PAN-MWCNTs微納米纖維膜的制備及其層合板復合材料的吸波性能研究.pdf

1、現(xiàn)代社會，人們在生活中相繼遭遇水污染、空氣污染、噪聲污染和電磁污染，電磁污染被稱為第四大污染，過量的微波輻射嚴重影響著人們的身體健康。用碳納米管制備的吸波材料吸波頻帶寬、材料質(zhì)量輕、材料兼容性好，使其在吸波應用領(lǐng)域顯示出良好的發(fā)展前景。靜電紡絲技術(shù)是一種最簡單易行的制備納米纖維的方法，被廣泛的應用在過濾材料、生物醫(yī)用、組織工程和復合材料方面。本課題將多壁碳納米管（MWCNTs）加入聚丙烯腈（PAN）溶液中進行靜電紡絲，旨在將碳納米管和納

2、米纖維的優(yōu)勢結(jié)合起來，制備一種新型的層合板復合材料，探索其在吸波領(lǐng)域的應用。該研究內(nèi)容對納米吸波材料、結(jié)構(gòu)型吸波材料的研究與應用具有一定的借鑒與指導意義。
　　首先，為了探究 PAN溶液的最佳紡絲參數(shù)以制得結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定的微納米纖維膜，本課題利用正交試驗方法對影響 PAN溶液靜電紡絲的三個重要參數(shù)（溶質(zhì) PAN質(zhì)量分數(shù)、施加電壓和接收距離）進行系統(tǒng)研究。通過觀察PAN納米纖維的外觀形態(tài)，分析PAN納米纖維直徑分布，并結(jié)合正交試驗的

3、分析結(jié)果，確定 PAN質(zhì)量分數(shù)是影響納米纖維直徑分布的最重要工藝參數(shù)，并進一步對紡絲工藝參數(shù)進行優(yōu)化，得到優(yōu)化工藝參數(shù)。
　　其次，在優(yōu)化工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，將MWCNTs加入PAN紡絲溶液中，制備PAN/MWCNTs微納米纖維膜。為了改善MWCNTs在PAN溶液中分散均勻性與穩(wěn)定性，對MWCNTs進行酸化處理和接枝改性，研究MWCNTs質(zhì)量分數(shù)的大小對PAN溶液性質(zhì)（黏度和電導率）的影響。測試結(jié)果表明：隨著MWCNTs質(zhì)量分數(shù)的增

4、加，混合溶液的黏度呈指數(shù)上升，電導率呈現(xiàn)大幅增加的趨勢。為了研究 MWCNTs對微納米纖維膜結(jié)構(gòu)、性能的影響，利用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡(TEM）進行觀察分析，結(jié)果表明：MWCNTs對PAN/MWCNTs微納米纖維的形態(tài)、纖維直徑及其變異系數(shù)均有顯著影響。
　　之后對PAN/MWCNTs微納米纖維膜進行拉伸性能測試，分析MWCNTs質(zhì)量分數(shù)對纖維膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響。并對PAN/MWCNTs微納米纖維膜的

5、電學性能進行測試分析。研究發(fā)現(xiàn)， MWCNTs在PAN溶液中的滲流閾值是25wt％。此時材料的介電常數(shù)、介電損耗和電導率出現(xiàn)最大值，當MWCNTs質(zhì)量分數(shù)超過25wt％時，這些參數(shù)值出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象。這一結(jié)論可為研究PAN/MWCNTs微納米纖維膜層合板復合材料的吸波性能研究提供理論基礎(chǔ)。
　　最后，將玻璃纖維和環(huán)氧樹脂作為透波材料，PAN/MWCNTs微納米纖維膜作為吸波材料，利用VARTM方法將玻璃纖維、環(huán)氧樹脂和PAN/MWC

6、NTs微納米纖維膜固化成型，并探究其吸波性能。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當MWCNTs質(zhì)量分數(shù)低于25wt％時，PAN/MWCNTs微納米纖維膜層合板的屏蔽效能隨著MWCNTs質(zhì)量分數(shù)的增加而增加；MWCNTs質(zhì)量分數(shù)超過25wt％后，由于材料的極化作用減弱而導致材料對電磁波的能量衰減作用減小。隨著MWCNTs質(zhì)量分數(shù)的增加，每一個層合板的吸波曲線上的波峰對應的頻率向低頻轉(zhuǎn)移。將含有多層PAN/MWCNTs微納米纖維膜的層合板和單層層合板的屏蔽效能