技术领域
[0001] 本发明属于吸波材料设计领域，具体涉及一种应用于3D打印丝材的电磁参数调控方法。
相关背景技术
[0002] 随着电磁辐射对人体及环境造成的危害越来越大，抑制电磁辐射的问题亟待解决。近年来3D打印技术越来越成熟，将3D打印技术运用于电磁辐射抑制，能实现复合吸波材料的高设计性、高电磁性能、高承载的一体化设计，同时实现电磁性能的调控和优化，满足结构件电磁辐射抑制的需要。
[0003] PEEK(聚醚醚酮)塑胶原料是芳香族结晶型热塑性高分子材料，具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照等特性及良好的电性能。将其与碳纳米管复合后，制备的复合丝材适用于3D打印，且成型件亦符合电磁辐射抑制结构件的需求。由于应用场景不同，对成型件的电磁参数要求不同，这就需要在3D打印前了解复合丝材的电磁参数。为确定PEEK基复合丝材的电磁参数，传统的方法是实验测量，即在3D打印前先制备相应的丝材，打印成标准测试件，再测量标准测试件电磁参数；若电磁参数不符合使用需求，则通过改变复合丝材中吸收剂的质量比，制备相应丝材，打印成标准测试件，然后测量标准测试件电磁参数，不断重复这一过程，直至得到符合使用需求电磁参数的测试件为止，以此来实现对复合丝材的电磁参数的分析。此类实验费时费力，且在不断调整吸收剂质量比的过程中会浪费大量原材料,成本高、环境污染严重等问题。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
[0030] 如图1所示，本实施例提供的一种应用于3D打印丝材的电磁参数调控方法,包括以下步骤：
[0031] 步骤1、碳纳米管本征电磁参数的计算
[0032] S1.1、制备任意比例的PEEK/碳纳米管复合丝材及不添加碳纳米管的仅含有PEEK丝材，并通过3D打印机分别将其打印成标准的测试件，分别命名为第一PEEK/碳纳米管标准测试件和仅含有PEEK标准测试件。
[0033] S1.2、使用矢量网络分析仪分别测试第一PEEK/碳纳米管标准测试件和仅含有PEEK标准测试件的电磁参数。通过查阅相关资料及测试得到PEEK树脂粉末的密度为1.3g/3 3
cm和碳纳米管粉末的密度为0.1g/cm。
[0034] S1.3、通过体积计算公式V＝m/ρ计算出各自在第一PEEK/碳纳米管标准测试件种对应的体积，得到碳纳米管在复合材料中的体积分数f。
[0035] S1.4、基于步骤S1.2所得第一PEEK/碳纳米管标准测试件和仅含有PEEK标准测试件的电磁参数、步骤S1.3所得体积比f，利用麦克斯韦加内特混合公式反解出碳纳米管的本征电磁参数。
[0036] 根据麦克斯麦克斯韦加内特公式中，当吸收剂为针状时的计算公式计算出碳纳米管的电磁参数；
[0037] 麦克斯麦克斯韦加内特公式中，当吸收剂为针状时的计算公式为：
[0038]
[0039] 其中∈eff指的是第一PEEK/碳纳米管标准测试件的电磁参数，∈e指的是仅含有PEEK标准测试件的电磁参数，f指的是碳纳米管所占的体积分数，∈i指所求碳纳米管的电磁参数，将公式里的∈替换成u，即可计算出碳纳米管的磁导率，从而得到碳纳米管的本征电磁参数。
[0040] 步骤S2、碳纳米管本征电磁参数的验证
[0041] S2.1、提高或降低碳纳米管在第一PEEK/碳纳米管标准测试件中的质量比例，提高记作第二比例，降低记为第三比例，分别计算第二比例、第三比例中碳纳米管在各自中所占的体积比；基于第二比例的体积比、步骤S1.4反解的碳纳米管本征电磁参数和步骤S1.2测试的仅含有PEEK标准测试件电磁参数，利用麦克斯韦加内特混合公式计算出第二比例电磁参数；基于第三比例的体积比、步骤S1.4反解的碳纳米管本征电磁参数和步骤S1.2测试的仅含有PEEK 标准测试件电磁参数，利用麦克斯韦加内特混合公式计算出第三比例电磁参数。
[0042] S2.2、制备第二比例和第三比例的PEEK/碳纳米管复合吸波丝材，通过3D打印机将其分别打印成标准的测试件，并分别测试其电磁参数。
[0043] S2.3、将步骤S2.1求解出的电磁参数和步骤S2.2测试出的电磁参数分别进行平板反射率仿真计算、比较，其得到的计算结果表明第二比例和第三比例求解电磁参数与测试所得电磁参数误差在工程要求范围内。
[0044] 本实施例中，所制备的PEEK/碳纳米管复合丝材的配方比例如下表：
[0045]名称 PEEK 碳纳米管
第一比例 14份 1份
第二比例 12份 1份
第三比例 16份 1份
[0046] 上述三种比例所制备的PEEK/碳纳米管复合丝材中碳纳米管的体积分数f如下表：
[0047]名称 f
第一比例 48.15％
第二比例 51.99％
第三比例 44.83％
[0048] 测试出的第一、第二、第三比例的PEEK/碳纳米管复合丝材打印测试件电磁参数参阅图2，计算出的第一、第二、第三比例的PEEK/碳纳米管复合丝材打印测试件电磁参数参阅图3。
[0049] 图4为比例2和比例3计算和测试的电磁参数进行对比，图5为利用比例2和比例3计算和测试的电磁参数反射率对比。参阅图4、图5可知，第二比例和第三比例求解电磁参数与测试所得电磁参数误差在工程要求范围内，符合使用需求。本实施例提供的方法具备可行性。
[0050] 利用上述方法能够计算PEEK/碳纳米管任意比例下的电磁参数，具体为：
[0051] 利用权利要求1所述的电磁参数计算方法结合计算机辅助软件编写优化设计软件，在软件上，根据应用需求改变碳纳米管的比例来改变PEEK基复合丝材的电磁参数；即可自动计算得到该比例下的碳纳米管电磁参数。如图6所示，使用时，只需改变碳纳米管的体积分数，可实现PEEK/碳纳米管任意频段、任意填充比例下电磁参数的计算，从而实现了3D打印PEEK 基复合丝材电磁参数的调控设计。
