減半,當(dāng)MoS2與MWCNTs共同摻入基體時,復(fù)合材料電阻會進(jìn)一步下降,最低為9.71×102 Ω,表明MoS2能促進(jìn)MWCNTs在基體中的分散,形成更完善的自由電子傳輸通道,更有利于自由電子的定向移動。這是因為MoS2的加入能形成“橋接”點,促進(jìn)MWCNTs的網(wǎng)絡(luò)化,進(jìn)而提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能,這與Qu等[15]研究的體系結(jié)果類似。2.3 復(fù)合材料的吸波性能

復(fù)合材料的吸波性能與復(fù)合材料的內(nèi)在特性(如復(fù)介電性能、復(fù)磁導(dǎo)率等)和外部使用條件(如厚度、工作頻率等)有關(guān),通常通過其反射損耗(RL)來進(jìn)行評價[16]。由圖3可以看出,復(fù)合材料的RL隨入射電磁波頻率、吸波層厚度的變化而變化,說明復(fù)合材料中電磁損耗網(wǎng)絡(luò)的不規(guī)則性。值得注意的是,隨著厚度的增大,復(fù)合材料的RL峰值所在的頻率(fm)向低頻方向偏移,這與波導(dǎo)傳輸線理論涉及的界面阻抗匹配以及電磁參數(shù)的變化有關(guān),滿足四分之一波長(λ/4)匹配模型[17]。與純的SBR相比,填料的加入不同程度地改善了材料的吸波性能,其中以MoS2和MWCNTs共摻的體系吸波性能最好。圖4a是SBR及其復(fù)合材料在最優(yōu)厚度的RL隨頻率的變化曲線。由圖4a可以看出,純的SBR幾乎不吸收電磁波,是很好的透波材料;當(dāng)單獨填充MoS2或MWCNTs時,復(fù)合材料的吸波性能有所改善,但尚不能滿足實際應(yīng)用需求。這一方面是由于單獨填充的MoS2或MWCNTs在SBR中的分散不好,另一方面與復(fù)合材料阻抗匹配不好相關(guān)。當(dāng)MoS2與MWCNTs共摻后,復(fù)合材料的吸波性能大大改善,MoS2/MWCNTs/SBR復(fù)合材料的反射損耗達(dá)到-37.07 dB,分別是MoS2/SBR、MWCNTs/SBR的12.11倍和6.36倍。此外,MoS2/MWCNTs/SBR在8.32～10.40 GHz間的反射損耗低于-10 dB,即復(fù)合材料在此頻率范圍內(nèi)具有實際應(yīng)用價值。圖4b統(tǒng)計了文獻(xiàn)報道的橡膠復(fù)合材料的吸波性能,通過對比可以看出,MoS2/MWCNTs/SBR復(fù)合材料具有較為優(yōu)異的吸波性能。通常MoS2表現(xiàn)出寬頻吸收的特點,與現(xiàn)有文獻(xiàn)的報道不同,本研究中復(fù)合材料的有效吸收帶寬僅為2.08 GHz,這可能與MoS2在交聯(lián)橡膠體系中很難剝、單片均勻分散有關(guān)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]橡膠分子鏈接枝對導(dǎo)電炭黑/天然橡膠復(fù)合材料電磁性能的影響[J]. 王中奇,李普旺,李樂凡,趙鵬飛,何東寧,李思東,程原.  材料導(dǎo)報. 2017(S1)
[2]碳納米管/炭黑填充型導(dǎo)電聚氨酯彈性體的制備及其性能研究[J]. 李帥臻,李斌,段建瑞,李覃.  化工新型材料. 2016(10)



本文編號：3128222