炭黑、聚苯胺及其填充材料的制备和电磁特性

论文摘要

针对炭黑填充连续聚合物基体吸波平板吸收频段窄、吸收性能差等缺点以及新型导电高分子填料的进一步开发需求,本论文利用“孤岛模型”理论并采用浇铸成型法制备出非连续导电介质平板吸波材料,在强磁场条件下用盐酸掺杂的方法制备了新型导电吸收剂聚苯胺粉末,提出“低反射层+高屏蔽层+低反射层”三层屏蔽结构,并借助TEM、SEM、XRD、TGA、FT-IR、同轴电磁参数测试法和电磁波反射损耗测试等现代材料检测技术对吸收剂和复合平板进行了深入分析。 结果表明N234炭黑有较高的介电常数实部和虚部,有利于电磁波的吸收。高温处理炭黑其导电性能和损耗角正切在高频段有所提高。纳米铁催化炭黑与原炭黑相比,导电性能明显提高,介电常数却有一定程度降低且损耗角正切随频率的增加而降低,这与未催化炭黑的正好相反。 聚苯胺具有很好的掺杂特性,通过化学氧化原位掺杂方法可以简单有效地制备出导电性能和电磁性能优良的掺杂态聚苯胺。通过与硅橡胶复合形成的复合材料具有优良的导电性能和屏蔽效能,当掺杂态聚苯胺在硅橡胶基体中的含量达到100质量份数时,体积电阻率达到9.070×100Ω.cm,电磁屏蔽效能在小于1.5GHz频段内达到-17～-19.3dB,可以作为性能优良的电子封装材料。除此之外,本文还首次在10 T强磁场的作用下聚合掺杂导电聚苯胺。实验表明,在没有强磁场作用下掺杂聚苯胺颗粒呈现礁石状,而强磁场作用下的原位聚合聚苯胺颗粒呈现直径大约50 nm的棒状,但其复合材料的电阻率与没有强磁场相比高出3个数量级;本征态聚苯胺在强磁场下再掺杂得到20～30 nm的球状颗粒,其复合材料电阻率却降低1个数量级。分析认为这主要由于强磁场对聚苯胺晶粒的取向作用以及强磁场对聚合掺杂过程的影响所致。 CB/ABS热压连续导电介质的体电阻率随炭黑含量的增加而降低,在15-20 wt%时出现渗滤现象,而当超过20 wt%时导电性能增加较为缓慢,炭黑含量达到30 wt%时,体积电阻率达到最低值,约为1033Ω.cm;其屏蔽效能随炭黑含量的增加而增加,单层连续导电介质平板的有效吸收频段较窄,随炭黑含量的增加只是吸收峰值呈增加的趋势,当炭黑含量为20 wt%,体电阻率约为105Ω.cm,复合平板的吸收峰值达到最佳,超过20 wt%后吸收峰值有所降低。不同钛酸酯偶联剂含量改性炭黑填料对CB/ABS连续导电介质的电磁特性有着明显不同的影响。当炭黑填料被2 wt%偶联剂改性后,其导电介质的导电性能和屏蔽效能明显提高,而10 wt%偶联剂含量却降低了导电介质的导电性能和屏蔽效能。10 wt%偶联剂含量使吸波效能在不同炭黑含量显示出不同的趋势:当炭黑含量较小（5%和10%）时,偶联剂加入降低了连续导电介质的吸收峰值;当炭黑含量

论文目录

• 摘要
• Abstraet
• 1 绪论
• 1.1 电磁辐射的危害及防护
• 1.1.1 电磁辐射的来源
• 1.1.2 电磁辐射的危害
• 1.1.3 减少电磁波危害的方法
• 1.2 树脂基屏蔽和吸波材料的研究现状
• 1.2.1 屏蔽材料的研究现状
• 1.2.2 吸波材料的研究现状
• 1.3 电磁波与导电介质相互作用原理
• 1.3.1 电磁波在分界面上的反射与折射
• 1.3.2 导电介质中的电磁波
• 1.3.3 复介电常数和复磁导率
• 1.3.4 导电介质中的电磁波屏蔽与吸收理论
• 1.4 本论文研究目的、内容及其研究方案
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方案
• 2 炭黑、聚苯胺结构及电磁性能表征
• 2.1 炭黑结构表征及机理分析
• 2.1.1 炭黑粒子的结构特征
• 2.1.2 炭黑的导电机理
• 2.1.3 炭黑的电磁常数
• 2.1.4 温度对炭黑性能的影响
• 2.2 纳米铁催化对炭黑电磁特性的影响
• 2.2.1 纳米铁催化对导电性能的影响
• 2.2.2 纳米铁催化对介电常数的影响
• 2.3 聚苯胺结构表征及机理分析
• 2.3.1 掺杂态聚苯胺粒子的制备
• 2.3.2 聚苯胺粒子及分子结构特征
• 2.3.3 聚苯胺的导电机理
• 2.3.4 聚苯胺的电磁常数
• 2.4 强磁场对聚苯胺聚合的影响
• 2.4.1 强磁场下掺杂聚苯胺的制备
• 2.4.2 强磁场对聚苯胺晶粒取向性影响
• 2.4.3 强磁场对聚苯胺分子结构的影响
• 2.4.4 强磁场对聚苯胺热稳定性的影响
• 2.5 本章小结
• 3 炭黑/ABS连续导电介质电磁特性研究
• 3.1 试样制备及试验方法
• 3.1.1 试样制备
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 连续导电介质的导电性能
• 3.2.1 炭黑含量对导电性能的影响
• 3.2.2 偶联剂对导电性能的影响
• 3.3 连续导电介质的屏蔽性能
• 3.3.1 炭黑含量对屏蔽性能的影响
• 3.3.2 偶联剂对屏蔽性能的影响
• 3.4 连续导电介质的吸波性能
• 3.4.1 广义吸波理论分析
• 3.4.2 炭黑含量对吸波性能的影响
• 3.4.3 试样厚度对吸波性能的影响
• 3.4.4 偶联剂对吸波性能的影响
• 3.4.5 连续导电介质吸波性能理论计算
• 3.5 连续导电介质导电性能对屏蔽性能和吸波性能的影响
• 3.6 连续导电介质的力学性能
• 3.7 本章小结
• 4 聚苯胺/硅橡胶复合材料的电磁特性
• 4.1 试样制备及试验方法
• 4.1.1 试样制备
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 复合材料的导电性能
• 4.2.1 掺杂聚苯胺对复合材料导电性能的影响
• 4.2.2 强磁场对掺杂聚苯胺导电性能的影响
• 4.3 复合材料的屏蔽性能
• 4.4 复合材料的吸波性能
• 4.5 本章小结
• 5 炭黑/ABS复合夹层结构屏蔽性能研究
• 5.1 复合夹层设计原理
• 5.2 复合夹层屏蔽体的屏蔽性能
• 5.2.1 金属网的屏蔽性能计算和实测分析
• 5.2.2 金属网对复合夹层屏蔽性能的影响
• 5.2.3 炭黑含量对复合夹层屏蔽性能的影响
• 5.2.4 试样厚度对复合夹层屏蔽性能的影响
• 5.3 本章小结
• 6 炭黑/ABS非连续导电介质吸波性能研究
• 6.1 非连续导电介质吸波结构的提出及设计
• 6.2 非连续导电介质的吸波性能
• 6.2.1 炭黑含量对吸波性能的影响
• 6.2.2 试样厚度对吸波性能的影响
• 6.2.3 吸波性能的频率相应特性
• 6.3 非连续导电介质的吸波机理
• 6.3.1 单颗粒对电磁波的吸收和散射
• 6.3.2 多颗粒对电磁波的吸收和散射
• 6.4 本章小结
• 结论
• 1 本文结论
• 2 创新点摘要
• 3 工作展望
• 参考文献
• PERMITTIVITY.M 文件'>附录A EFFECTIVE_PERMITTIVITY.M 文件
• 附录B ABSORBING.M 文件
• 附录C 试验所用主要原材料
• 附录D 试验所用主要设备
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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