CN101891910A

CN101891910A - 复合雷达吸波薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN101891910A
Application number: CN 201010264404
Authority: CN
Inventors: 韩喜江; 李雪爱; 徐平; 杜耘辰; 张鹏
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2010-11-24

Abstract

复合雷达吸波薄膜及其制备方法，它涉及一种磁性无机-有机复合吸波薄膜及其制备方法。它解决了现有技术操作过程复杂、实用性差、污染严重等问题。复合雷达吸波薄膜由磁性粉末、有机载体、硅烷偶联剂和有机膨润土制成。其制备方法是将磁性粉末处理后，通过一定的方式使其在有机载体中均匀分散后铺展成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中引入外加磁场，使薄膜中的磁性颗粒在外磁场作用下改变原来的排列方式，从而改变薄膜的吸波性能，制备出的薄膜厚度一般在0.3mm～0.6mm之间。此方法可以应用于制备其它磁性材料且此复合吸波薄膜具有高效、轻质和厚度薄的优点，可用于电磁屏蔽材料，在超薄型雷达波吸收材料中有广阔的应用前景。

Description

复合雷达吸波薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合吸波薄膜及其制备方法。

背景技术

无线通讯设备的普遍使用及电子信息技术的迅猛发展在给人们带来极大便利的同时也引起了越来越严重的电磁污染，因此高频电磁吸波材料引起了人们的广泛关注。

从目前对薄膜的研究结果来看，实现薄膜的主要方式是镀膜(化学镀、电镀)及磁控溅射，这两种方式获得的薄膜多为非柔性，操作过程及使用设备较为复杂，耗能大，实用性差，而且在现场应用过程中，有机溶剂的使用造成环境污染；而薄膜型吸波材料可以使吸波材料在原有吸波效果的基础上具有薄膜的特性，重量轻、厚度薄，无需固化、无需喷涂工艺设备条件，无有机溶剂的污染，符合环保要求，在电磁屏蔽材料和超薄型雷达波吸收材料中有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有薄膜的涂层技术操作过程及使用设备复杂、实用性差、污染严重的问题而提供了复合雷达吸波薄膜及其制备方法。

本发明提供的复合雷达吸波薄膜由磁性粉末、有机载体、硅烷偶联剂和有机膨润土制成；磁性粉末与有机载体的质量比为1∶4～1∶1；磁性粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为35～40g∶0.2～3mL；磁性粉末与有机膨润土的质量比为35～40∶0.3～5；磁性粉末的粒径分布在50nm～50μm。

本发明提供的复合雷达吸波薄膜的制备方法可以按以下步骤实现：一、将聚乙烯醇溶于水中，然后把溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将粒径分布在50nm～50μm的磁性粉末用硅烷偶联剂与无水乙醇的混合溶液进行超声处理，磁性粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为35～40g∶0.2～3mL，然后在烘箱中进行干燥；三、在上述处理过的磁性粉末中加入溶剂，然后超声分散后再加入有机载体，磁性粉末与有机载体的质量比为1∶4～1∶1，将混合物料倒入球磨罐，再加入溶剂和有机膨润土，磁性粉末与有机膨润土的质量比为35～40∶0.3～5，再放入钢球，球料质量比为2∶1～10∶1，然后进行球磨；四、将上述磨好的混合物料铺展在步骤一准备好的模具中，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入外加磁场；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜。

制备出的复合雷达吸波薄膜具有如下优点：重量轻、厚度薄，一般在0.3mm～0.6mm之间，可实施大面积应用；施工、维修简便，目标经薄膜修复后，无需固化，即可投入使用，缩短施工或维修时间，无需喷涂工艺设备条件；在现场应用过程中，没有有机溶剂的环境污染，技术人员无需佩戴防毒面具等安全防护器具，符合环保要求；可解决复合材料表面使用吸波涂层的脱漆问题，而且薄膜型吸波材料可以使吸波材料在原有吸波效果的基础上具有薄膜的特性。

附图说明

图1(a)是具体实施方式十一制备的复合雷达吸波薄膜的实物图；

图1(b)是具体实施方式十二制备的复合雷达吸波薄膜的实物图；

图1(c)是具体实施方式十三制备的复合雷达吸波薄膜的实物图；

图2(a)是具体实施方式十一制备的复合雷达吸波薄膜平面XY两个方向上的磁滞回线；

图2(b)是具体实施方式十二制备的复合雷达吸波薄膜平面XY两个方向上的磁滞回线；

图2(c)是具体实施方式十三制备的复合雷达吸波薄膜平面XY两个方向上的磁滞回线；

图3为本发明具体实施方式十一至十六得到的复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式复合雷达吸波薄膜由磁性粉末、有机载体、硅烷偶联剂和有机膨润土制成；磁性粉末与有机载体的质量比为1∶4～1∶1；磁性粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为35～40g∶0.2～3mL；磁性粉末与有机膨润土的质量比为35～40∶0.3～5；磁性粉末的粒径分布在50nm～50μm。

本实施方式中磁性粉末颗粒的微磁极排布方向一致。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是磁性粉末为羰基铁粉、铁氧体、FeNi、FeCo、Co、Ni中的一种或两种的复合。

本实施方式中磁性粉末为两种复合时，复合比例按任意比混合。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是有机载体是氯丁橡胶或聚氨酯中的一种。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷YGO-1202、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷YGO-1204、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。其他与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式复合雷达吸波薄膜的制备方法按以下步骤实现：一、将聚乙烯醇溶于水中，然后把溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将粒径分布在50nm～50μm的磁性粉末用硅烷偶联剂与无水乙醇的混合溶液进行超声处理，磁性粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为35～40g∶0.2～3mL，然后在烘箱中进行干燥；三、在上述处理过的磁性粉末中加入溶剂，然后超声分散后再加入有机载体，磁性粉末与有机载体的质量比为1∶4～1∶1，将混合物料倒入球磨罐，再加入溶剂和有机膨润土，磁性粉末与有机膨润土的质量比为35～40∶0.3～5，再放入钢球，球料质量比为2∶1～10∶1，然后进行球磨；四、将上述磨好的混合物料铺展在步骤一准备好的模具中，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入外加磁场；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中的磁性粉末是羰基铁粉、铁氧体、FeNi、FeCo、Co、Ni中的一种或两种的复合。

本实施方式中磁性粉末为两种复合时，复合比例按任意比混合。其他与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤二中所用的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷YGO-1202、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷YGO-1204、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。其他与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤三中的有机膨润土需经甲苯进行前处理，处理方法按下述过程实现：室温下将有机膨润土加入到甲苯中进行搅拌，有机膨润土和甲苯的质量比为3∶7，搅拌至糊状。其他与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五、六或八不同的是步骤三中所述的溶剂为甲苯、二甲苯、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。其他与具体实施方式五、六或八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是步骤四中引入外加磁场由磁场线圈提供，其中线圈匝数为100～500匝，电流由稳压恒流源提供，电流大小0.1～10A，外加磁场的方向为平行于薄膜平面和垂直于薄膜平面。其他与具体实施方式九相同。

具体实施方式十一：本实施方式复合雷达吸波薄膜的制备方法按以下步骤实现：一、将8g聚乙烯醇溶于100g水，将溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将40g羰基铁粉用0.2mL硅烷偶联剂与50mL无水乙醇混合溶液超声处理2h，70℃干燥24h；三、将步骤二处理过的羰基铁粉加入10mL溶剂，超声分散30min，再加入60g有机载体，将混合物料倒入球磨罐，放入大钢球和小钢球各5个，加入20mL溶剂和5g有机膨润土，球磨12h；四、将步骤三磨好的混合物料铺展在模具中的聚乙烯醇膜上，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入外加磁场10h；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜，薄膜的厚度为0.38mm。

本实施方式得到的复合雷达吸波薄膜，如图1(a)所示是在溶剂挥发薄膜干燥过程中未引入外加磁场条件下制备的复合雷达吸波薄膜，由于溶剂挥发及重力场作用而在薄膜表面产生了特殊形状。如图2(a)所示是复合雷达吸波薄膜平面XY两个方向上的磁滞回线，从图可以看出，未引入磁场薄膜XY方向的磁性没有明显区别。如图3中s1所示是本实施方式复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线，从10.0～18.0GHz的电磁吸收大于-4dB，在15.35GHz取得极大值8.47dB。

具体实施方式十二：本实施方式复合雷达吸波薄膜及其制备方法，按以下步骤实现：一、将8g聚乙烯醇溶于100g水，将溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将40g羰基铁粉用0.8mL硅烷偶联剂与20mL无水乙醇混合溶液经超声处理2h，70℃干燥24h；三、将步骤二处理过的羰基铁粉加入10mL溶剂，超声分散30min，再加入60g有机载体，将混合物料倒入球磨罐，放入大钢球和小钢球各5个，加入20mL溶剂和5g有机膨润土，球磨12h；四、将步骤三磨好的混合物料铺展在模具中的聚乙烯醇膜上，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入平行于薄膜平面方向的磁场，磁场线圈匝数为300匝，电流大小为2A；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜，薄膜的厚度为0.39mm。

本实施方式得到的复合雷达吸波薄膜，如图1(b)所示是在引入平行于薄膜表面的磁场时，磁性颗粒所形成的形状是沿着磁力线方向的。如图2(b)所示是复合雷达吸波薄膜平面XY两个方向上的磁滞回线，从图可以看出，由于磁性颗粒的定向排列，其在平面内的磁各向异性是明显不同。如图3中s2所示是本实施方式复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线，其吸收在11.51～18GHz频段大于-4dB吸收，在15.35GHz取得极大值7.41dB。

具体实施方式十三：本实施方式复合雷达吸波薄膜及其制备方法，按以下步骤实现：一、将8g聚乙烯醇溶于100g水，将溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将40g羰基铁粉用1mL硅烷偶联剂与10mL无水乙醇混合溶液超声处理2h，70℃干燥24h；三、将步骤二处理过的羰基铁粉加入10mL溶剂，超声分散30min，再加入60g有机载体，将混合物料倒入球磨罐，放入大钢球和小钢球各5个，加入20mL溶剂和0.3g有机膨润土，球磨12h；四、将步骤三磨好的混合物料铺展在模具中的聚乙烯醇膜上，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入垂直于薄膜平面方向的磁场，磁场线圈匝数为300匝，电流大小为2A；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜，薄膜的厚度为0.44mm。

本实施方式得到的复合雷达吸波薄膜，如图1(c)所示是在引入垂直于薄膜表面的磁场时，由于磁场与重力场的相互作用，薄膜表面没有表现出特殊的形貌。如图2(c)所示是复合雷达吸波薄膜平面XY两个方向上的磁滞回线，从图可以看出，其在平面内的磁各向异性无明显不同。如图3中s3所示是本实施方式复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线，其吸收在7.2～18GHz频段大于-4dB吸收，在13.7GHz取得极大值-12.7dB。

具体实施方式十四：本实施方式复合雷达吸波薄膜及其制备方法，按以下步骤实现：一、将8g聚乙烯醇溶于100g水，将溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将35g羰基铁粉用3mL硅烷偶联剂与10mL无水乙醇混合溶液超声处理2h，70℃干燥24h；三、将步骤二处理过的羰基铁粉加入10mL溶剂，超声分散30min，再加入65g有机载体，将混合物料倒入球磨罐，放入大钢球和小钢球各5个，加入20mL溶剂和0.3g有机膨润土，球磨12h；四、将步骤三磨好的混合物料铺展在模具中的聚乙烯醇膜上，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入垂直于薄膜平面方向的磁场，磁场线圈匝数为300匝，电流大小为2A；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜，薄膜的厚度为0.43mm。

本实施方式得到的复合雷达吸波薄膜，如图3中s4所示是本实施方式复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线，其吸收在7.25～16.8GHz频段大于-4dB吸收，在13.2GHz取得极大值-14.9dB。

具体实施方式十五：本实施方式复合雷达吸波薄膜及其制备方法，按以下步骤实现：一、将8g聚乙烯醇溶于100g水，将溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将35g羰基铁粉和5g镍粉，用1mL硅烷偶联剂与10mL无水乙醇混合溶液超声处理2h，70℃干燥24h；三、将步骤二处理过的羰基铁粉加入10mL溶剂，超声分散10～30min，再加入60g有机载体，将混合物料倒入球磨罐，放入大钢球和小钢球各5个，加入20mL溶剂和0.3g有机膨润土，球磨12h；四、将步骤三磨好的混合物料铺展在模具中的聚乙烯醇膜上，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入垂直于薄膜平面方向的磁场，磁场线圈匝数为300匝，电流大小为2A；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜，薄膜的厚度为0.44mm。

本实施方式得到的复合雷达吸波薄膜，如图3中s5所示是本实施方式复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线，其吸收在7.68～18GHz频段大于-4dB吸收，在13.9GHz取得极大值-16.75dB。

具体实施方式十六：本实施方式复合雷达吸波薄膜及其制备方法，按以下步骤实现：一、将8g聚乙烯醇溶于100g水，将溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将35g羰基铁粉和5g镍钴合金，用3mL硅烷偶联剂与10mL无水乙醇混合溶液超声处理2h，70℃干燥24h；三、将步骤二处理过的羰基铁粉加入10mL溶剂，超声分散30min，再加入65g有机载体，将混合物料倒入球磨罐，放入大钢球和小钢球各5个，加入20mL溶剂和0.3g有机膨润土，球磨12h；四、将步骤三磨好的混合物料铺展在模具中的聚乙烯醇膜上，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入垂直于薄膜平面方向的磁场，磁场线圈匝数为300匝，电流大小为2A；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜，薄膜的厚度为0.44mm。

本实施方式得到的复合雷达吸波薄膜，如图3中s6所示是本实施方式复合雷达吸波薄膜的电磁吸波曲线，其吸收在在6.63～17.5GHz频段大于-4dB吸收，在13.6GHz取得极大值-15.6dB。

Claims

1.复合雷达吸波薄膜，其特征在于复合雷达吸波薄膜由磁性粉末、有机载体、硅烷偶联剂和有机膨润土制成；磁性粉末与有机载体的质量比为1∶4～1∶1；磁性粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为35～40g∶0.2～3mL；磁性粉末与有机膨润土的质量比为35～40∶0.3～5；磁性粉末的粒径分布在50nm～50μm。

2.根据权利要求1所述的复合雷达吸波薄膜，其特征在于磁性粉末为羰基铁粉、铁氧体、FeNi、FeCo、Co、Ni中的一种或两种的复合。

3.根据权利要求1或2所述的复合雷达吸波薄膜，其特征在于有机载体是氯丁橡胶或聚氨酯中一种。

4.根据权利要求3所述的复合雷达吸波薄膜，其特征在于硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷YGO-1202、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷YGO-1204、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。

5.制备权利要求1所述的复合雷达吸波薄膜的方法，其特征在于它按以下步骤实现：一、将聚乙烯醇溶于水中，然后把溶液铺展在洁净的模具上，室温下自然干燥待用；二、将粒径分布在50nm～50μm的磁性粉末用硅烷偶联剂与无水乙醇的混合溶液进行超声处理，磁性粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为35～40g∶0.2～3mL，然后在烘箱中进行干燥；三、在上述处理过的磁性粉末中加入溶剂，然后超声分散后再加入有机载体，磁性粉末与有机载体的质量比为1∶4～1∶1，将混合物料倒入球磨罐，再加入溶剂和有机膨润土，磁性粉末与有机膨润土的质量比为35～40∶0.3～5，再放入钢球，球料质量比为2∶1～10∶1，然后进行球磨；四、将上述磨好的混合物料铺展在步骤一准备好的模具中，流平成膜，在溶剂挥发薄膜干燥过程中，引入外加磁场；五、将复合薄膜从模具中取下，放入水中，揭去聚乙烯醇层，得到复合雷达吸波薄膜。

6.根据权利要求5所述的复合雷达吸波薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中的磁性粉末是羰基铁粉、铁氧体、FeNi、FeCo、Co、Ni中的一种或两种的复合。

7.根据权利要求5或6所述的复合雷达吸波薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中所用的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷YGO-1202、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷YGO-1204、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560。

8.根据权利要求7所述的复合雷达吸波薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中的有机膨润土需经甲苯进行前处理，处理方法按下述过程实现：室温下将有机膨润土加入到甲苯中进行搅拌，有机膨润土和甲苯的质量比为3∶7，搅拌至糊状。

9.根据权利要求5、6或8所述的复合雷达吸波薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的溶剂为甲苯、二甲苯、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。

10.根据权利要求9所述的复合雷达吸波薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中引入外加磁场由磁场线圈提供，其中线圈匝数为100～500匝，电流由稳压恒流源提供，电流大小0.1～10A，外加磁场的方向为平行于薄膜平面和垂直于薄膜平面。