固体所在高性能纤维增强树脂基透波复合材料研究方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院固体所高分子与复合材料研究部田兴友研究员和张献研究员团队在雷达罩用高强度高透波材料研究方面取得新进展，采用原位聚合在聚对苯撑苯并二噁唑纤维表面构建了纳米级的二氧化硅纳米线，显著提高与聚四氟乙烯树脂之间的结合力，使聚对苯撑苯并二噁唑/聚四氟乙烯复合材料保持良好的透波性能。相关研究成果以“Significantly improved interfacial properties of silicon dioxide nanowire functionalized Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) (PBO) fibers/polytetrafluoroethylene (PTFE) wave-transparent laminated composites”为题发表在Journal of Materials Science & Technology (J. Mater. Sci. Technol., 183,232(2024))上。

聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)和聚四氟乙烯树脂(PTFE)由于其优异的介电性能已被广泛认为是未来高频应用领域的优秀波透明材料。然而，这两种材料由于化学活性较低导致其界面结合力较低，使得复合材料的整体力学性能较差。针对这个问题，常规的方式是采用物理（等离子体改性等）或化学（强酸处理等）方法对PBO纤维表面进行改性。但这些方法会影响PBO纤维的结构，降低PBO纤维的性能。

鉴于此，研究人员采用全新的原位接枝方法,通过硅烷之间的脱水缩合在PBO纤维表面成功生长了多孔二氧化硅纳米线，在不影响PBO纤维本身的前提下提高了其与树脂之间的结合力。结果表明，二氧化硅纳米线的引入大大提高了PBO纤维表面的粗糙度，同时起到界面锚定作用，显著提高了PBO与PTFE之间的界面结合力。与未处理的纯PBO相比，层间剪切强度（ILSS）的值提升了58.6%，弯曲强度（FS）提高了32.9%。此外，PBO/PTFE复合材料的透波率达到90%以上，能够满足未来雷达罩在高频场景下的应用。

该研究工作为高性能纤维改性提供了一种新思路。张献研究员和肖超博士为文章的共同通讯作者，硕士生和旭升为论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.09.052

图1. PBO/PTFE透波复合材料的制备工艺图。

图2. 不同阶段PBO纤维的扫描电镜图(a1 - c1)和原子力电镜图 (a2 -c2)。

图3. 不同PBO纤维/PTFE透波层合复合材料的ILSS(a)和FS(b)。

图4. 10GHz时不同PBO纤维/PTFE透明波复合材料透波率（T)