吳同華，岳喜貴，梅笑寒，梁留博，彭 鑫，馬友美，張淑玲

（吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院,特種工程塑料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長春 130012）

在電磁屏蔽材料領(lǐng)域中，聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料因具有質(zhì)輕、耐腐蝕、柔韌性好及易加工等優(yōu)異性能而被廣泛研究［1］.目前，常見的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法是將碳納米管、石墨烯、碳纖維等導(dǎo)電填料和聚合物樹脂基體復(fù)合［2～4］.碳納米管具有質(zhì)輕、長徑比大、導(dǎo)電性和機(jī)械性能好等優(yōu)異性能，可作為電磁屏蔽復(fù)合材料的填料［5］.聚醚醚酮（PEEK）是一種性能卓越的特種工程塑料，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域［6］.聚醚醚酮幾乎不溶解于任何有機(jī)溶劑的特性導(dǎo)致制備聚醚醚酮基復(fù)合材料只能通過熔融共混擠出成型或熱壓成型等有限的加工手段進(jìn)行加工［7］，增加了聚醚醚酮基復(fù)合材料應(yīng)用于電磁屏蔽領(lǐng)域的難度.在傳統(tǒng)的制備方法中，將碳納米管和聚醚醚酮直接熔融共混時，碳納米管在復(fù)合材料內(nèi)部聚集［8，9］，材料的導(dǎo)電逾滲閾值較高［10］；通過聚醚砜物理包覆碳納米管等手段解決其在聚醚醚酮樹脂基體中的分散問題雖然有一定的效果，但當(dāng)碳納米管含量過高時，會造成熔融擠出困難和碳納米管聚集等問題［11］；而且傳統(tǒng)方法制備的碳納米管/聚醚醚酮電磁屏蔽復(fù)合材料只有在碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高和整體樣品較厚的情況下才能有較好的電磁屏蔽性能［12］.

為了解決上述問題，對聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種理想選擇［13，14］.三明治結(jié)構(gòu)聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料是將填料集中在芯層作為屏蔽基元，將聚合物樹脂層作為皮層復(fù)合制備的，具有不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物基電磁屏蔽復(fù)合材料的優(yōu)勢［15］.傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物基復(fù)合材料要獲得優(yōu)異的電磁屏蔽性能，需實(shí)現(xiàn)填料的均勻分散［16］；而三明治結(jié)構(gòu)聚合物基復(fù)合材料則可在避免填料在樹脂基體中難以分散問題的前提下，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽性能的改善［17，18］.在三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，由填料相互搭接組成密集導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的芯層具有很高的導(dǎo)電率，會使材料在較低的填料含量下?lián)碛袃?yōu)異的電磁屏蔽性能［19～21］.三明治結(jié)構(gòu)聚合物基復(fù)合材料要獲得好的機(jī)械性能，則要求芯層厚度盡可能薄，但這對電磁屏蔽性能是不利的［18，22］.因此，如何兼顧機(jī)械性能和電磁屏蔽性能是目前三明治結(jié)構(gòu)聚合物基復(fù)合材料研究的難點(diǎn)，關(guān)鍵是如何解決三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中芯層（屏蔽層）和皮層（樹脂層）之間的界面問題及芯層中屏蔽填料之間容易脫落的問題［22］.聚醚砜（PES）具有較好的熱穩(wěn)定性，并且與聚醚醚酮具有一定的相容性，與多壁碳納米管（MWCNTs）具有π-π相互作用［23］.本文將聚醚砜作為黏結(jié)劑引入到三明治結(jié)構(gòu)的芯層中，通過調(diào)節(jié)黏結(jié)劑的含量及芯層的層數(shù)以求制備一種質(zhì)量輕、厚度薄、同時擁有高的電磁屏蔽性能和好的機(jī)械性能的碳納米管/聚醚醚酮復(fù)合材料.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

多壁碳納米管［純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）＞95%，半徑10～20 nm，長度10～30μm，ρ=2.1 g/cm3］，中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司；聚醚砜和聚醚醚酮由長春吉大特塑工程研究有限公司提供，其中聚醚砜的固有黏度是0.32 dL/g，密度是1.37 g/cm3，聚醚醚酮的熔融指數(shù)是25 g/10 min，密度是1.30 g/cm3.

Nova nano 450型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM），美國FEI公司；AG-I 20KN型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，日本Shimadzu公司；Perkin-Elmer TGA-7型熱重分析儀（TGA），美國Perkin Elmer公司；Agilent PNA-N5244A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，美國Agilent Technologies公司；Keithley2450型四探針測試儀（搭配四探針測試臺），美國Keithley公司；SD-200L型密度儀，日本Alfa Mirage公司；P-400型熱壓機(jī)，德國Collin公司.

1.2 PEEK薄膜的制備

將PEEK粒料使用之前在180℃高溫下干燥3 h除去水分.參照文獻(xiàn)［24］中擠出成膜的條件參數(shù)，將干燥后的PEEK粒料通過帶有喂料螺桿的料斗加入到雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，擠出平均厚度為0.08 mm的薄膜.

1.3 MWCNTs/PEEK復(fù)合材料的制備

將MWCNTs和PES粉末在100℃下干燥數(shù)小時除去水分.將干燥后的MWCNTs和PES粉末按照一定的質(zhì)量比倒入高速攪拌機(jī)中，以26000 r/min的速度攪拌2 min后取出，得到PES和MWCNTs的混合料.將預(yù)先裁剪好的PEEK薄膜放入模具中，并用一定質(zhì)量的PES和MWCNTs的混合料均勻鋪滿整個薄膜，然后將模具放入熱壓機(jī)中，在一定熱壓條件（350℃，5 MPa）下預(yù)壓成MWCNTs/PEEK復(fù)合膜；再將不同數(shù)量的MWCNTs/PEEK復(fù)合膜和PEEK薄膜一起疊放并放入模具中，在一定熱壓條件（355℃，5 MPa）下進(jìn)行熱壓成型，得到具有三明治結(jié)構(gòu)的MWCNTs/PEEK電磁屏蔽復(fù)合材料，命名為PEEK/k（nPES∶mMWCNTs）/PEEK，其中n與m的比值為PES與MWCNTs的質(zhì)量比，k為復(fù)合材料中芯層的層數(shù).

2 結(jié)果與討論

2.1 單芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料的表征

聚醚砜本身是絕緣的，其作為黏結(jié)劑被引入到芯層中后必然會影響芯層中碳納米管之間的電子傳輸，使芯層的導(dǎo)電率下降，導(dǎo)致三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的電磁屏蔽性能降低，并且聚醚砜用量越多，對電磁屏蔽性能的影響就越大.為了得到綜合性能優(yōu)異的MWCNTs/PEEK復(fù)合材料，首先需要優(yōu)化黏結(jié)劑含量，為此制備了4種單芯層的MWCNTs/PEEK復(fù)合材料.根據(jù)復(fù)合材料芯層中聚醚砜和碳納米管的質(zhì)量比，單芯層復(fù)合材料分別被記為PEEK/MWCNTs/PEEK，PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK，PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/（1PES∶1MWCNTs）/PEEK.

圖1（A）給出復(fù)合材料的電磁屏蔽測試結(jié)果.由圖1（A）可以看出，調(diào)節(jié)芯層結(jié)構(gòu)中黏結(jié)劑的含量會影響復(fù)合材料的電磁屏蔽性能.在4種復(fù)合材料中，隨著芯層中聚醚砜含量的增加，在X波段（8.2～12.4 GHz），電磁屏蔽性能整體呈現(xiàn)不斷下降的趨勢.在10.3 GHz處，以純MWCNTs作為芯層時，復(fù)合材料PEEK/MWCNTs/PEEK的電磁屏蔽值最高達(dá)到了18.85 dB；當(dāng)聚醚砜和碳納米管的質(zhì)量比為1∶9和1∶4時，復(fù)合材料PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK和PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的電磁屏蔽值有所下降，但下降趨勢很小，分別達(dá)到了18.69和18.53 dB；進(jìn)一步增加芯層中聚醚砜的含量使其與碳納米管的質(zhì)量比達(dá)到1∶1時，復(fù)合材料PEEK/（1PES∶1MWCNTs）/PEEK的電磁屏蔽值卻只有14.56 dB，遠(yuǎn)低于其余3種復(fù)合材料.這說明聚醚砜的引入雖然會影響芯層中碳納米管之間的電子傳輸，使得芯層的導(dǎo)電率下降，最后導(dǎo)致電磁屏蔽性能降低，但少量引入影響不大，芯層中的碳納米管依然能夠組成密集的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為復(fù)合材料提供較好的電磁衰減通道［25］.

Fig.1 SETotal(A)and tensile strength(B)of MWCNTs/PEEK composites with different single core-layersa.PEEK/MWCNTs/PEEK；b.PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK；c.PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK；d.PEEK/（1PES∶1MWCNTs）/PEEK

在上述關(guān)于復(fù)合材料電磁屏蔽性能的討論中，復(fù)合材料PEEK/（1PES∶1MWCNTs）/PEEK電磁屏蔽值與其余3種復(fù)合材料相差較遠(yuǎn)，所以在后續(xù)中將不再與其余3種復(fù)合材料一起討論.

圖1（B）為復(fù)合材料PEEK/MWCNTs/PEEK，PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK和PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的機(jī)械性能測試結(jié)果.由圖1（B）可見，與未引入黏結(jié)劑的樣品PEEK/MWCNTs/PEEK相比，聚醚砜作為黏結(jié)劑引入到復(fù)合材料的芯層后，PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEE和PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK兩種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度均有明顯的提升.其中，未在芯層中引入聚醚砜的樣品PEEK/MWCNTs/PEEK拉伸強(qiáng)度僅有37 MPa；當(dāng)聚醚砜與碳納米管的質(zhì)量比增加到1∶9和1∶4時，PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEE和PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK兩種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提升到了62和71 MPa，分別增加67.6%和91.9%.這主要是因?yàn)樵诩兲技{米管芯層中，碳納米管之間因?yàn)槿鄙佥^強(qiáng)作用，在外力作用下容易彼此滑落造成芯層的撕裂；在復(fù)合材料的芯層中引入聚醚砜后，芯層中的碳納米管在后續(xù)熱壓的過程中通過聚醚砜被緊密黏連成為一個整體，使芯層對于拉伸破壞有更大的抵抗能力，而且聚醚砜的引入也改善了芯層和聚醚醚酮層之間的界面，使芯層和聚醚醚酮層緊緊地結(jié)合在一起，在拉伸過程中不會輕易剝落，從而使得復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的拉伸強(qiáng)度.

圖2為復(fù)合材料PEEK/MWCNTs/PEEK，PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK和PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK拉伸測試前后橫截面的SEM照片.拉伸測試前，復(fù)合材料PEEK/MWCNTs/PEEK，PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK和PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK均有明顯的三明治結(jié)構(gòu)，看不出任何缺陷.拉伸測試后，復(fù)合材料PEEK/MWCNTs/PEEK的芯層已經(jīng)完全開裂，這是在拉伸過程中芯層的碳納米管之間因?yàn)槿鄙僮饔昧Χ舜巳菀酌撀鋵?dǎo)致的.向芯層中引入少量聚醚砜后，復(fù)合材料PEEK/（1PES∶9MWCNTs）/PEEK的芯層出現(xiàn)的裂口明顯減小，這應(yīng)歸因于聚醚砜的加入增強(qiáng)了芯層中部分碳納米管之間的黏結(jié).加大聚醚砜在芯層中的含量，復(fù)合材料PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的芯層中不再出現(xiàn)剝裂的現(xiàn)象，這是因?yàn)楫?dāng)聚醚砜和碳納米管之間的質(zhì)量比達(dá)到1∶4時，整個碳納米管層剛好能被聚醚砜彼此黏結(jié)成一個整體，不再會因?yàn)閼?yīng)力破壞而脫落.通過對比3種復(fù)合材料拉伸測試前后橫截面的SEM照片，可很好地解釋前面拉伸強(qiáng)度測試的結(jié)果，也證實(shí)了聚醚砜作為黏結(jié)劑引入到三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的芯層后所起到的黏結(jié)芯層及改善芯層和皮層界面的作用.

單芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料的性能研究結(jié)果表明，在芯層中，當(dāng)聚醚砜與碳納米管之間的質(zhì)量比為1∶4時，單芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料的電磁屏蔽性能受到的影響較小，同時復(fù)合材料的機(jī)械性能可以獲得很大的提升.

Fig.2 SEM images of MWCNTs/PEEK composites with different single core-layers before(A—C)and after(D—F)tensile test(A,D)PEEK/MWCNTs/PEEK;(B,E)PEEK/(1PES∶9MWCNTs)/PEEK;(C,F)PEEK/(1PES∶4MWCNTs)/PEEK.

2.2 多芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料的表征

為了進(jìn)一步提升復(fù)合材料的電磁屏蔽性能，在不改變芯層厚度的情況下通過增加芯層的數(shù)量制備了多芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料.根據(jù)芯層的層數(shù)，制備的多芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料被記為PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK.

圖3給出了3種多芯層復(fù)合材料拉伸測試前后橫截面的SEM照片.可以看出，上述3種復(fù)合材料在拉伸測試前后都呈現(xiàn)了完整的多芯層三明治結(jié)構(gòu)，沒有出現(xiàn)剝裂現(xiàn)象.這主要是因?yàn)楫?dāng)聚醚砜與碳納米管之間的質(zhì)量比為1∶4時，上述3種復(fù)合材料的碳納米管芯層都能被聚醚砜黏結(jié)成一個整體，即使增加芯層的層數(shù)，碳納米管芯層仍然不會由于應(yīng)力破壞而脫落.這說明即使在多芯層的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，聚醚砜作為黏結(jié)劑引入到芯層中后仍然起到了黏結(jié)和改善界面的作用.

Fig.3 SEM images of PEEK/(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(A,D),PEEK/2(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(B,E)and PEEK/3(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(C,F)before(A—C)and after(D—F)tensile test

圖4 （A）給出復(fù)合材料PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的拉伸測試結(jié)果.可以看出，當(dāng)芯層數(shù)量增加到2層和3層時，復(fù)合材料PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到79和80 MPa.這可能是因?yàn)榕c單芯層復(fù)合材料相比，多芯層復(fù)合材料因?yàn)榫勖衙淹獙右搽S著芯層數(shù)量的增加而增加，使得其在拉伸過程中對于拉伸破壞的抵抗能力增強(qiáng)，因此拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都有所提升.

Fig.4 Tensile strengt(A)and TGA curves(B)of PEEK/(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(a),PEEK/2(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(b),PEEK/3(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(c)and PEEK(d)Inset:

熱穩(wěn)定性是評價復(fù)合材料的一個重要參數(shù).在電磁衰減過程中，會有一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能，導(dǎo)致材料的溫度升高.材料的熱穩(wěn)定性越好，使用可靠性越好.圖4（B）給出復(fù)合材料PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和聚醚醚酮的熱失重曲線.可以看出，聚醚醚酮的5%熱失重溫度（Td，5%）是567.5℃，復(fù)合材料PEEK/（1PES：4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的Td，5%分 別 是575.6，578.8和581.8℃，與聚醚醚酮相比分別增加了8.1，11.2和14.2℃.這主要是因?yàn)樘技{米管本身具有比聚醚醚酮更高的熱分解溫度，因此復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性要好于聚醚醚酮樹脂的熱穩(wěn)定性［26，27］.

在復(fù)合材料中，碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w，%）和材料密度（ρ，g/cm3）之間存在如下關(guān)系：

通過密度測試儀得到3種復(fù)合材料PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的密度分別是1.333，1.341和1.349 g/cm3，將其代入式（1），可以粗略計算出3種復(fù)合材料中碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是6.3%，7.8%和9.2%.可見，不僅復(fù)合材料密度較低，其填料含量也較低.

圖5（A）給出了復(fù)合材料PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的導(dǎo)電率，分別是1.3，1.8和2.6 S/cm.由圖5（A）還可以看出，隨著碳納米管含量（芯層數(shù)）的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)電率亦有所增加.為了更直觀地觀察復(fù)合材料導(dǎo)電性的強(qiáng)弱，本文設(shè)計了一段電路，并在電路的某處選擇用一截長方形的復(fù)合材料片代替導(dǎo)線.從圖5（A）插圖可以看出，用長方形復(fù)合材料片代替部分導(dǎo)線以后，仍然可以點(diǎn)亮LED燈泡.這主要是因?yàn)樵趶?fù)合材料制備過程中會進(jìn)行多次高溫?zé)釅海剐緦又械牟糠痔技{米管被擠壓進(jìn)入聚醚醚酮層中，這不僅使復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，也使芯層與聚醚醚酮層結(jié)合緊密.

Fig.5 Conductivity and MWCNTs content of PEEK/(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(a),PEEK/2(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(b),PEEK/3(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(c)(A)and SETotal of PEEK/(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(a),PEEK/2(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(b)and PEEK/3(1PES∶4MWCNTs)/PEEK(c)in X band(B)Insets of(A):photograph showing an LED lamp under 3 V when PEEK/(1PES∶4MWCNTs)/PEEK,PEEK/2(1PES∶4MWCNTs)/PEEK and PEEK/3(1PES∶4MWCNTs)/PEEK were used as conductors.

圖5（B）為復(fù)合材料PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK在X波段內(nèi)的電磁屏蔽性能測試結(jié)果.可以看出，復(fù)合材料的電磁屏蔽性能隨著芯層數(shù)量的增加而增強(qiáng).在10.3 GHz處，PEEK/（1PES∶4MWCNTs）/PEEK，PEEK/2（1PES∶4MWCNTs）/PEEK和PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK總的電磁屏蔽值分別是18.53，24.61，32.29 dB.電磁屏蔽值隨著芯層的增加而增加主要?dú)w因于芯層作為屏蔽基元起到電磁衰減的作用［28］.

2.3 電磁屏蔽機(jī)理分析

由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得4個與屏蔽性能相關(guān)的S參數(shù)（S11，S12，S21，S22），通過這些參數(shù)可以計算出相應(yīng)的反射系數(shù)（R）、吸收系數(shù)（A）和透射系數(shù)（T），它們之間的關(guān)系如下［29］：

而反射系數(shù)、吸收系數(shù)和透射系數(shù)之間又存在如下關(guān)系［30］：

通常，電磁屏蔽衰減的機(jī)理包括反射、吸收以及電磁波通過屏蔽材料時的內(nèi)部多重反射.基于吸收（SEA）和反射（SER）產(chǎn)生的電磁屏蔽值與反射系數(shù)和透射系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為［31］：

基于吸收（SEA）、反射（SER）和多重反射（SEM）產(chǎn)生的電磁屏蔽值與總的電磁屏蔽值（SETotal）之間的關(guān)系如下［32］：

當(dāng)電磁屏蔽材料總的電磁屏蔽值大于15 dB時，多重反射可以被忽略，即：

在8.2～40 GHz電磁波頻率范圍內(nèi)對PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK進(jìn)行電磁屏蔽測試，并對其屏蔽機(jī)理進(jìn)行分析.由圖6（A）可以看出，在8.2～40 GHz電磁波頻率范圍內(nèi)，復(fù)合材料的總電磁屏蔽值SETotal基本都能保持在32 dB以上，即其可以屏蔽99.9%的電磁輻射，而且吸收部分產(chǎn)生的電磁屏蔽值SEA明顯高于反射部分產(chǎn)生的電磁屏蔽值SER，說明該復(fù)合材料是以吸收為主要屏蔽方式的電磁屏蔽材料［33］.通常，材料的電磁屏蔽值與材料的厚度（d，mm）呈正向相關(guān)，因此也可用比電磁屏蔽值（SSE）來表示電磁屏蔽性能［34］：

Fig.6 SETotal,SER,SEA(A)and SSETotal,SSER,SSEA(B)of PEEK/3(1PES:4MWCNTs)/PEEK in 8.2─40 GHz

通過螺旋測微器測得PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的平均厚度為0.28 mm.將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（2）～式（9）即可得出PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK在8.2～40 GHz電磁波頻率范圍內(nèi)的比電磁屏蔽值.由圖6（B）可見，PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的總的比電磁屏蔽值（SSETotal）基本上都能保持在115 dB/mm左右，并且吸收部分產(chǎn)生的比電磁屏蔽值（SSEA）高于反射部分產(chǎn)生的比電磁屏蔽值（SSER）.

根據(jù)圖6結(jié)果推測多芯層MWCNTs/PEEK復(fù)合材料的電磁波屏蔽原理如下：當(dāng)電磁波通過復(fù)合材料的表面時，一部分電磁波首先被復(fù)合材料的表面反射衰減掉；剩下的電磁波進(jìn)入聚醚醚酮層后，被樹脂中的碳納米管吸收和內(nèi)部多重反射后又被衰減掉一部分；進(jìn)入到碳納米管屏蔽層后，又被碳納米管大量吸收而再次衰減.經(jīng)過多次類似的循環(huán)后，最后幾乎沒有電磁波能穿透復(fù)合材料［35］.

3 結(jié) 論

聚醚砜作為黏結(jié)劑被適量引入到三明治結(jié)構(gòu)的芯層中后，對復(fù)合材料的電磁屏蔽性能影響較小，但對碳納米管有很好的黏結(jié)作用，且能夠改善碳納米管芯層和聚醚醚酮層之間的界面作用.當(dāng)芯層中聚醚砜與碳納米管的質(zhì)量比為1∶4時，通過增加芯層的數(shù)量，復(fù)合材料的電磁屏蔽性能和拉伸強(qiáng)度都能得到增強(qiáng).當(dāng)芯層數(shù)量達(dá)到3層時，復(fù)合材料PEEK/3（1PES∶4MWCNTs）/PEEK的厚度僅為0.28 mm，但其密度、拉伸強(qiáng)度、5%熱失重溫度、導(dǎo)電率、電磁屏蔽值及比電磁屏蔽值分別可以達(dá)到1.349 g/cm3，80 MPa，581.8℃，2.6 S/cm，32 dB和115 dB/mm.通過向碳納米管芯層中引入聚醚砜作為黏接劑，可以獲得輕薄的結(jié)構(gòu)功能一體化的MWCNTs/PEEK電磁屏蔽復(fù)合材料.