氰酸酯樹脂基新型人工介質(zhì)材料的研究.pdf

1、人工介質(zhì)材料是脈沖多普勒(PD)雷達(dá)罩的關(guān)鍵夾層材料，其應(yīng)具有輕質(zhì)、耐熱、介電常數(shù)可調(diào)、力學(xué)性能優(yōu)良的特點。為適應(yīng)高性能PD雷達(dá)罩的發(fā)展，高性能人工介質(zhì)材料的研發(fā)具有重要意義。人工介質(zhì)材料主要由樹脂基體和功能性填料組成，屬于一類復(fù)合材料。由于樹脂基體不僅是復(fù)合材料的基本組成，而且是決定材料性能(如耐熱性、介電性能、工藝性、層間剪切強(qiáng)度等)的關(guān)鍵因素，因此高性能人工介質(zhì)材料的研制必須以高性能樹脂為基體。 氰酸酯樹脂(CE)樹脂是含

2、有兩個或兩個以上氰酸酯官能團(tuán)(-OCN)的衍生物，它具有優(yōu)異的介電性能，特別在較寬的溫度(0-220℃)和頻率(0-1011Hz)范圍內(nèi)具有非常低且穩(wěn)定的ε和tanδ值，還具有高耐熱性、低吸濕率、粘接性佳、加工性好等，因此被認(rèn)為是“二十一世紀(jì)制備高性能的結(jié)構(gòu)/功能材料最具有競爭力的樹脂品種”，在航空航天、電子信息、交通運(yùn)輸?shù)燃舛斯I(yè)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。 本文首次提出基于CE樹脂研制新型高性能人工介質(zhì)材料的新思路，設(shè)計與制備

3、了CE基二元復(fù)合材料和三元復(fù)合材料，首次深入探討影響CE基二元復(fù)合材料(金紅石/CE、空心玻璃微珠/CE)和三元復(fù)合材料(金紅石/空心玻璃微珠/CE)結(jié)構(gòu)與性能的主要影響因素，初步闡明了CE基人工介質(zhì)材料結(jié)構(gòu)與性能之間的規(guī)律，為獲得新型高性能人工介質(zhì)材料提供新的理論和實際依據(jù)。本文的研究內(nèi)容尚未見諸報道。 對于金紅石/CE復(fù)合材料，探討了金紅石的表面性質(zhì)與含量對CE固化反應(yīng)性及其機(jī)械物理性能的影響。研究結(jié)果表明，金紅石的表面性質(zhì)

4、對CE固化反應(yīng)有顯著影響。經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑KH550和鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-401處理的金紅石(分別記為Rutile(KH550)和Rutile(NDZ-401))因表面帶有活性基團(tuán)，可以有效低地加速CE的凝膠。另一方面，金紅石的存在也增加了固化反應(yīng)活化能，使得凝膠后CE固化需要更大的活化能，但所有復(fù)合材料與CE具有相同的反應(yīng)級數(shù)。復(fù)合材料的介電常數(shù)可以通過控制Rutile(KH550)的含量在2.95-8.81之間調(diào)節(jié)。當(dāng)Rutile(K

5、H550)含量低于40wt％時，可以采用Lichteneker方程對介電常數(shù)進(jìn)行預(yù)測。Rutile(KH550)的含量對復(fù)合材料的介電損耗也有顯著的影響，當(dāng)Rutile(KH550)含量低于30wt％時，復(fù)合材料的介電損耗低于CE樹脂的介電損耗值，隨著Rutile(KH550)含量的增至40 wt％時，復(fù)合材料的介電損耗趨于穩(wěn)定。而后趨于穩(wěn)定。此外，Rutile(KH550)有助于提高材料的熱穩(wěn)定性。 對于空心玻璃微珠/CE復(fù)合

6、材料，重點探討了空心玻璃微珠的表面性質(zhì)與含量對CE基復(fù)合材料的密度、靜態(tài)力學(xué)性能、動態(tài)力學(xué)性能、熱性能和介電性能的影響。研究結(jié)果表明，不論空心玻璃微珠的表面性質(zhì)如何，它們均可降低CE樹脂的ε、tanδ和CTE，但是影響幅度不同。HGB(KH550)的加入對降低材料CTE的作用更為顯著，而HGB對降低材料的ε和。tanδ值略微更顯優(yōu)勢。HGB(KH550)能夠有效地降低材料的密度和吸水率。4wt％HGB(KH550)可以略微提高材料的初始

7、分解溫度，隨著HGB(KH550)含量的增加，復(fù)合材料的最大分解速率峰溫度與CE樹脂的相應(yīng)值相比，變化不大，但實際殘留率較理論殘留率高。 對于Rutile(KH550)/HGB(KH550)/CE復(fù)合材料，重點研究了材料組成的配比對復(fù)合材料的密度、介電性能、熱膨脹系數(shù)及動態(tài)力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，Rutile(KH550)/HGB(KH550)/CE復(fù)合材料的ε和tanδ值均低于CE樹脂的相應(yīng)值，并可根據(jù)Rutile(KH

8、550)和HGB(KH550)與CE的配比進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。當(dāng)填料與樹脂的質(zhì)量比為1:3時，通過調(diào)節(jié)Rutile(KH550)和HGB(KH550)的質(zhì)量比在0.2:1-1：0.2之間變化，則復(fù)合材料的密度介于0.68-1.17g/cm3，tanδ介于0.004-0.010，ε介于2.90-3.74。Rutile(KH550)/HGB(KH550)/CE復(fù)合材料的CTE值明顯低于CE樹脂的相應(yīng)值。Rutile(KH550)/HGB(KH55