二硫化钼/碳纳米管/丁苯橡胶吸波材料的结构与性能
发布时间：2021-04-09 19:56
利用二硫化钼（MoS2）和多壁碳纳米管（MWCNTs）在形貌和性能上的互补性,通过简单的机械共混制备了性能优异的丁苯橡胶（SBR）吸波复合材料。研究结果表明,MoS2和MWCNTs共掺有助于促进两者在橡胶基体中的分散,形成更完善的电磁损耗网络;此外,双组分共掺获得了更好的阻抗匹配和介电损耗,MoS2/MWCNTs/SBR复合材料的反射损耗（RL）达到-37.07 dB,有效吸收频宽（RL<-10 dB）达2.08 GHz,均优于单组分填充的复合材料;填料的加入改善了SBR的力学性能,复合材料的拉伸强度提高了10 MPa以上;与单一填充体系相比,填料共掺对复合材料力学性能影响不大,能满足常规结构件的承载需求。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(14)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
(a)丁苯橡胶及其复合材料断面SEM图:(b)MoS2/SBR;(c)MWCNTs/SBR;(d)MoS2-MWCNTs/SBR。插图分别是MoS2、MWCNTs和能谱面扫图
图2为SBR及其复合材料的电阻值。从图2中可以看出,SBR的电阻值高达6.13×1014 Ω,呈现出良好的绝缘特性;当加入MoS2后,复合材料电阻值仅下降了一个数量级,这是因为MoS2不是导电填料,填充对SBR的导电性影响不大;相比而言,MWCNTs是一种良好的导电填料,填充到SBR中后,复合材料的电阻迅速下降至5.48×103 Ω,接近导电材料的水平,表明复合材料中形成了基于MWCNTs的导电网络,这可从图1c的SEM图中得到验证。仔细对比结果不难发现,尽管MWCNTs组分含量减半,当MoS2与MWCNTs共同掺入基体时,复合材料电阻会进一步下降,最低为9.71×102 Ω,表明MoS2能促进MWCNTs在基体中的分散,形成更完善的自由电子传输通道,更有利于自由电子的定向移动。这是因为MoS2的加入能形成“桥接”点,促进MWCNTs的网络化,进而提高复合材料的导电性能,这与Qu等[15]研究的体系结果类似。2.3 复合材料的吸波性能
复合材料的吸波性能与复合材料的内在特性(如复介电性能、复磁导率等)和外部使用条件(如厚度、工作频率等)有关,通常通过其反射损耗(RL)来进行评价[16]。由图3可以看出,复合材料的RL随入射电磁波频率、吸波层厚度的变化而变化,说明复合材料中电磁损耗网络的不规则性。值得注意的是,随着厚度的增大,复合材料的RL峰值所在的频率(fm)向低频方向偏移,这与波导传输线理论涉及的界面阻抗匹配以及电磁参数的变化有关,满足四分之一波长(λ/4)匹配模型[17]。与纯的SBR相比,填料的加入不同程度地改善了材料的吸波性能,其中以MoS2和MWCNTs共掺的体系吸波性能最好。图4a是SBR及其复合材料在最优厚度的RL随频率的变化曲线。由图4a可以看出,纯的SBR几乎不吸收电磁波,是很好的透波材料;当单独填充MoS2或MWCNTs时,复合材料的吸波性能有所改善,但尚不能满足实际应用需求。这一方面是由于单独填充的MoS2或MWCNTs在SBR中的分散不好,另一方面与复合材料阻抗匹配不好相关。当MoS2与MWCNTs共掺后,复合材料的吸波性能大大改善,MoS2/MWCNTs/SBR复合材料的反射损耗达到-37.07 dB,分别是MoS2/SBR、MWCNTs/SBR的12.11倍和6.36倍。此外,MoS2/MWCNTs/SBR在8.32～10.40 GHz间的反射损耗低于-10 dB,即复合材料在此频率范围内具有实际应用价值。图4b统计了文献报道的橡胶复合材料的吸波性能,通过对比可以看出,MoS2/MWCNTs/SBR复合材料具有较为优异的吸波性能。通常MoS2表现出宽频吸收的特点,与现有文献的报道不同,本研究中复合材料的有效吸收带宽仅为2.08 GHz,这可能与MoS2在交联橡胶体系中很难剥、单片均匀分散有关。
【参考文献】：
期刊论文
[1]橡胶分子链接枝对导电炭黑/天然橡胶复合材料电磁性能的影响[J]. 王中奇,李普旺,李乐凡,赵鹏飞,何东宁,李思东,程原. 材料导报. 2017(S1)
[2]碳纳米管/炭黑填充型导电聚氨酯弹性体的制备及其性能研究[J]. 李帅臻,李斌,段建瑞,李覃. 化工新型材料. 2016(10)
本文编号：3128222
【文章来源】：材料导报. 2020,34(14)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
(a)丁苯橡胶及其复合材料断面SEM图:(b)MoS2/SBR;(c)MWCNTs/SBR;(d)MoS2-MWCNTs/SBR。插图分别是MoS2、MWCNTs和能谱面扫图
图2为SBR及其复合材料的电阻值。从图2中可以看出,SBR的电阻值高达6.13×1014 Ω,呈现出良好的绝缘特性;当加入MoS2后,复合材料电阻值仅下降了一个数量级,这是因为MoS2不是导电填料,填充对SBR的导电性影响不大;相比而言,MWCNTs是一种良好的导电填料,填充到SBR中后,复合材料的电阻迅速下降至5.48×103 Ω,接近导电材料的水平,表明复合材料中形成了基于MWCNTs的导电网络,这可从图1c的SEM图中得到验证。仔细对比结果不难发现,尽管MWCNTs组分含量减半,当MoS2与MWCNTs共同掺入基体时,复合材料电阻会进一步下降,最低为9.71×102 Ω,表明MoS2能促进MWCNTs在基体中的分散,形成更完善的自由电子传输通道,更有利于自由电子的定向移动。这是因为MoS2的加入能形成“桥接”点,促进MWCNTs的网络化,进而提高复合材料的导电性能,这与Qu等[15]研究的体系结果类似。2.3 复合材料的吸波性能
复合材料的吸波性能与复合材料的内在特性(如复介电性能、复磁导率等)和外部使用条件(如厚度、工作频率等)有关,通常通过其反射损耗(RL)来进行评价[16]。由图3可以看出,复合材料的RL随入射电磁波频率、吸波层厚度的变化而变化,说明复合材料中电磁损耗网络的不规则性。值得注意的是,随着厚度的增大,复合材料的RL峰值所在的频率(fm)向低频方向偏移,这与波导传输线理论涉及的界面阻抗匹配以及电磁参数的变化有关,满足四分之一波长(λ/4)匹配模型[17]。与纯的SBR相比,填料的加入不同程度地改善了材料的吸波性能,其中以MoS2和MWCNTs共掺的体系吸波性能最好。图4a是SBR及其复合材料在最优厚度的RL随频率的变化曲线。由图4a可以看出,纯的SBR几乎不吸收电磁波,是很好的透波材料;当单独填充MoS2或MWCNTs时,复合材料的吸波性能有所改善,但尚不能满足实际应用需求。这一方面是由于单独填充的MoS2或MWCNTs在SBR中的分散不好,另一方面与复合材料阻抗匹配不好相关。当MoS2与MWCNTs共掺后,复合材料的吸波性能大大改善,MoS2/MWCNTs/SBR复合材料的反射损耗达到-37.07 dB,分别是MoS2/SBR、MWCNTs/SBR的12.11倍和6.36倍。此外,MoS2/MWCNTs/SBR在8.32～10.40 GHz间的反射损耗低于-10 dB,即复合材料在此频率范围内具有实际应用价值。图4b统计了文献报道的橡胶复合材料的吸波性能,通过对比可以看出,MoS2/MWCNTs/SBR复合材料具有较为优异的吸波性能。通常MoS2表现出宽频吸收的特点,与现有文献的报道不同,本研究中复合材料的有效吸收带宽仅为2.08 GHz,这可能与MoS2在交联橡胶体系中很难剥、单片均匀分散有关。
【参考文献】：
期刊论文
[1]橡胶分子链接枝对导电炭黑/天然橡胶复合材料电磁性能的影响[J]. 王中奇,李普旺,李乐凡,赵鹏飞,何东宁,李思东,程原. 材料导报. 2017(S1)
[2]碳纳米管/炭黑填充型导电聚氨酯弹性体的制备及其性能研究[J]. 李帅臻,李斌,段建瑞,李覃. 化工新型材料. 2016(10)
本文编号：3128222
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