炭黑、聚苯胺及其填充材料的制備和電磁特性.pdf

1、針對(duì)炭黑填充連續(xù)聚合物基體吸波平板吸收頻段窄、吸收性能差等缺點(diǎn)以及新型導(dǎo)電高分子填料的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)需求，本論文利用“孤島模型”理論并采用澆鑄成型法制備出非連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)平板吸波材料，在強(qiáng)磁場(chǎng)條件下用鹽酸摻雜的方法制備了新型導(dǎo)電吸收劑聚苯胺粉末，提出“低反射層+高屏蔽層+低反射層”三層屏蔽結(jié)構(gòu)，并借助TEM、SEM、XRD、TGA、FT-IR、同軸電磁參數(shù)測(cè)試法和電磁波反射損耗測(cè)試等現(xiàn)代材料檢測(cè)技術(shù)對(duì)吸收劑和復(fù)合平板進(jìn)行了深入分析。

2、結(jié)果表明N234炭黑有較高的介電常數(shù)實(shí)部和虛部，有利于電磁波的吸收。高溫處理炭黑其導(dǎo)電性能和損耗角正切在高頻段有所提高。納米鐵催化炭黑與原炭黑相比，導(dǎo)電性能明顯提高，介電常數(shù)卻有一定程度降低且損耗角正切隨頻率的增加而降低，這與未催化炭黑的正好相反。 聚苯胺具有很好的摻雜特性，通過(guò)化學(xué)氧化原位摻雜方法可以簡(jiǎn)單有效地制備出導(dǎo)電性能和電磁性能優(yōu)良的摻雜態(tài)聚苯胺。通過(guò)與硅橡膠復(fù)合形成的復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和屏蔽效能，當(dāng)摻雜態(tài)聚苯胺

3、在硅橡膠基體中的含量達(dá)到100質(zhì)量份數(shù)時(shí)，體積電阻率達(dá)到9.070×100Ω·cm，電磁屏蔽效能在小于1.5GHz頻段內(nèi)達(dá)到-17～-19.3dB，可以作為性能優(yōu)良的電子封裝材料。除此之外，本文還首次在10T強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下聚合摻雜導(dǎo)電聚苯胺。實(shí)驗(yàn)表明，在沒(méi)有強(qiáng)磁場(chǎng)作用下?lián)诫s聚苯胺顆粒呈現(xiàn)礁石狀，而強(qiáng)磁場(chǎng)作用下的原位聚合聚苯胺顆粒呈現(xiàn)直徑大約50nm的棒狀，但其復(fù)合材料的電阻率與沒(méi)有強(qiáng)磁場(chǎng)相比高出3個(gè)數(shù)量級(jí)；本征態(tài)聚苯胺在強(qiáng)磁場(chǎng)下再摻雜得

4、到20～30nm的球狀顆粒，其復(fù)合材料電阻率卻降低1個(gè)數(shù)量級(jí)。分析認(rèn)為這主要由于強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)聚苯胺晶粒的取向作用以及強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)聚合摻雜過(guò)程的影響所致。 CB/ABS熱壓連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的體電阻率隨炭黑含量的增加而降低，在15-20wt﹪時(shí)出現(xiàn)滲濾現(xiàn)象，而當(dāng)超過(guò)20wt﹪時(shí)導(dǎo)電性能增加較為緩慢，炭黑含量達(dá)到30wt﹪時(shí)，體積電阻率達(dá)到最低值，約為103Ω·cm；其屏蔽效能隨炭黑含量的增加而增加，單層連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)平板的有效吸收頻段較窄，隨炭黑

5、含量的增加只是吸收峰值呈增加的趨勢(shì)，當(dāng)炭黑含量為20wt﹪，體電阻率約為105Ω·cm，復(fù)合平板的吸收峰值達(dá)到最佳，超過(guò)20wt﹪后吸收峰值有所降低。不同鈦酸酯偶聯(lián)劑含量改性炭黑填料對(duì)CB/ABS連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的電磁特性有著明顯不同的影響。當(dāng)炭黑填料被2wt﹪偶聯(lián)劑改性后，其導(dǎo)電介質(zhì)的導(dǎo)電性能和屏蔽效能明顯提高，而10wt﹪偶聯(lián)劑含量卻降低了導(dǎo)電介質(zhì)的導(dǎo)電性能和屏蔽效能。10wt﹪偶聯(lián)劑含量使吸波效能在不同炭黑含量顯示出不同的趨勢(shì)：當(dāng)炭黑

6、含量較小(5﹪和10﹪)時(shí)，偶聯(lián)劑加入降低了連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的吸收峰值；當(dāng)炭黑含量較大(20﹪和30﹪)時(shí)，偶聯(lián)劑卻使得吸收衰減峰值有所改善，有效頻段也相應(yīng)有所拓寬。通過(guò)混合介質(zhì)的有效介電常數(shù)和反射損耗公式計(jì)算得到的CB/ABS連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的吸波性能與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值非常接近。說(shuō)明混合介質(zhì)的有效介電常數(shù)和反射損耗公式在計(jì)算連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)的吸波性能時(shí)有很好的實(shí)用性。 通過(guò)“孤立”導(dǎo)電介質(zhì)制備的非連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)平板結(jié)構(gòu)吸波材料與熱壓連續(xù)導(dǎo)電介質(zhì)相