CN102233695A - 一种含竹碳纳米管复合涂层型吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合涂层型吸波材料及其制备方法，该材料含有两部分，即载体部分和涂层部分。载体部分有以下两种组分：聚合物、竹碳纳米管，其重量配比为：聚合物50-90％，竹碳纳米管10-50％；涂层部分有以下包括但不限于的几种成分组成：涂料、改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体。其重量配比为：涂料30-80％、改性纳米竹碳5-30％、锰-镍-铁氧体5-42％。本发明可应用于军事、通讯等行业，能有效吸收辐射，提升武器装备性能及消除辐射(如手机辐射)对人体健康的损害。

Description

一种含竹碳纳米管复合涂层型吸波材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种复合型吸波材料及其制备方法，特别涉及一种含竹碳纳米管的聚合物与其涂层(含有改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体的聚合物)及其制备方法。属于吸波材料技术领域。

背景技术：

近年来，随着雷达、微波通讯和电子对抗等科学技术的迅猛发展，微波吸收材料的应用日趋广泛，并且越来越受到广大材料科学研究工作者的重视。吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的损耗转变为热能的一类材料。在应用上除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，尚要求材料具有重量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。先进的吸波材料是高科技和精良武器的物质基础，在航天、航空、兵器、舰艇等重要军事工业的应用上必不可少的材料；对高技术和新一代高性能武器系统的发展有举足轻重的影响。吸波材料是现代武器装备的一种极重要的材料，对提高武器装备的生存和突防能力有决定性意义，是导弹、飞机、舰艇、坦克等现代武器的关键材料。

随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们亦长期处于高电磁磁辐射环境下，如人们收看电视、使用电脑、手机或在某些工作场合需长时间面对显示屏，且距离较近，可能会对人体健康产生不良的影响。因此，如果能研制出一种薄膜吸波复合材料加装在这些辐射设备靠近人体的一侧，通过此薄膜吸波复合材料吸收辐射，则可以做到既不影响设备信号的发射及吸收，更能保护人体不受辐射电磁波的影响，令电脑、手机等设备的使用更加安全。

碳纳米管是空心的管状纤维结构，其直径一般为几纳米至几十纳米，长度可达数微米。它具有很强的表面效应，量子尺寸效应，局域场效应和特殊的界面区等很多奇异的物理和化学特性。它具有类似金属的导电强度；其理论强度是钢的100倍，但重量仅是钢的1/7。此外，碳纳米管具有的比表面积适中、充放电能力强等物理及电学特性，可用于汽车、机械、电子、军事等领域的超级电容器制造，并可与各种金属、非金属及高分子材料复合组成综合性能优异的导电材料、高强度复合材料、屏蔽材料及隐身材料等。其制成的吸波材料主要缺点是吸波的波峰小、频率窄。

发明内容：

本发明的目的是提供一种吸波频率较宽、吸波能力较强的吸波材料。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明的吸波材料含有两部分，即载体部分和涂层部分。载体部分主要有以下两种组分组成：聚合物、竹碳纳米管，其重量配比为：聚合物50-90％，竹碳纳米管10-50％；涂层部分有以下包括但不限于的几种成分组成：涂料、改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体。其重量配比为：涂料30-80％、改性纳米竹碳5-30％、锰-镍-铁氧体5-42％。

上述的聚合物为橡胶类、树脂类、乳液类、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等结构导电高分子材料中的至少一种。

所述的橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶等。

所述的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂等。

所述的塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。

所述的涂料为清漆、聚氨脂、环氧树脂等。

所述的改性纳米竹碳为强氧化剂高锰酸钾改性纳米竹碳。

所述的改性纳米竹碳是通过以下方法制备的：(1)将纳米竹碳粉浸泡于10-20％的高锰酸钾溶液中进行氧化处理，浸泡时间为2-8小时；(2)真空干燥(1)步骤所得浸泡物，得高锰酸钾改性纳米竹碳粉，干燥温度为45-75℃。

本发明提供了一种吸波材料的制备方法，该方法按如下步骤进行：(1)预先取原始制备的竹碳纳米管(未经化学和物理处理)，最好是竹碳纳米管进行真空干燥，然后按上述比例将所用聚合物、碳纳米管一起加入到混合机中，使其混合均匀，然后成型；

(2)将含有上述比例的改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体放入涂料中进行均匀地分散；

(3)将步骤(2)中制得的涂料均匀地涂覆在步骤(1)制备材料的表面，涂层为0.5μm-100μm。真空烘干，烘干温度为100-230℃。

本发明具有如下优点：竹碳纳米管具有比碳纳米管更优良的导电性，其导电强度可达铜的100000倍以上，普通碳纳米管10倍以上，将它与聚合物复合，使其体积电阻大幅度降低。另外在载体的表面涂覆一层高锰酸钾改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体，改变材料的介电参数和电磁参数，从而有效地调整吸波峰值的频率区间，增强了吸波强度，而吸波材料的吸波曲线形状基本不变。

具体实施方式：

为了进一步理解本发明，以下将结合实施例对本发明做出详细的、非限定性的说明。

实施例1

将纳米竹碳粉浸泡于10％的高锰酸钾溶液中进行氧化处理，浸泡时间为2小时；(2)真空干燥浸泡物，得高锰酸钾改性纳米竹碳粉，干燥温度为45℃。

实施例2

将纳米竹碳粉浸泡于20％的高锰酸钾溶液中进行氧化处理，浸泡时间为8小时；(2)真空干燥浸泡物，得高锰酸钾改性纳米竹碳粉，干燥温度为75℃。

实施例3

将真空干燥后的竹碳纳米管10％，聚酰胺90％，先后加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为10mm*10mm*1.5mm的薄片。此材料在15.2GHz出现一个峰值，反射率为-1.3dB.将平均粒径为5nm的高锰酸钾改性纳米竹碳粉15％、清漆60％、锰-镍-铁氧体25％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1μm，此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在13.78GHz出现一个峰值，反射率为-1.8dB。

实施例4

将真空干燥后的竹碳纳米管30％，丁基橡胶70％，先后加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为10mm*10mm*1.5mm的薄片。此材料在10.2GHz出现一个峰值，反射率为-3.3dB.将平均粒径为5nm的高锰酸钾改性纳米竹碳粉30％、清漆65％、锰-镍-铁氧体5％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1μm，此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在7.78GHz出现一个峰值，反射率为-4.6dB。

实施例5

将真空干燥后的竹碳纳米管50％，丙烯酸树脂50％，先后加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为10mm*10mm*1.5mm的薄片。此材料在6.2GHz出现一个峰值，反射率为-17.23dB.将平均粒径为5nm的高锰酸钾改性纳米竹碳粉5％、清漆53％、锰-镍-铁氧体42％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1μm，此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在5.78GHz出现一个峰值，反射率为-23.78dB。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护。

Claims (5)

1.一种含竹碳纳米管复合涂层型吸波材料，其特征是该材料含有载体部分和涂层部分，载体部分含聚合物、竹碳纳米管，其重量配比为：聚合物50-90％，竹碳纳米管10-50％；涂层部分有以下包括但不限于的几种成分组成：涂料、改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体。其重量配比为：涂料30-80％、改性纳米竹碳5-30％、锰-镍-铁氧体5-42％；所述的聚合物为橡胶类、树脂类、乳液类、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等结构导电高分子材料中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种含有竹碳纳米管复合涂层型吸波材料，其特征是所述改性纳米竹碳为高锰酸钾改性纳米竹碳，其是通过以下方法制备而成：(1)将纳米竹碳粉浸泡于10-20％的高锰酸钾溶液中进行氧化处理，浸泡时间为2-8小时；(2)真空干燥浸泡物，得高锰酸钾改性纳米竹碳粉，干燥温度为45-75℃。

3.根据权利要求1所述的一种含竹碳纳米管复合涂层型吸波材料，其特征是所述的橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶等中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种含竹碳纳米管复合涂层型吸波材料，其特征是所述的塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等中的任一种。

5.一种含竹碳纳米复合涂层型吸波材料的制备方法，其特征是该方法按如下步骤进行：

(1)预先取原始制备的竹碳纳米管(未经化学和物理处理)，然后按上述比例将所用聚合物、竹碳纳米管一起加入到混合机中，使其混合均匀，然后成型；

(2)将含有上述比例的改性纳米竹碳、锰-镍-铁氧体放入涂料中进行均匀地分散； 

(3)将步骤(2)中制得的涂料均匀地涂覆在步骤(1)制备材料的表面，涂层为0.5μm-100μm。真空烘干，烘干温度为100-230℃。