CN101280144B - 高弹性吸波重防腐纳米涂料 - Google Patents

Abstract

一种高弹性吸波重防腐纳米涂料，其重量比组成为：纳米钛合金1-5％、碳纤维1-10％、铜粉1-10％、四角针晶氧化锌13-25％、磁铅石型铁氧体棒15-30％，环氧改性丙烯酸弹性树脂25-68％；纳米钛合金半径为20-50nm，碳纤维半径20-30nm、长度100-500nm；铜粉为半径20-30nm纳米颗粒；四角针晶氧化锌为半径40-70nm纳米颗粒；磁铅石型铁氧体棒的半径20-100nm，长度100-300nm；环氧改性丙烯酸弹性树脂的ρ＝1.1-1.2。本产品具有超强耐腐功能，长期工作于恶劣腐蚀环境下可保证设备完好无腐蚀，且与基材粘结牢固，具有高弹性，吸波性能优良。

Description

高弹性吸波重防腐纳米涂料

技术领域

本发明涉及涂料，特别涉及一种含有兼具重防腐及吸波特性纳米微粒的高弹复合涂料。

背景技术

目前的重防腐材料主要有防锈颜料、不锈钢片、玻璃鳞片、较负电位金属粉等，但防腐效果并不理想，不能完全满足需求。现有吸波涂料有电阻型，电介质型及磁介质型，也出现了纳米吸波涂料，但已有吸波涂料对基材的粘结力及防护性尚不能满足需求，存在吸波涂料对基材粘结不牢，易开裂剥落，防腐效果不好等缺点。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的不足，提出一种高弹性吸波重防腐纳米涂料，采用具有耐蚀金属之王称谓的钛制备而成的钛合金纳米粉末作为防腐组分与有机树脂键合而成的致密立体网络结构，具有超强耐腐功能，长期工作于恶劣腐蚀环境下可保证设备完好无腐蚀；且该涂料与基材粘结牢固，具有高弹性，吸波性能优良。

本发明的技术方案是，所述高弹性吸波重防腐纳米涂料的重量比组成为：

      纳米钛合金            1％-5％，

      碳纤维                1％-10％，

      铜粉                  1％-10％，

      四角针晶氧化锌        13％-25％，

      磁铅石型铁氧体棒          15％-30％，

      环氧改性丙烯酸弹性树脂    25％-68％；

其中，所述纳米钛合金为半径20nm-50nm的纳米颗粒；碳纤维的半径为20nm-30nm，长度为100nm-500nm；铜粉为半径20nm-30nm的纳米颗粒；四角针晶氧化锌为半径40nm-70nm的纳米颗粒；磁铅石型铁氧体棒的半径为20nm-100nm，长度为100nm-300nm；环氧改性丙烯酸弹性树脂的ρ＝1.1-1.2。

以下对本发明做出进一步说明。

本发明组分的选材原理是：

纳米钛合金：采用有耐蚀金属之王称谓的钛制备而成的钛合金纳米粉末作为防腐组分，这种合金表面键有特殊键合剂能与有机树脂键合而成的致密立体网络结构，具有超强耐腐功能，长期工作于恶劣腐蚀环境下可保证设备完好无腐蚀。

金属微粉：金属微粉吸收剂应具有(1)居里温度高(770K)，温度稳定性好；(2)在磁性材料中，磁化强度最高，微波磁导率较大；(3)介电常数较大。金属微粉在吸波材料领域得到了广泛应用，它主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收电磁波。磁性金属微粉兼有自由电子吸波和磁损耗，磁导率、介电常数大，电磁损耗大，μ’和μ”随频率上升而降低，有利于达到阻抗匹配和展宽吸收频带，再加上磁性金属及合金粉末温度稳定性能好等优点，使其成为吸波材料的主要发展方向。目前主要使用的磁性金属粉是微米级(1～10μm)纯Fe、Co、Ni、Cu及其合金粉。但作为吸波材料，要求材料具有较高的电阻率，否则电磁波将产生反射，而不是吸收。因而导电金属粉末的填充率不可能很高，故金属粉类的吸波材料的低频磁导率小。目前磁性金属粉面临的主要问题是低频(＜2GHz)吸收性能不理想，比重较大。故本发明中，金属铜粉添加量较小，主要作为导电桥接的分散结点，兼具介电损耗性能。

导电纤维：当吸收剂颗粒为圆片或针形时，其吸收能力明显大于球形；同时，导电纤维能起半波谐振子作用，产生感应场，激发耗散电流使电磁波能量转为热能。导电磁性纤维本身还具有很好电磁特性，加入材料中可作为电偶极子来调节介电常数。与传统的吸波材料相比的特点有：(1)质量可降低40～60％；(2)增加材料强度；(3)工作频带宽；(4)能同时吸收表面行波；(5)具有较好的斜入射特性。在铁氧体吸波涂料中加入导电短纤维可大幅提高吸波效应，并展宽吸波频带。虽然金属纤维吸波效果良好，但由于其导电性好，添加量较高时，杂乱分布的纤维易于缠结形成导电网络通路，对电磁波产生屏蔽反射，制约吸收效果；此外，纤维缠结会使高含量纤维涂料的流动性和致密性大为降低，实际涂覆极为困难，故本发明采用适度量的导电碳纤维，从而不致于形成导电网络通路，以保证施工方便及吸波效果。

四角晶系氧化锌：金属和氧化物纳米颗粒、线及薄膜对宽频微波乃至光波具有优异的超宽频吸收性能。纳米金属与氧化物表面原子数量极大，表面原子能带结构不同于体内，呈现量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米粒子有较高的矫顽力，可引起磁滞损耗，界面极化、多重散射及分子分裂能级激发也是重要的吸波机制；表面电子与晶格及电子间的相互作用，在不同频率的电磁波作用下均能被激发，产生宽频吸波效应。纳米氧化物吸收剂主要有单一氧化物和复合氧化物两类，单一氧化物纳米吸收剂主要有Fe₂O₃。、Fe₃O₄、ZnO、Co₃O₄、TiO₂等纳米微粉，复合氧化物纳米吸收剂主要有LaFeO₃。、La_1-xSr_xFeO₃等复合氧化物纳米微粉，不仅吸波性能优异，而且还兼有抑制红外辐射等数种功能。

本发明采用吸波性能最好的四角晶系氧化锌，达到最佳的吸波效果。

铁氧体：铁氧体价格低廉，是发展最早较为成熟的吸波剂。在应用于雷达吸波材料优化设计时，要考虑与其它介质材料的匹配，即需要特定的μ(ω)和ε(ω)材料，并采取分级层状结构，以实现宽带雷达波吸收特性；磁畴的自然共振是铁氧体吸收电磁波的主要机制，当交变电磁场角频率与共振频率相等时，铁氧体大量吸收电磁波能量。按微观结构的不同，铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型，它们均可作吸波材料。许多研究表明，3种铁氧体中六角晶系磁铅石型吸波材料的性能最好。六角晶系磁铅石型铁氧体为片状颗粒，而片状颗粒是吸收剂的最佳形状；其次六角晶系磁铅石型铁氧体具有较高的磁性各向异性等效场，因而有较高的自然共振频率。

目前，国内铁氧体吸波材料的性能水平低于国外，在8～18GHz的频率范围内，反射衰减达到10dB。铁氧体吸波涂层存在的问题是比重大、吸波频率不够宽、要求涂层较厚、高温特性差。其发展方向是与超细纳米粉末和导电磁性纤维吸波剂复合，提高吸波性能。故本发明将其与导电纤维，导电金属微粉，金属氧化物合用，以弥补其不足，又能发挥其特有的性能；因本发明组分中已有四角晶系氧化锌，纤维状碳，片状铜，故考虑到宽谱宽频下具有强吸收的效果，因而铁氧体采用棒状和针状吸波剂与其它吸波剂复合树脂而成吸波涂料。

将重防腐材料作为组分和吸波材料复合于涂料中而得高弹纳米重防腐吸波材料，因钛合金已与树脂键合而成网络结构，并不会形成导电网络而影响吸波材料吸收性能，此外单独的钛合金纳米粒子还具有微粒尺寸小，比表面积大，表面原子比例高，悬挂键增多，从而界面极化和多重散射成为重要的吸波机制。量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级发生分离，分裂的能级间隔正处于微波的能量范围内(10^-2～10^-5eV)，从而形成新的吸波通道，这样复合而得的复合材料具有优异的重防腐兼波效果，或将重防腐涂料作为底涂，吸波涂料作为面涂，从而达到更优的重防腐及吸波性能的高弹纳米重防腐吸波复合材料。

本发明所述高弹性吸波重防腐纳米涂料的一种制备工艺是，按所述比例将环氧改性丙烯酸弹性树脂、纳米钛合金、铜粉、磁铅石型铁氧体棒投入搅拌缸内以1500-2000r/min的搅拌速度高速搅拌分散约十五分钟后，进行研磨分散(细度D＝20-50微米)；之后，再将物料全部移入搅拌缸中，按比例投入碳纤维、四角针晶氧化锌继续以1500-2000r/min的搅拌速度高速搅拌分散约十五分钟，过滤，用稀释剂(可采用二甲苯或醋酸丁醋、丙二醇甲醚醋酸酯)调整粘度，检测出厂。研磨可采用重庆市红旗化工机械有限公司生产的WM系列卧式砂磨机或株洲欧华实业有限公司生产的KFM系列卧式砂磨机；高速搅拌分散可采用江苏省宜兴市鼎盛涂料化工机械有限公司生产的GFJ系列高速分散机；钛合金纳米的制备可采用立式或卧式行星球磨机。

本发明涂料兼具重防腐及吸波隐身功能，由一种超强耐蚀钛合金纳米微粒同广谱宽频下具有强电磁波吸收及损耗率的吸波材料复合成为高弹有机无机复合涂料，它能键合有机物而形成超强耐蚀保护网络的重防腐功能材料发挥其重防腐功能，而吸波材料兼含有电阻型电介质型和磁介质型吸波材料，同时加工到纳米尺度范围内，使吸波材料具有电介性能好、微波磁导率高，温度稳定性好等特点，金属微粉或金属介质组分的尺寸超过趋肤深度值一个数量级或者不多于一个数量级，具有介电性能的组分使均匀分布的金属组分完全绝缘，因而材料的吸波能力最大；本发明通过研究介电常数和磁导率对不同频率波长下的电磁波的吸收及损耗研究确定最佳的吸收电磁能值材料，该吸波材料在热作用、腐蚀作用及其它条件的影响下，吸波材料的结构、成分及性能具备高度的稳定性，从而吸波效果稳定优良。

由以上可知，本发明为高弹性吸波重防腐纳米涂料，它采用具有耐蚀金属之王称谓的钛制备而成的钛合金纳米粉末作为防腐组分与有机树脂键合而成的致密立体网络结构，具有超强耐腐功能，长期工作于恶劣腐蚀环境下可保证设备完好无腐蚀；且该涂料与基材粘结牢固，具有高弹性，吸波性能优良。

具体实施方式

一种高弹性吸波重防腐纳米涂料，它的重量比组成为：纳米钛合金3％、碳纤维8％、铜粉6％、四角针晶氧化锌20％、磁铅石型铁氧体棒26％、环氧改性丙烯酸弹性树脂37％。

其中，所述纳米钛合金为半径20nm-50nm的纳米颗粒；碳纤维的半径为20nm-30nm，长度为100nm-500nm；铜粉为半径20nm-30nm的纳米颗粒；四角针晶氧化锌为半径40nm-70nm的纳米颗粒；磁铅石型铁氧体棒的半径为20nm-100nm，长度为100nm-300nm；环氧改性丙烯酸弹性树脂的ρ＝1.1-1.2。所述纳米钛合金可以用钛合金Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-15Mo、Ti-32Mo、Ti-0.15Pa、Ti-0.12Pa、Ti-2Ni、Ti-4Ni等制备，即可采用其中的任意一种或一种以上(比例不限)钛合金制备纳米钛合金，并可采用已公开的CN101081434说明书记载的技术方案制取。其它各组分物料亦可通过现有技术获得。

将所述物料按前述方法进行高搅及研磨分散即得。

Claims (2)

1. 一种高弹性吸波重防腐纳米涂料，其特征是，它的重量比组成为：

      纳米钛合金                    1％-5％，

      碳纤维                        1％-10％，

      铜粉                          1％-10％，

      四角针晶氧化锌                13％-25％，

      磁铅石型铁氧体棒              15％-30％，

      环氧改性丙烯酸弹性树脂        25％-68％；

其中，所述纳米钛合金为半径20nm-50nm的纳米颗粒；碳纤维的半径为20nm-30nm，长度为100nm-500nm；铜粉为半径20nm-30nm的纳米颗粒；四角针晶氧化锌为半径40nm-70nm的纳米颗粒；磁铅石型铁氧体棒的半径为20nm-100nm，长度为100nm-300nm；环氧改性丙烯酸弹性树脂的ρ＝1.1-1.2。

2. 根据权利要求1所述高弹性吸波重防腐纳米涂料，其特征是：所述纳米钛合金由钛合金Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-15Mo、Ti-32Mo、Ti-0.15Pa、Ti-0.12Pa、Ti-2Ni、Ti-4Ni中的任意一种或一种以上制得。