CN101235206A

CN101235206A - 核-壳型轻质宽频复合吸波材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101235206A
Application number: CNA2008100705971A
Authority: CN
Inventors: 熊国宣; 邓敏; 徐玲玲; 陆春华; 邓雪萍; 曾东海
Original assignee: East China Institute of Technology
Current assignee: East China Institute of Technology
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2008-08-06

Abstract

本发明公开了一种核－壳型轻质宽频复合吸波材料及其制备方法。该复合吸波材料由羰基铁粉(CIP)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚苯胺(PANI)和石蜡组成，其中CIP、PMMA和PANI形成双层包覆核－壳型结构，然后与石蜡混合制成轻质宽频复合吸波材料。本发明复合吸波材料具有双层包覆核－壳型结构，既有磁损耗层，又有电损耗层，且在这两层间设计了一个透波层，使其宽频吸波性能得到明显提高，在2～18GHz测试频率范围内，反射率均小于－7dB，反射率小于－10dB的连续带宽达10.2GHz，具有较好的宽频吸波性能，且具有较小的密度，达到防止电磁辐射对人体的危害和对设备的影响，同时还能干扰雷达探测，使军事目标避免军事打击。

Description

核-壳型轻质宽频复合吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合功能材料技术领域，涉及一种核-壳型轻质宽频复合吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，电子、通讯、计算机与电器设备等进入家庭，导致城市空间人为电磁能量逐年增长，使有限空间内的电磁环境更为恶化，电磁辐射(电磁波频率一般在5GHz内)已成为人类第四污染源，恶化的电磁环境不仅对人们日常的通讯、计算机、运输业和其它电子系统造成危害，而且会对人们的身体健康带来威胁。在军事方面，雷达仍是探测目标最主要和最可靠的设备，且不断向高频化和宽频方向发展，其主要工作频段在2～18GHz内。这就要求军用目标在较高的宽频范围内具备优良的吸波性能，达到干扰雷达探测，以避免敌方的军事打击。通常情况下用于军事目标的吸波材料的反射率小于-10dB才有实际应用价值，且反射率小于-10dB的连续带宽越大越好；用于民用的电磁波防护材料，其反射率小于-7dB就有一定的实际使用价值。

目前吸波材料的研究主要集中在铁氧体、羰基铁粉、纳米材料、纤维和有机聚合物等方面，其中铁氧体和羰基铁粉吸波材料已应用到实际工程中。国内外针对羰基铁粉吸波材料的研究主要有以下几种，如《材料工程》2006，(4)：8-11，上公开的单层雷达吸波材料研究，以羰基铁粉与聚氯乙烯为原料，制备厚度为3.2mm的吸波贴片，在2～18GHz波段内反射率小于-10dB的带宽只有2GHz；北京科技大学学报，2006，28(8)：766-769公开的复合型雷达吸波材料，公开了一种由羰基铁粉和导电聚苯胺(PAN)复合而成的新型宽频带雷达吸波材料，在6～18GHz范围内，厚度为0.9mm的单层吸波涂层的吸收量达5dB，且通过设计还可以进一步拓宽频带和增强吸收；把导电聚苯胺与羰基铁粉以2∶8的比例制成复合粉，然后将复合粉与聚脲粘合剂以2∶8的比例混合制成2.0mm厚的吸波涂料，在2～12GHz的频段范围可获得优于-10dB的吸波性能；《PolymerDegradation and Stability》，2001，73：1～5.公开的羰基铁粉与碳黑复合的聚氯丁二烯复合吸波材料，厚度为2.0mm的复合材料在8～16GHz的频段范围内的反射率均小于-5dB，小于-10dB的有效带宽仅4GHz左右。

上述研究存在以下一些问题：(1)吸波性能不理想，主要体现为较薄的吸波涂料其有效吸收频带不宽，除研究的一项复合材料反射率小于-10dB带宽能够达到10GHz外，其它的仅有4GHz左右；(2)涂层密度偏大，一般都在5.0kg/m³以上，主要是羰基铁粉用量偏多，且涂层厚度偏厚，理想的涂层密度应在3.5kg/m³以内，厚度不太于1.0mm。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，通过以羰基铁粉(CIP)作为电磁波的磁损耗层，在其表层均匀包覆一层PMMA透波层，然后再在PMMA上包覆一层PANI电损耗层，得到双层包覆核-壳型轻质宽频复合吸波剂CIP/PMMA/PANI，以提高吸波性能和降低涂料密度与厚度。

本发明所述核～壳型轻质宽频复合吸波材料由羰基铁粉CIP、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA、聚苯胺PANI和石蜡制成。其中羰基铁粉、聚甲基丙烯酸甲脂和聚苯胺形成双层包覆核-壳型结构，简写为CIP/PMMA/PANI，然后与石蜡混合制成轻质宽频复合吸波材料。

本发明所述核壳型轻质宽频复合吸波材料CIP与PMMA的质量百分比为33～40∶67～60、CIP/PMMA与PANI的质量百分比为60～70∶40～30、CIP/PMMA/PANI与石蜡的质量百分比为30～50∶70～50。

本发明所述的核壳型轻质宽频复合吸波材料由以下制备方法制得：(1)采用原位复合技术使甲基丙烯酸甲酯(MMA)在CIP表面发生聚合反应，所得固体用盐酸及蒸馏水清洗后置于烘箱内烘干、研磨、磁选得到CIP/PMMA复合材料；(2)利用化学氧化法和原位复合技术使苯胺单体在CIP/PMMA上发生聚合反应，反应结束后过滤，依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤；过滤物真空干燥，磁选后得到CIP/PMMA/PANI复合材料；(3)CIP/PMMA/PANI复合材料与熔融石蜡采用机械混合，制得吸波涂料。

本发明所述的核壳型轻质宽频复合吸波材料制备方法包括以下步骤：(1)CIP/PMMA复合材料的制备

将羰基铁粉加入含γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂的乙酸乙酯溶液中，强力搅拌，得到硅烷偶联剂处理过的CIP；将处理过的CIP加到乙醇水溶液中，超声分散并搅拌，再加入甲基丙烯酸甲酯，加入量使PMMA∶CIP的质量比为2∶1，升温至65～70℃时，滴加过硫酸胺，硫酸胺与苯胺的摩尔比为1∶1，水溶液引发反应，保温1～1.5h后反应结束，将所得固体用盐酸及蒸馏水清洗后置于80～85℃烘箱内烘干10～12h、研磨15～20min、磁选得到CIP/PMMA复合材料；(2)CIP/PMMA/PANI双层包覆核-壳型复合材料的制备：将上述CIP/PMMA复合材料置于装有盐酸的烧杯中，超声波分散并搅拌；再加入苯胺单体，加入量以CIP/PMMA/PANI复合材料中的PANI质量含量达40wt％计算，然后缓慢滴加过硫酸铵水溶液，温度控制在8～10℃，反应结束后过滤，依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤；过滤物在80～85℃真空干燥10～12h，磁选后得到CIP/PMMA/PANI复合材料；(3)吸波涂层的制备：将复合材料与熔融的石蜡均匀混合，然后倒在截面为金属铝板上，抹平表面，形成厚度为1～2mm的吸波涂层。

本发明由于CIP/PMMA/PANI复合材料中的羰基铁粉用量相应较低，其减少的量用密度较小的聚苯胺替代，使得复合材料的密度明显降低。本发明复合吸波材料具有双层包覆核-壳型结构，既有磁损耗层，又有电损耗层，且在这两层间设计了一个透波层，使其宽频吸波性能得到明显提高，在2～18GHz测试频率范围内，反射率均小于-7dB，反射率小于-10dB的连续带宽达10.2GHz，具有较好的宽频吸波性能，且具有较小的密度，达到防止电磁辐射对人体的危害和对设备的影响，同时还能干扰雷达探测，使军事目标避免军事打击。

附图说明

图1为本发明复合材料的SEM图；

图2为本发明复合材料的TEM图；

图3为本发明复合材料厚度为1.0mm的吸波涂层反射率与频率关系图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

1、CIP/PMMA复合材料的制备

取羰基铁粉(CIP)10克，将羰基铁粉(CIP)加入到50ml含γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂的乙酸乙酯溶液中，强力搅拌，得到硅烷偶联剂处理过的CIP；将处理过的CIP加到乙醇水溶液中，超声分散并搅拌，再加入甲基丙烯酸甲酯，升温至65℃时，滴加过硫酸胺水溶液引发反应(2h滴完)，保温1h后反应结束，将所得固体用盐酸及蒸馏水清洗后置于80℃烘箱内烘干12h、研磨15min、磁选得到CIP/PMMA复合材料，使CIP与PMMA的质量百分比为33∶67。

2、CIP/PMMA/PANI双层包覆核-壳型复合材料的制备

将第1步中制得的CIP/PMMA复合材料置于装有盐酸的烧杯中，超声波分散并搅拌；再加入苯胺单体(加入量以CIP/PMMA/PANI复合材料中的PANI质量含量达40wt％计算)，然后缓慢滴加过硫酸铵水溶液，温度控制在10℃，滴完后继续反应2h，反应结束后过滤，依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤；过滤物在80℃真空干燥12h，磁选后得到CIP/PMMA/PANI复合材料。

3、吸波涂层的制备

CIP/PMMA/PANI复合材料与石蜡的质量百分比为30∶70，将CIP/PMMA/PANI复合材料与熔融的石蜡均匀混合，然后倒在截面为180mm×180mm的金属铝板上，抹平表面，形成厚度为1.0mm的吸波涂层，然后采用弓形反射法测其反射率，结果见图3。

本发明复合材料的SEM图见图1、TEM图见图2。

实施例2：

本实施例CIP与PMMA的质量百分比为40∶60、CIP/PMMA与PANI的质量百分比为70∶30、CIP/PMMA/PANI与石蜡的质量百分比为50∶50；在CIP/PMMA复合材料的制备过程中，加入甲基丙烯酸甲酯后，升温至65～70℃时，滴加过硫酸胺；水溶液引发反应，保温1～1.5h后反应结束，将所得固体用盐酸及蒸馏水清洗后置于80～85℃烘箱内烘干10～12h、研磨15～20min、磁选得到CIP/PMMA复合材料。在CIP/PMMA/PANI双层包覆核-壳型复合材料的制备过程中，滴加过硫酸铵水溶液，温度控制在8～10℃，反应结束后过滤，依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤；过滤物在80～85℃真空干燥10～12h，磁选后得到CIP/PMMA/PANI复合材料。其它工艺方法及参数与实施例1相同。

实施例3：

本实施例CIP与PMMA的质量百分比为35∶65、CIP/PMMA与PANI的质量百分比为65∶35、CIP/PMMA/PANI与石蜡的质量百分比为40∶60，其它工艺方法及参数与实施例2相同。

实施例4：

本实施例CIP与PMMA的质量百分比为35∶65、CIP/PMMA与PANI的质量百分比为65∶35、CIP/PMMA/PANI与石蜡的质量百分比为40∶60，其它工艺方法及参数与实施例1相同。

实施例5

本实施例CIP与PMMA的质量百分比为34∶66、CIP/PMMA与PANI的质量百分比为68∶32、CIP/PMMA/PANI与石蜡的质量百分比为35∶65，其它工艺方法及参数与实施例1相同。

Claims

1、一种核壳型轻质宽频复合吸波材料，其特征在于：由羰基铁粉CIP、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA、聚苯胺PANI和石蜡制成，其中羰基铁粉、聚甲基丙烯酸甲脂和聚苯胺形成双层包覆核-壳型结构，简写为CIP/PMMA/PANI，然后与石蜡混合制成轻质宽频复合吸波材料。

2、根据权利要求1所述的核壳型轻质宽频复合吸波材料，其特征在于：CIP与PMMA的质量百分比为33～40∶67～60、CIP/PMMA与PANI的质量百分比为60～70∶40～30、CIP/PMMA/PANI与石蜡的质量百分比为30～50∶70～50。

3、根据权利要求1或2所述的核壳型轻质宽频复合吸波材料，其特征在于：由以下制备方法制得：

3.1采用原位复合技术使甲基丙烯酸甲酯(MMA)在CIP表面发生聚合反应，所得固体用盐酸及蒸馏水清洗后置于烘箱内烘干、研磨、磁选得到CIP/PMMA复合材料；

3.2利用化学氧化法和原位复合技术使苯胺单体在CIP/PMMA上发生聚合反应，反应结束后过滤，依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤；过滤物真空干燥，磁选后得到CIP/PMMA/PANI复合材料；

3.1CIP/PMMA/PANI复合材料与熔融石蜡采用机械混合，制得吸波涂料。

4、根据权利要求3所述的核壳型轻质宽频复合吸波材料，其特征在于：按以下步骤制得：

4.1CIP/PMMA复合材料的制备

将羰基铁粉加入含γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂的乙酸乙酯溶液中，强力搅拌，得到硅烷偶联剂处理过的CIP；将处理过的CIP加到乙醇水溶液中，超声分散并搅拌，再加入甲基丙烯酸甲酯，加入量使PMMA∶CIP的质量比为2∶1，升温至65～70℃时，滴加过硫酸胺，硫酸胺与苯胺的摩尔比为1∶1，水溶液引发反应，保温1～1.5h后反应结束，将所得固体用盐酸及蒸馏水清洗后置于80～85℃烘箱内烘干10～12h、研磨15～20min、磁选得到CIP/PMMA复合材料；

4.2CIP/PMMA/PANI双层包覆核-壳型复合材料的制备

将上述CIP/PMMA复合材料置于装有盐酸的烧杯中，超声波分散并搅拌；再加入苯胺单体，加入量以CIP/PMMA/PANI复合材料中的PANI质量含量达40wt％计算，然后缓慢滴加过硫酸铵水溶液，温度控制在8～10℃，反应结束后过滤，依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤；过滤物在80～85℃真空干燥10～12h，磁选后得到CIP/PMMA/PANI复合材料；

4.3吸波涂层的制备

将复合材料与熔融的石蜡均匀混合，然后倒在截面为金属铝板上，抹平表面，形成厚度为1～2mm的吸波涂层。