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本文以沥青基碳纤维和普通纺织纤维为原料,以热风法非织造布工艺或化学粘合法非织造布工艺为手段,设计制作了不同碳纤维含量的、在8~18GHz频率范围内具有一定雷达波吸收性能的非织造布。系统地研究了这种非织造布对雷达波的吸收性能与非织造布中碳纤维的含量、碳纤维的绝缘状态,以及与非织造布厚度的关系。通过分析导电纤维在高频电磁场中电磁感应和散射的状态,有耗导电纤维对电磁波的吸收机理,并引入碳纤维对电磁波谐振吸收的机理以及导电纤维集合体在高频电磁场中因相互之间的电磁耦合作用而产生的“交流导通”的概念,阐明了含碳纤维非织造布的电磁波吸收机制,证明非织造布的反射率与其中碳纤维的体积含量有关,同时与非织造布的厚度也密切相关;而碳纤维的表面绝缘状态对反射率的影响不大,且影响程度与频率有关。在此基础上,根据非织造布中碳纤维之间的电磁耦合原理,结合复合材料的电磁参数与其中各组成成分的电磁参数之间关系的理论,解释了用远场RCS测试法测试得到的具有一定厚度的非织造布反射率曲线与碳纤维含量之间的关系,以及反射率与非织造布中碳纤维绝缘状态之间的关系。碳纤维绝缘处理前后非织造布反射率的差异,证明了非织造布中“交流导通”现象的存在。利用波导法测试技术,测量了不同碳纤维含量的非织造布的电磁参数,并运用等效传输线模拟的方法,根据非织造布的电磁参数计算非织造布的反射率。结果显示,根据理论模拟计算的结果与实测结果符合得非常好。这证明等效传输线理论适用于含碳纤维非织造布,是进一步开发利用这种材料的有力工具。
含碳纤维非织造布具有原料和加工成本低、重量轻、吸收雷达波的能力强、而且吸波频段宽等特点,是地面目标防雷达隐身的理想候选材料之一。
本文引入了利用复合材料的电磁参数同其中各组分电磁参数的关系理论来比较研究不同吸收剂电磁参数的方法,并利用这种方法,在8~18GHz频率范围内测量了几种常用纺织纤维的电磁参数(包括毛纤维、棉纤维和涤纶纤维等),比较研究了有机导电纤维、不同温度碳化生产的碳纤维等纤维材料,导电炭黑、碳纳米管、未掺杂和用质子酸掺杂的聚吡咯等电损耗型吸收材料,以及六角晶系铁氧体、纳米晶材料、羰基铁粉等磁损耗材料的电磁参数,并在此基础上对其吸波性能进行评价。测试结果显示,不同结构的导电碳黑经球磨处理后,其电磁参数是接近的;常用纺织纤维对8-18GHz电磁波的吸收能力非常微弱;碳纤维的电磁参数以及对电磁波的损耗吸收能力与碳化生产的温度有关;碳纳米管和铁系纳米晶材料具有出色的电磁波吸收性能,但是碳纳米管的吸波能力与结构密切相关。一旦其管状纳米结构被氧化剂或机械外力所破坏,吸波性能的优势随即丧失;质子酸掺杂是影响导电聚吡咯电磁参数和电损耗能力的重要因素,是设计这种材料吸波性能的关键手段之一。