羅蕙敏，殷 光，趙曉明，李 玉，劉元軍

(1天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387;2.天津唯多維(天津)科技有限公司，天津 300608)

0 前言

1977年，美國的MacDiarmid A．G，Heeger A．J．和日本的Shirakawa H.發(fā)現(xiàn)經(jīng)碘摻雜后的聚乙炔電導(dǎo)率從10-9S/cm提高到103S/cm，將其從絕緣狀態(tài)變?yōu)榫哂袑?dǎo)電能力的導(dǎo)電狀態(tài)而形成導(dǎo)電高聚物。經(jīng)此后導(dǎo)電高聚物作為一種高新功能材料而被推上國際歷史科學(xué)的大舞臺引發(fā)高度重視。之后Diaz在1979年使用電化學(xué)方法合成了聚吡咯(PPy),繼而一系列如聚苯胺(PAN)、聚噻吩(PTh)及其衍生物等導(dǎo)電性的芳環(huán)和雜環(huán)聚合物相繼被開發(fā)制造出來，目前對此的探索已經(jīng)有相當(dāng)深入的研究基礎(chǔ)[1-3]。聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩這三種是具有代表性的導(dǎo)電高聚物[4-6]。導(dǎo)電高聚物的吸波機理主要是通過一系列的過程實現(xiàn)阻抗匹配和電磁損耗，具體過程是利用某些高分子聚合物的共扼電子的線性或平面形構(gòu)型與高分子電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的作用從而吸收電磁波[7-8]。吸波材料的吸波原理直白的說就是將電磁能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量消耗掉的過程，部分穿進吸波材料表面射入材料內(nèi)部的電磁波與材料發(fā)生一定的物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使電磁能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或其他形的式能而消耗。吸波性能的兩個最主要考察特性是阻抗匹配特性和衰減特性。照射在材料表面的電磁波會發(fā)生反射和折射。本文主要研究了溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的介電常數(shù)和電導(dǎo)率的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

平紋錦綸織物，平紋玻璃纖維織物(海安縣利來雅紡織有限公司提供)。

1.2 實驗藥品和儀器

表1 實驗用主要藥品

表2 實驗主要儀器

1.3 測試指標(biāo)與方法

1.3.1 介電常數(shù)、損耗角正切以及電導(dǎo)率測試

介電常數(shù)、損耗角正切和電導(dǎo)率的測試根據(jù)SJ20512-1995《微波大損耗固體材料復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率測試方法》標(biāo)準(zhǔn)，在BDS50介電譜儀上進行了介電常數(shù)測試[9-12]。

1.3.2 強力測試

拉伸性能的測試參照GB1447-2005纖維增強塑料拉伸性能試驗方法，在YG028萬能材料試驗機上進行材料的拉伸和撕破性能的測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料介電性能和電導(dǎo)率的影響

為研究溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合材料介電性能的影響，本組實驗控制吡咯濃度和摻雜劑(對甲苯磺酸)濃度以及過硫酸銨和吡咯的摩爾比不變用四組不同溫度按表3的工藝處方制備不同樣品進行各項指標(biāo)測試。

表3 工藝參數(shù)表

圖1 溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料介電常數(shù)實部的影響

由圖1可知，在頻率為100～101范圍內(nèi)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的介電常數(shù)實部隨溫度的變化而無規(guī)則的變化，而在頻率為101～107范圍內(nèi)聚吡咯/錦綸復(fù)合吸波材料的介電常數(shù)實部不隨溫度的變化而變化，而是一直處于趨于0的狀態(tài)。

圖2 溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料介電常數(shù)虛部的影響

由圖2可知，在頻率為100～102范圍內(nèi)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的介電常數(shù)虛部隨著溫度的增大先增大而減小，在30℃最大，而在70℃時為0。

圖3 溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料損耗角正切的影響

由圖3可知，在頻率為100～102這段范圍內(nèi)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的損耗角正切的圖像呈現(xiàn)雜亂無章的走向，而且隨著溫度的改變也無規(guī)律的變化。

圖4 溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料電導(dǎo)率實部的影響

由圖4可知，聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料電導(dǎo)率實部隨著溫度的增加先增大后減小，在30℃最大，而在70℃時為0。

圖5 溫度對聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料電導(dǎo)率虛部的影響

由圖5可知，在頻率為100～105這段范圍內(nèi)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的電導(dǎo)率虛部不隨溫度的變化而變化，而是一直處于趨于0的狀態(tài)。這可能是因為在這段頻率內(nèi)電子在電場中沒有做簡諧運動而與電場能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，使得電導(dǎo)率虛部一直趨于0。而在頻率為105～107范圍內(nèi)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的電導(dǎo)率虛部有了變化，隨著溫度的變化電子開始做簡諧運動并與電場發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化。

2.2 聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料強力分析

以玻璃纖維做空白對照，1為聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料，2為空白玻璃纖維。

(1)拉伸過程強力分析

圖6 兩種材料強力隨時間的變化

圖7 兩種材料伸長位移隨時間的變化

表4 拉伸過程中兩種材料的斷裂強力和位移

由圖6可知，兩種材料的拉伸強力都隨時間的增加而先增大后減小，但聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的強力隨時間的變化速率比空白的玻璃纖維強力的變化速率慢。由圖7可知，兩種材料的伸長位移隨時間的增加增大速率一樣，但是空白錦綸的伸長位移較短。由表4可知，聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的斷裂強力低于空白錦綸的斷裂強力。

(2)撕破過程強力分析

圖8 兩種材料強力隨時間的變化

圖9 兩種材料撕破位移隨時間的變化

表5 撕破過程中兩種材料的斷裂強力和位移

由圖8可知，聚吡咯/玻璃纖維的撕破強力隨時間的增長速率比空白玻璃纖維的快。由圖9可知，兩種材料的撕破位移隨時間的增加速率相同，但空白玻璃纖維撕破的時間更長。表5則表明聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的斷裂強力遠大于空白玻璃纖維的斷裂強力。

3 結(jié)論

(1)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的介電常數(shù)實部和損耗角正切受溫度影響較小。在頻率為100～102范圍內(nèi)聚吡咯/玻璃纖維復(fù)合吸波材料的介電常數(shù)虛部隨著溫度的增大先增大而減小，在30℃最大，而在70℃時為0。

(2)經(jīng)聚吡咯附著的玻璃纖維其強度增高。