李晓敏;朱正吼;郑夏莲;刘吉磊;霍佳
【摘 要】以E-51环氧树脂为基体,Fe78Si13 B9粉体为吸波剂成功制备了性能优良的吸波复合材料板,并对其成型工艺以及性能指标进行了系统的研究.研究结果表明,所制备的梯度吸波复合材料板呈现出规整的铺层结构,各层间吸波剂含量分布均匀；复合材料具有优良的力学性能,测得其拉伸强度值为128.03MPa,弯曲强度值为253.04MPa;与此同时,测得吸波剂与环氧树脂不同质量比条件下所制得复合材料板的吸波性能,随着吸波剂含量的增加,反射衰减峰逐渐向低频偏移；当吸波剂与环氧树脂质量比为6:1时,在2.7～18GHz很宽的频率范围内反射衰减均小于-4dB,表现出优良的吸波性能,从而为下一步的吸波复合材料设计提供有价值的参考.%The absorbing composite panels with excellent properties were prepared successfully using E-51 epoxy resin as matrix and Fe78 Si13 B9 amorphous powder as absorbing agent. In addition, the molding technology and performance index were studied systematically. The results showed that the absorbing composite panel presented regular layer structures and the content of absorbing agent in every layer was distributed evenly. M
eanwhile, the composite had good mechanical properties with the tensile strength 128. 03MPa and bending strength 253. 04MPa. Furthermore, the absorbing properties with different mass ratios of absorbing agent and epoxy resin were measured by vector network analyzer. It was shown that the reflection peaks shift gradually towards the low frequency. When the mass ratio of absorbing agent and epoxy resin was 6 : 1, the absorbing properties demonstrate excellent in a large wide frequency range from 2. 7 to 18GHz with the reflection values less than — 4dB, which provides a valuable reference for the next absorbing compositions design.
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2013(044)003
【总页数】4页(P337-339,344)
【关键词】片状模塑料;吸波材料;Fe78Sil3B9;力学性能;吸波性能
【作 者】李晓敏;朱正吼;郑夏莲;刘吉磊;霍佳
【作者单位】南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031
【正文语种】中 文
【中图分类】O484.4;TB43
1 引 言
SMC（sheet molding compounds，片状模塑料）成型工艺由于具有可设计性好、生产效率高、产品质量稳定、生产成本低等优点，广泛应用于国民经济的各个领域［1，2］。目前，SMC 工艺主要采用不饱和聚酯树脂（UP）作基体材料，然而普通的不饱和聚酯树脂SMC制品存在着如耐温性、耐腐蚀性、绝缘效果相对较差，结构强度较低等缺点，不能应用于某些有着特殊性能要求的场合［3，4］。另外，吸波材料的成型工艺主要有手糊成型、喷射成型以及 RTM 等方法［5－7］，以上成型方法存在固化反应速度过快，制得的产品无法长期存贮的不足。
本文采用SMC成型工艺，以环氧树脂代替传统SMC工艺中的不饱和聚酯树脂作基体，AC（代号）作固化剂，Fe78 Si13 B9粉体为吸波剂，制备一种半成品可以在常温下长期贮存，
只有在加热加压后方可固化成型的片状模压吸波复合材料制品，可以实现批量生产吸波复合材料制品，随用随取，为日后大规模的工业化生产提供一条全新的途径和有价值的工艺技术参考。
2 实 验
2.1 实验原料及主要仪器
Fe78 Si13 B9粉体（300目，安徽众恒复合材料科技有限公司）；E－51环氧树脂（福建南平双龙化工有限公司）；KH550硅烷偶联剂（江苏晨光偶联剂有限公司）；白炭黑（325目，江氨化工有限公司）；Sw140A－90a型玻璃纤维（南京中材有限公司）；YXD－50型半自动压力成型机（上海西玛伟力橡塑机械有限公司）；D8－Focus型X射线衍射仪（德国布鲁克公司）；JCD－2型读数显微镜（杭州光学仪器厂）；HBE－300A型电子布氏硬度计（上海材料试验机厂）；CMT4104型电子万能试验机（深圳新三思材料检测有限公司）；AV3620型矢量网络分析仪（中国电子科技集团公司）。
2.2 制备工艺
将Fe78 Si13 B9粉体和E－51环氧树脂分别按质量比1∶1～6∶1的比例混合，随后加入环氧树脂质量分数分别为10%和1%的AC固化剂和KH550硅烷偶联剂搅拌均匀后加入适量白炭黑揉至面团状待用，做到有韧性、不黏手、表面有金属光泽即可；将揉好的糊树脂放置在两层玻璃纤维之间，两面用聚酯膜覆盖后，放置在压力成型机正中央，压制成片状模塑料样品；随后将放好片材的模具置于半自动压力成型机中，在温度160℃，压力5MPa的条件下固化1h成型，开模取出制得样品，修剪整齐即可。而梯度吸波复合材料板的制备工艺基本同上，不同之处在于将不同比例的片状模塑料薄片叠加，且层与层之间通过涂刷一定量的环氧树脂胶液进行粘结后放入模具中以相同的成型工艺热压成型。
3 实验结果与分析
3.1 Fe78 Si13 B9粉体的XRD衍射分析
图1为Fe78 Si13 B9粉体的XRD衍射图谱，可以看出衍射谱线在2θ＝40～50°附近存在一个非晶特有的宽化漫散峰，表现出典型的长程无序结构的衍射特征，且并未出现晶态结构具有的尖锐峰，这说明Fe78 Si13 B9粉体的结构以非晶态为主。
图1 Fe78 Si13 B9粉体的XRD图谱Fig 1 XRD pattern of Fe78 Si13 B9 powder
3.2 吸波复合材料的光学显微分析
采用倍数较低的光学显微镜观察所制备吸波复合材料的整体结构以及各夹层中非晶粉体与树脂基体的分布情况。图2（a）和（b）分别为放大30和50倍的复合材料板的横切面光学显微图。可以看出，Fe78 Si13 B9非晶粉在复合材料板中的分布呈现出层状结构的分布规律，这与制备时的铺层结构相吻合，说明制作流程和成型工艺选择合理；另外，从金相图可以看出从右到左各层的金属光泽逐渐明显，说明梯度材料板中的吸波剂含量从右到左逐渐增加，起到了增加吸波频率范围的作用并且没有发生较为明显的扩散现象；各层的结构均较平整，说明夹层结构中的玻璃纤维布分布较工整，没出现撕裂或褶皱现象，从而使得各层玻璃纤维布能更好地发挥增加吸波材料板力学强度的作用。
图2 吸波材料板横切面的光学图Fig 2 Optical images of the cross－sections of absorbing composite panel
3.3 硬度测定及结果分析
硬度是表征材料抗压能力的一个重要指标。由于实验制备的是梯度复合材料板，各夹层之
间糊树脂的成分存在差别，因此制备的复合板材上下两表面硬度值略有不同，分别对上下两表面硬度值进行测定，测试结果如表1所示。
表1 试样的布氏硬度值Table 1 Brinell hardness of samples实验次数 1 2 3平均值上表面硬度值（HBW）73.2 75.9 76.3 75.1 50.3 51.4 53.8 51.8下表面硬度值（HBW）
由表1可知，吸波复合材料板的上下两表面硬度值存在一定差距，其平均值相差约23.3HBW。结合制备工艺可知，材料的硬度随着非晶粉含量的增加呈现上升趋势，而环氧树脂在配方中主要作为基体并起粘结作用。因此，可以根据不同的使用环境，综合板材的硬度和吸波性能指标确定材料的使用范围，取得理想的使用效果，例如在冲击力较大的场合，应考虑选择非晶粉含量较多的一面作为产品的外侧。
3.4 拉伸性能测试及结果分析
将制备的吸波复合材料板按照GB/T1447－2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法中的标准尺寸进行试样加工后，进行拉伸性能试验测试，其结果如图3所示。
图3 试样拉伸试验曲线图Fig 3 Tensile curves of samples
试样的拉伸强度和断裂伸长率的计算值如表2所示。
表2 试样拉伸性能表Table 2 Tensile performance of samples样品标号 1 2 3平均值屈服应力（N/mm2）129.12 127.93 127.82 128.08拉伸强度（N/mm2）7.80 6.60 6.60 7.00 129.13 127.94 127.82 128.30断裂伸长率（%）
由测试结果可知，吸波复合材料板的拉伸强度约为128.08MPa，具有较好的机械强度，且该材料的密度明显小于金属，说明该材料比金属的比强度要高；然而，其断裂伸长率不高，说明该材料的韧性一般，可以通过共混或接枝改性等方法来改变材料的韧性。吸波
3.5 弯曲实验及结果分析
3个不同试样的弯曲实验对比图如图4所示。
图4 试样弯曲试验比较图Fig 4 Bending curves of samples
从图4可以观察到试样的最大内应力存在较大差别，该现象产生的原因是：试样的规格不同，从而使试样在受到相同的外力作用时会产生不同的形变，从而产生不同的内应力。试样的弯曲强度如表3所示，从表3可知制备吸波复合材料板的弯曲强度为253.04 MPa。
表3 试样弯曲强度计算表Table 3 Bending strength calculation result of samples试样编号 1 2 3 207.41 308.94 242.76 253.04平均值弯曲强度（MPa）
3.6 单层板吸波性能分析
为了研究梯度复合材料板吸波性能的优劣，本文从单层板的研究着手，拟通过Matlab软件模拟出电磁波通过吸波材料的入射及吸收模型，通过进一步优化设计，得到不同吸波剂含量及吸波层厚度共同作用下的梯度复合材料板的最佳比例。
图5为Fe78 Si13 B9吸波剂和环氧树脂在不同质量比（1∶1～6∶1）条件下所制得吸波材料板在频率为2～18GHz的反射衰减曲线。
图5 不同吸波剂含量板材的反射衰减曲线Fig 5 Reflection loss curves of different absorbing agent content composites
从图5曲线可以看出，随着吸波剂含量的增加，反射衰减峰逐渐向低频偏移；当吸波剂与环氧树脂的质量比为3∶1时，吸波材料在6～14GHz范围内显示出优良的吸波性能，反射衰减均在－5d B以下，且在频率为10GHz时，反射衰减值高达－25dB；当吸波剂与环氧树脂质
量比为6∶1时，在2.7～18GHz很宽的频率范围内反射衰减值均小于－4dB，表现出优良的吸波性能，从而为下一步吸波复合材料设计提供有价值的参考。
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