功能高分子材料在武器上的应用研究

功能高分子材料在武器上的应用研究

摘要：介绍国外导电、压电、热电功能材料、智能材料、生物功能等高分子材料在武器上的应用研究与发展状况。

关键词：功能高分子、武器、应用研究。

1前言

功能高分子材料诞生了半个多世纪可至今尚无确切的定义。通常是指受热、光、电、离子等物理化学刺激时所产生的质和量或其中之一种变化而显示出的功能高分子材料。功能高分子除了在主链或支链含有功能官能团,或者基于分子的立体效应,相斥、接近效应、分子量效应等高分子效应使材料本身具有高功能之外,多通过薄膜化、多孔化、微形化、纤维化、复合化等一定形态来发挥功能。武器用功能高分子材料大多是具有物理功能的材料如导电、压电、热电、防辐射、防中子材料等。高技术现代化常规战争大大提高了武器的对抗性,未来的智能武器、隐形武器、电子战争武器、激光武器、大功率微波武器以及新概念软杀伤武器的设防,使功能材料成为关键技术。据有关资料介绍,美国陆军准备设立常规兵器智能化和二十一世纪人工智能武器的研究计划,其目的是为未来的常规战争以智能机器人作战为主要形式的地面战争作准备,武器系统的智能化,主要表现为运载系统的自主多功能智能驾驶,实施的智能战场管理,智能化兵器和技术装备。该项计划的实施,需要大量高性能功能高分子材料。智能化功能材料。目前国外已研制出许多功能高分子材料,如导电材料,防中子、辐射、隐身功能材料和生物高分子功能材料等,对国防与武器现代化的发展起到重要作用。材料

2.1 导电功能材料.

导电性功能高分子材料大致可分为两大类:一类是复合型导电材料,另一类是分子结构本身具有导电性的导电高分子。前者是由母体树脂与金属粉末、炭黑等导电性填料模塑而成, 或者采用电镀、喷镀等方法在塑料制品表面覆金属或涂敷导电性涂料。导电性功能塑料的用途以防止带电和除去静电为目的,在半导体材料、防带电材料、导电性材料、高导电性材料等多种领域应用。日本08 年代用导电性功能塑料制作了电气雷管塞栓,开辟了其在武器上的应用领域。在武器系统中,特别是坦克装甲车辆、飞机等,装备了大量的电子设备, 如坦克中的激光测距仪、液视仪、红外瞄准装置和微处理机等。这些电子设备可供武器系统快速而准确地探测和识别目标,并在远距离上极为准确地击中或摧毁目标。然而电子设备的使用会产生大量的电磁波,有的电子仪器可发射出高达10 w /c mZ的电磁波能。电磁波由电场和磁场构成。两者在对立垂直区域中发射电磁波。当遇到导电的非金属材料—导电功能塑料时,就部分地被反射并吸收。导电的金属材料可对电磁波进行全部的反射,反射出的伪装物体亦形成辐射能量,造成与背景的对比度。而具有导电填料的塑料可对8 0 纬的电磁波进行反射,20 % 的吸收,导电功能塑料可有效地对高频电磁波进行防护,一般采用对塑料进行喷镀金属,添加金属块、条、粉末等方法进行,也可采用导电填料如金属丝、石墨、炭黑、镀金属、玻璃纤维或玻璃球,可用的导电金属有铜、锌、镍、等。武器防护常用导电功能塑料有:聚醋、尼龙、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸醋、聚苯醚、酚醛塑料等。鉴于伪装材料需求轻质高强的使用性能,最好选用塑料薄膜或泡沫塑料来作导电塑料.常用的塑料薄膜有聚乙烯、聚醋薄膜等。泡沫塑料有:聚氨醋、聚醋、聚氯乙烯和酚醛泡沫等。薄膜和泡沫材料成型后,即可用来制备伪装装置。一般以着色薄膜为上下表面层,以泡沫塑料为夹层材料,形成相互叠加的复合结构。在武器系统中装配上述结构的伪装装置,电磁波经过武器装备金属外壳被反射而衰减,被衰减的电磁波能再经过这种塑料薄膜进行二次反射并

吸收,使电磁波基本上消失或衰减到最低程度,与背景不再产生大的对比度,毫米波和厘米波雷达难于探测。若在武器系统内壁和外部装甲装配一层或若干层导电塑料,对电磁波也具有良好的防护作用。

2.2 压电功能高分子材料

其施加电压时则发生形变,物质的这种性质称为压电性。具有这种压电性的高分子材料是由日本发现聚偏氟乙烯具有压电性开始问世的,它作为一种换能材料越来越受到人们的重视。压电高分子功能材料与无机压电材料相比,具有下列优点:( 1 )密度和弹性模量低,声阻抗接近水、生物的值;(2 ) 导热率低;(3 ) 介电常数低;( )4 制造薄膜,特别是大面积薄膜较容易,富有柔性,即使受到冲击,弯曲也不会破损;(5 ) 机械加工性好。武器用压电功能材料除具有优异的压电特性外,还兼有热释电效应和铁电效应等,是一种很有前途的多功能新材料。报道较多的是高分子一一陶瓷复合体和聚偏氟乙烯压电薄膜。

高分子一一陶瓷复合体是由强介电性陶瓷和高分子复合而成的压电复合材料。它既保持了高分子的柔韧性,又具有陶瓷优良的压电性能。聚偏氟乙烯是由日本河合平司发现其驻极体有很强的压电性以来,被作为一种换能材料受到世界各国的广泛重视并积极开发研究,并推广应用。压电塑料可用作压电引信、药筒、发射体用冲击传感器等。自P V D F 压电薄膜实施以后就逐步取代了原来使用的无机陶瓷材料。P V D F 压电薄膜除了用于军工以外,还可制作多种诊断医疗器械传感器。作为一种新的换能材料,P V D F 压电薄膜被广泛应用于国民经济的许多部门如电声、超声、无损测试、监测、地震预报、海洋资源探测以及各种压电转换、热电转换领域。某些物质受外力则产生电荷,反之,若对其施加电压时则发生形变,物质的这种性质称为压电性。具有这种压电性的高分子材料是由日本发现聚偏氟乙烯具有压电性开始问世的,它作为一种换能材料越来越受到人们的重视。压电高分子功能材料与无机压电材料相比,具有下列优点:( 1) 密度和弹性模量低,声阻抗接近水、生物的值;(2 ) 导热率低;(3 ) 介电常数低;(4 )制造薄膜,特别是大面积薄膜较容易,富有柔性,即使受到冲击,弯曲也不会破损;(5 ) 机械加工性好。武器用压电功能材料除具有优异的压电特性外,还兼有热释电效应和铁电效应等,是一种很有前途的多功能新材料。报道较多的是高分子一一陶瓷复合体和聚偏氟乙烯(P v D F) 压电薄膜。高分子一一陶瓷复合体是由强介电性陶瓷和高分子复合而成的压电复合材料。它既保持了高分子的柔韧性,又具有陶瓷优良的压电性能。聚偏氟乙烯是由日本河合平司发现其驻极体有很强的压电性以来,被作为一种换能材料受到世界各国的广泛重视并积极开发研究,并推广应用。压电塑料可用作压电引信、药筒、发射体用冲击传感器等。自P V D F 压电薄膜实施以后就逐步取代了原来使用的无机陶瓷材料。P V D F 压电薄膜除了用于军工以外,还可制作多种诊断医疗器械传感器。作为一种新的换能材料,P V D F 压电薄膜被广泛应用于国民经济的许多部门如电声、超声、无损测试、监测、地震预报、海洋资源探测以及各种压电转换、热电转换领域。

2.3 热电功能高分子材料

由于温度变化而引起某些材料内部的正负电荷中心的相对位移,使它们激发到极化温度发生变化,从而导致材料两个表面上出现符号相反的束缚电荷,这种现象称之为热释电效应。具有这种效应的高分子材料叫做热电功能高分子材料。传统的热电材料主要有硫酸三甘酞、担酸铿、钦酸铅、错钦酸铅等。这些材料具有优良的热电性能,其工艺复杂,成本高、质脆易碎等特点。随着人们对换能材料的深入研究,高分子聚合物已成为一种引人注目的换能材料。热电高聚物的研究始于70 年代初,发现P V D F除具有压电性外,还具有优良的热电效应,揭开了热电功能高聚物研究的序幕。一系列研究表明,高分子产生热电性的机理和产生压电性一样,所以显示压电性的许多材料也显示热电性。这类材料有p V D F、P v F、P v e、尼龙、高分子—陶瓷复合热电体如P v D F / P Z T、P V D F /P b.T IO3等。热电高分子材料与其它热电材料相比,具有加工性好,可薄膜化和大面积化,介电常数低,富有柔软性、机械