固體所在高性能纖維增強樹脂基透波複合材料研究方麵取得新進展

近期 ，中國科學院合肥物質院固體所高分子與複合材料研究部田興友研究員和張獻研究員團隊在雷達罩用高強度高透波材料研究方麵取得新進展 ，采用原位聚合在聚對苯撐苯並二噁唑纖維表麵構建了納米級的二氧化矽納米線 ，顯著提高與聚四氟乙烯樹脂之間的結合力 ，使聚對苯撐苯並二噁唑/聚四氟乙烯複合材料保持良好的透波性能 。相關研究成果以“Significantly improved interfacial properties of silicon dioxide nanowire functionalized Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) (PBO) fibers/polytetrafluoroethylene (PTFE) wave-transparent laminated composites”為題發表在Journal of Materials Science & Technology (J. Mater. Sci. Technol., 183,232(2024))上 。

聚對苯撐苯並二噁唑纖維(PBO)和聚四氟乙烯樹脂(PTFE)由於其優異的介電性能已被廣泛認為是未來高頻應用領域的優秀波透明材料 。然而 ，這兩種材料由於化學活性較低導致其界麵結合力較低 ，使得複合材料的整體力學性能較差 。針對這個問題 ，常規的方式是采用物理（等離子體改性等）或化學（強酸處理等）方法對PBO纖維表麵進行改性 。但這些方法會影響PBO纖維的結構 ，降低PBO纖維的性能 。

鑒於此 ，研究人員采用全新的原位接枝方法,通過矽烷之間的脫水縮合在PBO纖維表麵成功生長了多孔二氧化矽納米線 ，在不影響PBO纖維本身的前提下提高了其與樹脂之間的結合力 。結果表明 ，二氧化矽納米線的引入大大提高了PBO纖維表麵的粗糙度 ，同時起到界麵錨定作用 ，顯著提高了PBO與PTFE之間的界麵結合力 。與未處理的純PBO相比 ，層間剪切強度（ILSS）的值提升了58.6% ，彎曲強度（FS）提高了32.9% 。此外 ，PBO/PTFE複合材料的透波率達到90%以上 ，能夠滿足未來雷達罩在高頻場景下的應用 。

該研究工作為高性能纖維改性提供了一種新思路 。張獻研究員和肖超博士為文章的共同通訊作者 ，碩士生和旭升為論文的第一作者 。該研究得到了國家自然科學基金的支持 。

文章鏈接 ：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.09.052

圖1. PBO/PTFE透波複合材料的製備工藝圖 。

圖2. 不同階段PBO纖維的掃描電鏡圖(a1 - c1)和原子力電鏡圖 (a2 -c2) 。

圖3. 不同PBO纖維/PTFE透波層合複合材料的ILSS(a)和FS(b) 。

圖4. 10GHz時不同PBO纖維/PTFE透明波複合材料透波率（T)