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随着现代科学技术的发展,电磁波辐射对环境的影响日益增大,因此对材料的电磁屏蔽性能提出了更高的要求。目前,单一功能的材料已不能满足实际应用的需求,已呈现逐渐被多功能材料所取代的趋势。为满足应用要求,电磁屏蔽材料不仅需要良好的电磁屏蔽性能,其材质还往往需要时柔性的并具备优异的力学性能。
本论文结合织物优异的力学性能、柔性特点以及复合材料的功能优势,通过建立的涂层织物模型,计算和分析了涂层柔性复合材料对其电磁屏蔽性能作用机制,在此基础上设计了涂层柔性复合材料,利用原位聚合及涂层的方法,通过调控和优化相关参数制备了高电磁屏蔽性能和力学性能的多功能一体化材料。具体工作如下:
(1)基于电磁波传播理论及涂层织物电磁仿真模型,在设定的参数条件下,通过仿真计算,探讨了涂层织物导电性能、介电性能及涂层厚度等因素对织物电磁屏蔽性能的影响规律,为高效快捷地设计符合特定应用要求的电磁屏蔽柔性复合材料提供了依据。
(2)通过化学氧化聚合方法,在孔隙率较好的预氧丝毡上原位聚合生成导电的聚吡咯,制备了涂层柔性聚吡咯增强预氧丝毡复合材料,研究了吡咯单体浓度、氧化剂浓度、掺杂剂浓度及反应时间等因素对复合材料最终性能的影响。研究发现随着聚吡咯产率的升高,复合材料的导电性和电磁屏蔽性能呈上升趋势。由于多层次结构和导电聚吡咯的引入,复合材料的电导率提升了5倍。此外,这种复合材料的高导电性和轻质性使其成为电磁屏蔽材料的高效实用材料,在0-800MHz频段,电磁屏蔽效能由13dB上升到了24dB左右,其复合材料的拉伸性能提高了43.5%。在电磁屏蔽远场理论的基础上,对屏蔽机理进行了深入的研究。
(3)为了进一步提高材料的力学和电磁屏蔽性能,满足强、轻的要求,研究引入了具有化学稳定性好、易加工、密度低,导电性好、耐高温的石墨和石墨烯增强材料,采用共混法制备了碳基/聚氨酯柔性多功能材料,分析了功能粒子涂层厚度、烘干温度对石墨涂层预氧丝毡复合材料电磁屏蔽性能及力学性能的影响。研究发现所制备的多层复合材料在0-200MHz频段内的电磁屏蔽效能最高达到了32dB。并且,分析并对比不同的吸波功能粒子(石墨烯、石墨)对单层涂层预氧丝毡复合材料的电磁屏蔽性能和力学性能的影响。发现在相同工艺条件下,石墨涂层预氧丝毡柔性复合材料对电磁波的屏蔽能力优于石墨烯涂层预氧丝毡柔性复合材料,而石墨烯涂层预氧丝毡柔性复合材料在力学方面表现更为优异。
本论文结合织物优异的力学性能、柔性特点以及复合材料的功能优势,通过建立的涂层织物模型,计算和分析了涂层柔性复合材料对其电磁屏蔽性能作用机制,在此基础上设计了涂层柔性复合材料,利用原位聚合及涂层的方法,通过调控和优化相关参数制备了高电磁屏蔽性能和力学性能的多功能一体化材料。具体工作如下:
(1)基于电磁波传播理论及涂层织物电磁仿真模型,在设定的参数条件下,通过仿真计算,探讨了涂层织物导电性能、介电性能及涂层厚度等因素对织物电磁屏蔽性能的影响规律,为高效快捷地设计符合特定应用要求的电磁屏蔽柔性复合材料提供了依据。
(2)通过化学氧化聚合方法,在孔隙率较好的预氧丝毡上原位聚合生成导电的聚吡咯,制备了涂层柔性聚吡咯增强预氧丝毡复合材料,研究了吡咯单体浓度、氧化剂浓度、掺杂剂浓度及反应时间等因素对复合材料最终性能的影响。研究发现随着聚吡咯产率的升高,复合材料的导电性和电磁屏蔽性能呈上升趋势。由于多层次结构和导电聚吡咯的引入,复合材料的电导率提升了5倍。此外,这种复合材料的高导电性和轻质性使其成为电磁屏蔽材料的高效实用材料,在0-800MHz频段,电磁屏蔽效能由13dB上升到了24dB左右,其复合材料的拉伸性能提高了43.5%。在电磁屏蔽远场理论的基础上,对屏蔽机理进行了深入的研究。
(3)为了进一步提高材料的力学和电磁屏蔽性能,满足强、轻的要求,研究引入了具有化学稳定性好、易加工、密度低,导电性好、耐高温的石墨和石墨烯增强材料,采用共混法制备了碳基/聚氨酯柔性多功能材料,分析了功能粒子涂层厚度、烘干温度对石墨涂层预氧丝毡复合材料电磁屏蔽性能及力学性能的影响。研究发现所制备的多层复合材料在0-200MHz频段内的电磁屏蔽效能最高达到了32dB。并且,分析并对比不同的吸波功能粒子(石墨烯、石墨)对单层涂层预氧丝毡复合材料的电磁屏蔽性能和力学性能的影响。发现在相同工艺条件下,石墨涂层预氧丝毡柔性复合材料对电磁波的屏蔽能力优于石墨烯涂层预氧丝毡柔性复合材料,而石墨烯涂层预氧丝毡柔性复合材料在力学方面表现更为优异。