吸波涂层复合面料的制备及其吸波性能
吸波涂层复合面料的制备及其吸波性能
依据单层吸波体传输线理论 ，，，，连系盘算机辅助设计选配合适的吸波粉体 ，，，，以铜镍镀层织物和金属纱线混纺织物为基布 ，，，，以聚氨酯为基体 ，，，，制备 1. 5 mm 涂层厚度的柔性纺织涂层复合面料 。。 。。对吸波粉体的电磁特征举行测试和剖析 ，，，，考察剖析了 2. 6 ～ 18. 0 GHz 规模内吸波粉体与基体的差别混比及基布对反射消耗的影响及其机制 。。 。。效果批注 ，，，，在一定规模内随吸波粉体体积分数的增添 ，，，，吸波效能提升 ，，，，频段拓宽 ，，，，反射消耗曲线的峰值向低频移动 。。 。。以金属纱线混纺织物为基布的涂层面料的吸波效果优于铜镍镀层织物为基布的涂层面料 。。 。。
随着电磁波屏障与吸波质料手艺的快速生长 ，，，，人们对吸波质料提出了更高的要求 ，，，，即宽、轻、薄、强 。。 。。提高电磁波吸收率是吸波质料的目的 ，，，，吸波体设计主要包括: 吸波效能设计、频宽设计、形状和厚度设计 。。 。。在设计历程中 ，，，，需要思量其应用价值及本钱 ，，，，往往很难兼顾宽、轻、薄、强 。。 。。现行吸波体的设计是在已有理论的指导下通过实验一直调解和刷新完成的 。。 。。在传输线理论的指导下连系盘算机辅助设计 ，，，，选配密度和价钱低的乙炔炭黑 ，，，，其对高频具有较好的吸波效果 ，，，，另选配磁消耗率高的羰基铁粉 ，，，，其对低频具有较好的吸波效果 ，，，，但因密度大 ，，，，在某些领域可能限制了其应用 。。 。。纺织吸波质料的研发也成为一个研究热门 ，，，，以非织造布为基布 ，，，，接纳复合叠层式结构制备非织造布涂层吸波质料 ，，，，通过控制吸波涂层的因素组成并设计合理的叠层结构 ，，，，刷新质料的吸波性能并有用降低质料面密度 。。 。。
于名讯等以仿抄纸装置及湿法纺织工艺 ，，，，制备厘米波/毫米波兼容隐身湿纺织物 ，，，，研究了隐身湿纺织物在 8 ～ 12 GHz 和30 ～ 40 GHz 频段的吸波性能 。。 。。E． Tan 等讨论了以陶瓷纤维为基布 ，，，，碳化硅为基体的差别组合的多层织物和差别氧化水平对织物吸收电磁波能力的影响 ，，，，以为在千兆赫规模内 ，，，，织物有很好的镌汰反射和转达的效果 ，，，，可吸收 90% 以上的电磁波 。。 。。针对铁纤维的吸波性能和可纺性能 ，，，，研究了其微观形态、力学性能及摩擦性能 ，，，，展望铁纤维吸波质料顺遂纺纱的可操作性 。。 。。本文以铜镍镀层布和金属纱线混纺布为基布 ，，，，使用其面密度低 ，，，，厚度薄 ，，，，柔性好等优点 ，，，，通过在基布上涂覆吸波剂 ，，，，重点研究了吸波粉体混比的转变及基布对涂层面料吸波性能的影响 。。 。。
1 试样制备与试验要领
1. 1 原 料
试验基布为铜镍镀层布( 涤纶长丝机织面料 ，，，，厚度为 0. 08 mm ，，，，面密度为 70 g /m2) ; 金属纱线混纺织物( 30% 302 不锈钢金属纤维 + 40% 棉 + 30% 涤纶 ，，，，厚度为 0. 3 mm ，，，，面密度为 180 g /m2) 。。 。。PU 黏结剂; 偶联剂; 稀释剂 DMF ，，，，稀释剂甲苯; 疏散剂OP-7;吸波粉体乙炔炭黑( ACB) ，，，，密度为 0. 067 g /cm3; 吸波粉体羰基铁( CIP) ，，，，密度为 3. 7 g /cm3 。。 。。
1. 2 试样的制备
将差别比例的吸波剂( 乙炔炭黑 ，，，，羰基铁) 加入稀释剂 DMF-甲苯和疏散剂 OP-7 中 ，，，，用 JB500D 电动搅拌机搅拌 10 min ，，，，加入黏结剂 PU( 固含量为30% ) 再用电动搅拌机以 1 500 r / min 的速率搅拌60 min ，，，，制成吸波涂料 。。 。。将差别比例吸波剂的吸波涂料调至适当黏度 ，，，，使用涂层小样机在铜镍镀层布和金属纱线混纺织物上涂覆响应的厚度 ，，，，在 HD101A 电热鼓风烘箱内固化 。。 。。多次涂覆以抵达理想厚度 ，，，，即得所需的吸波涂层面料 。。 。。设计的单 层 吸 波 体 的 结 构 模 型 如 图 1所示 。。 。。模子中基布作为电磁波屏障质料 ，，，，视为理想导体 ，，，，使得基布和涂层界线只有反射而无透射 。。 。。吸波涂层面料吸收电磁波的基本要求是知足阻抗匹配原则和大化衰减原则 ，，，，输入阻抗公式是建设在基布图 1 吸波涂层面料结构模子可被看作理想导体的条件下的 ，，，，凭证电磁波传输理论 ，，，，单层吸波质料与空气形成界面的反射率 式中: d 为吸波质料的厚度; λ0为电磁波在真空中的波长或电磁波在自由空间的波长; ε'和 ε″为相对复介电常数的实部和虚部; μ'和 μ″为相对复磁导率的实部和虚部 。。 。。电磁波在质料中的撒播系数 γ使用式( 1) ～ ( 5) 吸波体传输线理论和多目的优化盘算的要领 ，，，，开发了吸波质料的优化设计软件 ，，，，可在软件中导入吸波粉体和黏结剂电磁参数 ε'、ε″、μ'、μ″建设数据库 ，，，，输入预期的涂层厚度、层数和消耗介质混比 。。 。。
通过这个软件可盘算出接纳差别混比的吸波粉体和厚度制备的涂层织物的电磁参数及反射消耗趋势 。。 。。本文选取了十几种常见的吸波粉体 ，，，，使用吸波质料的优化设计软件 ，，，，以 2 ～ 18 GHz 整体吸波效果优为导向 ，，，，系统选配了乙炔炭黑和羰基铁 ，，，，连系涂层面料的现实应用 ，，，，制备了涂层厚度均为 1. 5 mm 的样品 ，，，，如表 1 所示 。。 。。以体积分数为 40% 的羰基铁粉为例 ，，，，盘算机辅助设计的效果如图 2 所示 。。 。。需要说明的是 ，，，，盘算机设计的终效果是理想化的 ，，，，是基于羰基铁粉颗粒在基体中匀称疏散 ，，，，涂层工艺控制相当完善的基础上的 ，，，，现实操作中还保存着许多不可控因素和误差 ，，，，可是反射消耗趋势可以直观地反映出来 。。 。。1. 3 性能测试乙炔 炭 黑 和 羰 基 铁 的 形 貌 特 征 用 KYKY-2800B 型扫描电镜举行表征 。。 。。乙炔炭黑和羰基铁的电磁参数用 AligentE8363B 矢量网络剖析仪接纳同轴传输/反射法举行丈量 ，，，，将粉体( 羰基铁粉和炭黑) 与树脂匀称混淆 ，，，，羰基铁粉和炭黑的粉体填率划分为 89% ( 质量分数) 和 5% ( 质量分数) 。。 。。
用专用模具压制成厚度为 2 mm ，，，，内径为 3 mm ，，，，外径为7 mm 的同轴试样举行丈量 。。 。。参照 SJ20512—1995《微波大消耗固体质料复介电常数和复磁导率测试要领》测试 。。 。。吸波涂层面料的吸波性能用矢量网络剖析仪在微波暗室中接纳反射率弓形丈量法举行测试 ，，，，测试角度为 15° ，，，，测试规模为 2. 6 ～ 18. 0 GHz ，，，，参照 GJB2038—1994《雷达吸波质料反射率测试要领》测试 。。 。。
效果与讨论2. 1 吸波粉体的形貌特征图 3 示出乙炔炭黑和羰基铁粉的扫描电镜照片 。。 。。从图 3( a) 中可知乙炔炭黑的形态泛起球形 ，，，，粒径很小约 20 nm ，，，，具有多孔隙 ，，，，由于颗粒在纳米级尺寸团圆征象显着 ，，，，呈多孔结构; 从图 3( b) 中可知羰基铁泛起球状形态 ，，，，较小的羰基铁颗粒团圆在较大的羰基铁颗粒周围 ，，，，粉体的粒径在 2 ～ 6 μm 。。 。。2. 2 吸波粉体及黏结剂的电磁特征乙炔炭黑电磁特征如图 4 所示 。。 。。图 4( a) 批注乙炔炭黑的介电常数实部 ε'在 6. 5 ～ 10. 0 之间 ，，，，ε'值随着频率的升高而降低 ，，，，虚部 ε″在 1. 4 ～ 2. 2 之间 ，，，，ε″值在 10 GHz 左右抵达大 ，，，，可见乙炔炭黑粉体在高频具有优良的吸波效果 。。 。。如图 4( b) 所示 ，，，，乙炔炭黑的磁导率实部 μ'和虚部 μ″靠近 1 和 0 ，，，，批注乙炔炭黑的磁消耗能力较弱 ，，，，属介电消耗型吸波剂 。。 。。羰基 铁 电 磁 参 数 变 化 规 律 如 图 5 所 示 。。 。。图 5( a) 批注羰基铁的介电常数 ε'在 20 ～ 34 之间 ，，，，虚部 ε″在 2 ～ 8 之间 。。 。。图 5( b) 批注羰基铁的磁导率实部 μ'在 1 ～ 8 之间 ，，，，虚部 μ″在 1 ～ 3 之间 ，，，，羰基铁磁导率的实部和虚部均随着频率升高而减小 ，，，，磁消耗主要通过自然共振爆发 ，，，，在整个测试频段内都拥有较好的磁消耗能力 。。 。。
2. 3 涂层面料的吸波性能
2. 3. 1 吸波粉体对涂层面料吸波性能的影响吸波粉体及其与基体差别混比对涂层面料吸波性能的影响是为主要的 ，，，，如图 6 所示 。。 。。�？ ？？芍岣呶ǚ厶逯刑亢诘奶寤质� ，，，，可以显著提高其吸波效果 ，，，，炭黑的体积分数为 40% 时 ，，，，反射消耗在 0 左右 ，，，，此时输入阻抗 Z≈0 ，，，，反射率 Ｒ≈0 。。 。。当炭黑的体积分数抵达 60% 时 ，，，，小于 － 6 d B 的反射消耗可抵达7 GHz左右 ，，，，小反射率抵达 － 26 dB 。。 。。而炭黑体积分数一连增添到 80% 时 ，，，，反射消耗曲线的峰值向低频移动 ，，，，可是整体的反射消耗下降了 。。 。。爆发以上征象的原因可能是由于炭黑体积分数的增添 ，，，，
使基聚氨酯的一连性降低 ，，，，而炭黑在基体聚氨酯中的一连性增添 ，，，，炭黑颗粒的间距减小 ，，，，在基体聚氨酯中形成了导电链 ，，，，这事实上增大了吸波涂层面料的电阻消耗 ，，，，有利于电磁能转变为热能 ，，，，使其吸波效果增强 。。 。。炭黑含量的增添会导致其界面极化 ，，，，而界面极化象在低频段体现特殊显着 ，，，，以是吸波粉体体积分数增添引起其低频吸波效果提高 。。 。。可是 ，，，，过多炭黑的加入 ，，，，会引起电导率的升高导致趋肤深度减小( 趋肤深度 δ = ( πfμσ)－ 1 /2 ，，，，μ 为质料相对铜的磁导率; σ 为质料相对铜的电导率; f 为电磁波的频率 ，，，，Hz) ，，，，电磁波则不可入射到吸波体内部 ，，，，反而由于较大的电导率被反射出去 ，，，，并不可使介电消耗增添 ，，，，反而会下降 ，，，，因此整体的吸波效果会削弱 。。 。。本文只研究了羰基铁粉体积分数为 40% 的情形 ，，，，由于过多羰基铁粉的加入 ，，，，会使涂层织物的黏结牢度降低 ，，，，质量增添 ，，，，本钱提高 。。 。。羰基铁粉体积分数抵达 40% 时 ，，，，小于 －6 dB的反射消耗的频段从 10. 9 GHz 至可测的高频段 ，，，，小反射率抵达 － 22. 6 dB 。。 。。关于电磁波的吸收 ，，，，羰基铁粉主要通过极化效应和自然共振爆发 ，，，，自然共振是其吸波的主要机制 ，，，，推测羰基铁粉体积分数的增添会引起其反射消耗曲线的峰值向低频移动 。。 。。
2. 3. 2 基布对涂层面料吸波性能的影响剖析图 6 可知 ，，，，铜镍镀层基布和金属纱线混纺布吸波涂层面料的吸波曲线的趋势基本一致 。。 。。与铜镍镀层基布( CNCF) 相比 ，，，，金属纱线混纺布( MYBF)涂层面料反射消耗小于 － 6 dB 的频段更宽 ，，，，反射消耗小峰值点更低 ，，，，反射消耗曲线向低频偏向移动了 3 GHz 左右 。。 。。这 2 种导电基布的屏障性能保存一定的差别 ，，，，金属纱线混纺基布是将不锈钢纤维抽成细丝 ，，，，在布料内部形成网格结构 。。 。。这种不锈钢纤维网可屏障电磁波 ，，，，当不锈钢网格孔径小于电磁波波长四分之一时 ，，，，就能有用屏障电磁波 ，，，，其屏障效能与金属丝直径、间距及单位长度的电阻有关 。。 。。铜镍镀层基布是在纺织品上接纳真空蒸发或磁控溅射的方式镀膜后 ，，，，
再用复合镀工艺镀上铜镍金属层 ，，，，使布基上形成一层金属膜、网 ，，，，二者都是有孔洞的 。。 。。施楣梧等的研究批注孔洞的尺寸、形状和间距对纺织品的屏障效果有主要影响 ，，，，铜镍镀层基布因反射完整 ，，，，孔洞的尺寸小 ，，，，导电性能好 ，，，，屏障效能高于金属纱线混纺基布 。。 。。�？ ？？杉鹗舫牡椎钠琳闲Ч晕ㄖ柿系奈ㄐ阅苡跋觳淮� ，，，，但相对铜镍镀层基布 ，，，，在 2 ～ 18 GHz 频率规模内 302 不锈钢纤维混纺基布电磁参数切合吸波剂频谱响应特征要求 ，，，，金属纱线混纺基布自己具有一定的吸波性能 ，，，，其已凌驾金属衬底的屏障作用而成为电磁波吸收层 。。 。。涂层面料吸波消耗曲线偏向低频可能也是因界面极化用 ，，，，吸波涂料与金属纱线混纺基布更易爆发黏结 ，，，，涂料充分填充到纱线间的孔隙中 ，，，，并且与纱线的毛羽牢靠连系 ，，，，
2 种基布同样有孔洞可以供树脂渗入到织物的纱线之间 ，，，，但金属纱线混纺基布的孔洞远远大于铜镍镀层基布 ，，，，使涂料与金属纱线织物填充率和接触面积大于铜镍镀层织物 ，，，，大宗的电子群集在基布与涂料的界面上 ，，，，使其吸波效果显着增强 。。 。。结 论使用吸波体传输线理论和多目的优化盘算的要领对吸波涂层面料反射消耗趋势举行了模拟 ，，，，制备了厚度为 1. 5 mm 的吸波涂层面料 ，，，，丈量剖析了乙炔炭黑和羰基铁粉的电磁特征 ，，，，较量了铜镍镀层导电基布和金属纱线混纺基布的性能 ，，，，研究了乙炔炭黑和羰基铁粉及其混比对证料吸波性能的影响 ，，，，基布对吸波性能的影响 。。 。。
效果批注 ，，，，乙炔炭黑具有优异的电消耗性能 ，，，，在一定规模内随着其体积分数的增添 ，，，，反射消耗的效果增强 ，，，，反射消耗曲线的峰值向低频移动 ，，，，吸收频段拓宽 ，，，，羰基铁的电磁特征显示了其优异的磁消耗特征 。。 。�；；；；嫉牟畋鹨驳贾缕湮ㄐЧ牟畋� ，，，，涂层后 ，，，，金属纱线混纺织物相比铜镍镀层基布反射消耗小于 － 6 dB 的频段更宽 ，，，，反射消耗小峰值点更低 ，，，，反射消耗曲线的峰值向低频偏向移动了 3 GHz 左右 。。 。。本文研究效果为涂层基布选取提供了一定的参考 。。 。。sdfwefwegre
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