【摘要】： 武器裝備的隱身技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中提升防御和打擊能力的重要手段,而吸波隱身材料是隱身技術(shù)的關(guān)鍵之一。當(dāng)前碳材料是已發(fā)展的吸波材料中最有前途,綜合性能最好的吸波材料,不僅能夠吸波,并且能夠增強(qiáng),可以作為結(jié)構(gòu)吸波材料。因此研制不同形態(tài)碳材料,研究其作為吸波劑填充到樹脂中制備出的復(fù)合材料的吸波性能具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文選取聚丙烯腈(PAN)作為碳前驅(qū)體聚合物,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為熱分解聚合物,通過將兩者共同溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中制備了PAN/PMMA共混溶液。采用濕法成型制備了PAN/PMMA共混纖維,經(jīng)過預(yù)氧化和碳化去除PMMA組分,制得了納米碳纖維和多孔碳纖維。研究了將他們添加至環(huán)氧樹脂中制備的復(fù)合材料的吸波性能。主要工作包括以下幾個(gè)方面: 采用應(yīng)變控制動(dòng)態(tài)流變儀分析了PAN/PMMA共混溶液的動(dòng)態(tài)流變性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)PAN分子量不同,即分子量為5萬(PAN5)和分子量為8萬(PAN8)時(shí),共混溶液的logG′與logω的關(guān)系呈現(xiàn)不同的變化,即PAN5/PMMA的logG′在低頻率ω范圍表現(xiàn)出比較明顯的偏離logG′∝2logω的關(guān)系,而PAN8/PMMA則基本為線性關(guān)系,說明PAN5/PMMA共混溶液呈現(xiàn)明顯的非均勻結(jié)構(gòu)。這與對(duì)兩者共混溶液穩(wěn)定性觀察所得到的結(jié)果一致,PAN5/PMMA溶液靜置12-24小時(shí)發(fā)生分層,而PAN8/PMMA共混溶液在相同靜置時(shí)間下無明顯分層發(fā)生。 將共混溶液澆鑄成膜,利用SEM觀察了薄膜的斷面形貌。結(jié)果表明PAN與PMMA在共混體系中均呈現(xiàn)各自的相態(tài)結(jié)構(gòu),質(zhì)量百分比高的組分趨向形成連續(xù)相。當(dāng)PAN分子量提高時(shí),分散相尺寸明顯減小。 由濕法紡絲成功的制得了質(zhì)量百分比為3:7和7:3的PAN/PMMA共混纖維。在纖維中,兩相分布有所不同,即當(dāng)PAN分子量為8萬時(shí),呈現(xiàn)與共混薄膜相同的相態(tài)分布;而當(dāng)PAN分子量為5萬時(shí),PAN趨向于形成連續(xù)相的結(jié)構(gòu)。紡絲速度和牽伸倍數(shù)能夠控制共混纖維中分散相的尺寸。 將PAN/PMMA共混纖維原絲經(jīng)預(yù)氧化和碳化后,所得碳纖維的形貌與原絲中的PAN相的分散狀態(tài)有關(guān)。對(duì)PAN為連續(xù)相的原絲,對(duì)應(yīng)得到的是多孔碳纖維,孔徑為2-5um,當(dāng)PAN為分散相時(shí),則得到納米碳纖維,直徑為80-150nm。 改變碳化的溫度能夠控制所得碳材料的石墨化程度。隨碳化溫度升高,電導(dǎo)率增大,在1000℃時(shí)電導(dǎo)率為7.6×10~1 S/cm,1200℃電導(dǎo)率為2.3×10~2 S/cm。 以所得碳材料為吸波劑以2-8wt%的比例與環(huán)氧樹脂混合,制成標(biāo)準(zhǔn)樣片測(cè)試了它們?cè)?GHz-12GHz的復(fù)介電常數(shù)。隨吸波劑含量增加,介電常數(shù)實(shí)部和虛部均隨之增大;損耗角正切也隨吸波劑含量的增加而增大。由此通過理論模擬計(jì)算了不同厚度復(fù)合材料的電磁波反射率,并以此指導(dǎo)單層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備。 對(duì)吸波劑含量為2-8wt%的單層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的吸波性能采用美國(guó)安捷倫公司的HP8722ES型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,使用弓形法進(jìn)行反射率測(cè)試的結(jié)果表明:一定厚度下(3mm),復(fù)合材料在8-12GHz對(duì)電磁波的反射率峰值隨吸波劑含量的增加而變小;吸波劑含量為8wt%時(shí),反射率峰值對(duì)應(yīng)的頻率向低頻移動(dòng)。實(shí)際測(cè)試結(jié)果與理論模擬結(jié)果一致。對(duì)比多孔碳纖維和納米碳纖維兩種吸波劑,相同含量下,多孔碳纖維復(fù)合材料具有更低的反射率,而且反射峰小于-10dB的頻率范圍更寬。例如:吸波劑含量為8wt%,厚度為3mm的板材,以多孔碳纖維為吸波劑的復(fù)合材料最低反射率為-20dB。在8-12GHz均低于-10dB;納米碳纖維為吸波劑時(shí),最低反射率為-16dB,而低于-10dB的頻率范圍為2GHz左右。 對(duì)吸波機(jī)理進(jìn)行了初步探討,認(rèn)為主要是吸波劑對(duì)電磁波的吸收和多次反射衰減兩種機(jī)理為主。以多孔碳纖維作為吸波劑,增加了電磁波反射的路徑,有利于電磁波的進(jìn)一步衰減。 本文的工作豐富了使用碳材料作為吸波劑的復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及制備方面的研究?jī)?nèi)容,其結(jié)果具有參考價(jià)值。
[Abstract]:The stealth technology of weapon and equipment has become an important means of improving the defense and fighting ability in the modern war, and the wave-absorbing stealth material is one of the key technologies of the stealth technology. The current carbon material is the most promising, comprehensive and best wave-absorbing material in the developed wave-absorbing material, not only can absorb the wave, but also can be enhanced, and can be used as a structural wave-absorbing material. Therefore, different types of carbon materials have been developed, and it is of great theoretical and practical value to study the wave-absorbing property of the composite material prepared by the filling of the wave-absorbing agent into the resin. Polyacrylonitrile (PAN) is used as a carbon precursor polymer, and polymethyl methacrylate (PMMA) is used as the thermal decomposition polymer, and PAN/ PMMA is prepared by co-dissolving the two in the dimethylamino-amine (DMF). PAN/ PMMA blended fiber was prepared by wet method, and the components of PMMA were removed by pre-oxidation and carbonization. hole carbon fiber. study of that composite material to be added to the epoxy resin Wave-absorbing performance. The main work includes the following The dynamic rheological properties of PAN/ PMMA blend solution were analyzed by strain-controlled dynamic rheometer. The molecular weight of PAN/ PMMA blend was found to be different when the molecular weight of PAN was different, that is, the molecular weight was 50,000 (PAN5) and the molecular weight was In this paper, the relationship between the logG ratio of PAN5/ PMMA and log-type is different, that is, the logG ratio of PAN5/ PMMA is significantly different from that of log G in the low-frequency range, while PAN8/ PMMA is a linear relationship, which shows that the PAN5/ PMMA blend solution is in the form of a linear relationship. It is found that the PAN5/ PMMA solution is allowed to stand for 12-24 hours, and the PAN8/ PMMA blend solution is allowed to stand at the same time and the blending solution is cast into a film to form a film, The morphology of the cross-section of the film was observed by SEM. The results showed that both PAN and PMMA exhibited their phase structure and quality in the blending system. the high percentage of the component tends to form a continuous phase. when the pan molecule when the amount is increased, the size of the dispersed phase is obviously reduced, and the success of the wet spinning is as follows: the mass percentage is 3 7 and 7: 3 PAN/ PMMA blend fibers. In the fiber, the two phase distribution is different, that is, when the molecular weight of the PAN is 80,000, the same phase distribution as the blend film is present; and when the PAN molecular weight In the case of 50,000, the PAN tends to form a continuous phase structure. the size of the dispersed phase in the blended fiber can be controlled by the drafting multiple, and the PAN/ PMMA blended fiber raw silk is pre-oxidized and carbonized, the appearance of the obtained carbon fiber is related to the dispersion state of the PAN phase in the raw silk, when the powder is dispersed, the nano carbon fiber is obtained, the diameter is 80-150n, m. the degree of graphitization of the resulting carbon material can be controlled by changing the temperature of the carbonization. the conductivity at 1200 DEG C is from 0 to 1S/ cm, and the conductivity of 1200 DEG C is 2. 3 to 10 to 2 S/ cm. the obtained carbon material is in a ratio of 2-8wt% and a ring by taking the obtained carbon material as a wave-absorbing agent The oxygen resin is mixed, and the standard samples are made to test the complex dielectric constant of them at 8GHz-12GHz. With the increase of the content of the wave-absorbing agent, and the loss tangent is also increased with the increase of the content of the wave-absorbing agent. The electromagnetic wave reflectivity of the composite material with the same thickness is used to guide the design and preparation of the single-layer structure composite material. The performance of the absorption wave of the single-layer structure composite material with the content of 2-8wt% of the wave-absorbing agent is HP8722 of Agilent. The results of the reflectivity test of the ES type vector network analyzer are as follows: under a certain thickness (3mm), the peak of the reflectivity of the composite material at 8-12GHz with respect to the electromagnetic wave the increase of the content of the wave-absorbing agent is small; the wave-absorbing agent contains When the amount is 8wt%, the frequency of the reflectance peak is shifted to the low frequency. The actual test results are consistent with the theoretical simulation results. The porous carbon fiber composite material has a lower reflectivity, and the frequency range of the reflection peak is less than -10dB. For example, the wave-absorbing agent content is 8w. the minimum reflectivity of the composite material with the porous carbon fiber as the wave absorbing agent is -20dB, the minimum reflectivity of the composite material with the porous carbon fiber as the wave absorbing agent is -20dB, and the nano-carbon fiber When the dimension is a wave-absorbing agent, the minimum reflectivity is -16dB, while the frequency range below -10dB is about 2GHz. The mechanism of the wave absorption is discussed in this paper. It is considered that the absorption of the electromagnetic wave by the wave-absorbing agent is mainly caused by the absorption of the electromagnetic wave and the decay of many times. Based on the two mechanisms, the porous carbon fiber is used as the wave absorbing agent, the path of the electromagnetic wave reflection is increased, and the further attenuation of the electromagnetic wave is facilitated.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TQ340.7

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本文編號(hào)：2327512