CN102532978A - 电磁波吸收导波材料及吸波涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁波吸收导波材料及吸波涂料，包含80％～95％(体积)的鳞片状石墨粉末、4％～20％(体积)的软磁材料粉末、及0％～1％(体积)的金属粉末；其中软磁材料为铁基、锰锌Mn-Zn、镍锌Ni-Zn、钴镍锌Co-Ni-Zn、羟基铁粉末；金属为银和铁。本发明吸收导波材料具有吸收电磁波能力强、衰减性好、效能高、吸收频带宽、应用方便简单、价钱便宜的优点，对于各方向入射的电磁波都有很好的吸收能力，不会有特定方向或角度的问题。

Description

电磁波吸收导波材料及吸波涂料

技术领域

本发明涉及一种电磁波吸收导波材料及用其制成的涂料，尤其涉及吸收电磁波能力强、衰减性好、效能高的电磁波吸收导波材料。

背景技术

电磁辐射是一种看不见、摸不着的特殊形态存在的物质。人类生存的地球本身就是一个大磁场，它表面的热辐射和雷电都可产生电磁辐射，太阳及其他星球也从外层空间源源不断地产生电磁辐射。围绕在人类身边的天然磁场、太阳光、家用电器等都会发出强度不同的辐射。电磁辐射的来源有多种。闪电便是天然辐射源的例子之一。至于人为电磁辐射源，则数不胜数，例如1)电脑、电视、音响、微波炉、电冰箱等家用电器；2)手机、传真机、通讯站等通讯设备；3)高压电线以及电动机、电机设备等；4)飞机、电气铁路等；5)广播、电视发射台、手机发射基站、雷达系统等；6)电力产业的机房、卫星地面工作站、调度指挥中心等；7)应用微波和X、伽马射线等的医疗设备等。由于天然和人为电磁辐射源的存在，人体内外均布满这些辐射源所发出的电能量和磁能量，进而引发各种症状，如心悸、头涨、失眠、心动过缓、白细胞减少，免疫功能下降、视力下降等。更严重地可使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变，对人体造成严重危害，可导致胎儿畸形或孕妇自然流产；影响人体的循环、免疫、生殖和代谢功能等。

中国专利申请CN 200810018873.X公开了一种水性防辐射涂料，它是由是鳞片状石墨粉、乙炔碳粉、羰基铁粉、铁氧体粉构成吸收电磁波功能材料的主料，辅料有扩散剂、粘固剂、成膜剂、氨水、纯水，它吸收电磁波频率为1.0-20000MHz，根据所涂后的厚度不同，电磁波吸收衰减2-20dB，它一定程度上能解决屏蔽材料所无法解决的整体电磁辐射污染环境净化难题，从而防止电磁辐射对周围设备及人员的干扰和伤害。

中国专利申请200810225224.7公开了一种具吸收电磁波功能的腻子，在每100质量份所述腻子中，含有10-50质量份的吸波剂，所述吸波剂为纳米FE-石墨复合粉、锰锌铁氧体粉、二氧化锰粉和乙炔炭黑粉中的一种或其中几种的组合。该腻子对电磁波在8～18GHZ的反射率低于-5DB，能够有效吸收能量，使反射波能量衰减。

中国专利申请200610096238.4公开了一种适用于工程塑料电磁波屏蔽的纳米石墨基复合涂料及其制备方法。该方法首先将天然鳞片石墨经过膨胀、粉碎、插层与表面改性，制备得到纳米石墨薄片改性料。再对其进行预分散处理，加入一定量匹配的树脂、溶剂和助剂，搅拌均匀后，研磨即可。该产品在300MHZ～1.5GHZ频段，其电磁屏蔽效能SE可达到40dB。

中国专利申请03159560.X公开了一种抗电磁辐射特种复合材料，它是由石墨粉和羰基铁粉按比例混合，又经高分子溶剂涂料或油漆按比例充分混合，制成涂料状、油漆状。根据所屏蔽电磁频带的不同，衰减电磁波要求的不同，刷、喷、涂在需要屏蔽的物体上，厚度为0.3mm-3mm，该材料屏蔽电磁波频带为10MHz-5000MHz，电磁波衰减10dB-40dB。

中国专利申请98802833.6公开了一种用于产生电磁波的、辐射表面用的涂覆材料和其制备方法。该涂覆材料由粘合剂、绝缘剂、分散剂、水和石墨组成，将这些组分一起混合制成。涂覆材料由55-60％基础物质和35-40％石墨组成，其中基础物质由粘合剂、绝缘剂、分散剂和蒸馏水组成。

上述现有技术均涉及不同程度地吸收电磁波的材料或涂料，但所有这些现有技术材料或涂料均没有利用全部的吸波防辐射机理，因此它们的电磁波吸收导波能力均有限，也没有涉及几十赫兹的低频电磁波的吸收防辐射。

发明内容

本发明的目标在于提供一种吸收电磁波能力强、衰减性好、效能高的电磁波吸收导波材料。

一方面，本发明提供一种电磁波吸收导波材料，包含80％～95％(体积)的鳞片状石墨粉末、4％～20％(体积)的软磁材料粉末、及0％～1％(体积)的金属粉末。

在优选实施例中，软磁材料为下述材料中的任意一种或其任意组合：铁基、锰锌Mn-Zn、镍锌Ni-Zn、钴镍锌Co-Ni-Zn、羟基铁粉末。

在优选实施例中，金属为银和铁中的任意一种或其组合。

在优选实施例中，电磁波吸收导波材料包含90％～95％(体积)的鳞片状石墨粉末。

另一方面，本发明提供一种吸波涂料，包含辅料及前述电磁波吸收导波材料，其中所述电磁波吸收导波材料与所述辅料的体积比为1∶4～1∶1。

在优选实施例中，涂料喷、刷、涂或抹成0.1～4毫米厚的层。

具体实施方式

通过下面给出的详细描述，本发明进一步的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出，因为，对于本领域的技术人员来说，通过这些详细说明在本发明精神和范围内做出各种变化和修改是显而易见的。

本发明电磁波吸收导波材料由具有高介电常数的鳞片状石墨粉末、具有高磁导率的软磁材料粉末(铁基、锰锌Mn-Zn、镍锌Ni-Zn、钴镍锌Co-Ni-Zn、羟基铁)、银Ag粉等十多种元素按比例混合而成，粉末颗粒度小于100微米。总体积中鳞片状石墨粉末占80-95％，其它材料粉末占5-20％。根据所吸收波的频率从低到高，调整添加铁基粉末、Mn-Zn、Ni-Zn、Co-Ni-Zn、羟基铁粉末的份量。

鳞片状石墨是一种介电材料。在无电磁波的情况下，介电材料中的电偶极矩的取向是无序的；当有电磁波时，其电偶极矩的取向将沿电场方向偏移，从而产生电极化损耗，将一部分电磁波能量转化为热能散发掉。

同时石墨又是有较高电阻率的导电材料，鳞片状石墨在金属粉末(如银和铁)的辅助促进作用下会更容易形成大面积局域微观导电回路，从而产生电导损耗，将一部分电磁波能量转化为热能散发掉。并且，该大面积局域微观导电回路又形成了屏蔽网络，屏蔽掉外来电磁波的进入。金属粉末(如银和铁粉)的体积含量为0％～1％，例如0.05％、0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、0.9％。

软磁材料铁基、Mn-Zn、Ni-Zn、Co-Ni-Zn、羟基铁粉末所占体积份额为4-20％。在无电磁波的情况下，软磁材料中的磁矩的取向是无序的；当有电磁波时，磁矩的取向将沿磁场方向偏移，从而产生磁化和磁滞损耗，将一部分电磁波能量转化为热能散发掉。铁基、Mn-Zn、Ni-Zn、Co-Ni-Zn、羟基铁粉末分别依次对从低频到高频电磁波响应好，混合在一起可强化对低频、中频、高频电磁波的磁滞损耗。

本发明混合粉末材料形成大面积局域微观导电回路，由所含材料的介电损耗、在低、中、高频段的磁化和磁滞损耗、和电导损耗的整体复合作用将投射到表面的电磁波转变成热能散发掉，从而有效的大量吸收电磁波能量，克服了单纯电磁波屏蔽材料会反射电磁波而造成的二次电磁污染；另一方面，形成的大面积局域微观导电回路还可屏蔽掉外来电磁波的进入。该种材料吸收电磁波频率为50Hz-20000MHz，根据所用材料的厚度不同，电磁波吸收衰减20dB-55dB。

本发明材料具有吸收电磁波能力强、衰减性好、效能高、吸收频带宽、复合型、水溶性、寿命长、应用方便简单、较宽温度的化学稳定性、耐用、密度小、重量轻、阻燃、耐高温、耐腐蚀、耐不同环境变化、价钱便宜，对于各方向入射的电磁波都有很好的吸收能力，不会有特定方向或角度的问题。

本发明混合粉末主材料还可以和聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丁烯等复合材料混合做成各种形状的吸波防辐射产品。如做成涂料，则涂层薄。其辅料有粘固剂、扩散剂、成膜剂、纯水等。混合粉末主材料与辅料的体积比按施工时的工艺不同分别为喷1∶4、刷涂1∶2、抹1∶1。因为辅料中7/10的体积是水，所以涂料中的水分挥发完干透后，主材料与辅料的体积比约10∶3。所需辅料可通过下述方法制备：

所需各原料质量份为：聚乙烯醇100，甲醛42，硬脂酸0.4，玉米淀粉100，盐酸6、氢氧化钠4，氢氧化钾0.15，轻质碳酸钙65，尿素适量，硼砂适量，水1100。

流程：

1)在加热反应器皿内放入淀粉∶水＝1∶9，边搅拌边加热边滴加氢氧化钠液体(10％溶液)；

2)加入盐酸使pH＝10，保温50分钟，使其充分氧化，应用10％硼砂液体调节粘度；

3)将剩余的水放入另一加热反应器皿内，升温到70度，搅拌加入聚乙烯醇，再加温到90度，使聚乙烯醇全部溶解；

4)等温度降为80度时加入盐酸，搅拌10分钟，加入甲醛，保持80度约60分钟，再加入氢氧化钠10％溶液调pH为中性；

5)加入硬脂酸，搅拌全溶解，快速搅拌滴入氢氧化钾10％溶液；

6)降温后加入尿素、轻质碳酸钙、增塑剂等，得到乳白色粘稠胶液。

下面给出本发明的一些实施例

例1：一种电磁波吸收导波材料，包含80％(体积)的鳞片状石墨粉末、19.5％(体积)的软磁材料粉末、及0.5％(体积)的金属粉末。其中软磁材料含有5％(体积)的铁基和14.5％(体积)的锰锌Mn-Zn，其中金属粉末含有0.5％(体积)的银。所有粉末的颗粒度均小于100微米。

例2：一种电磁波吸收导波材料，包含81％(体积)的鳞片状石墨粉末、18％(体积)的软磁材料粉末、及1％(体积)的银粉末。其中软磁材料含有4％(体积)的镍锌Ni-Zn、10％(体积)的钴镍锌Co-Ni-Zn、4％(体积)的羟基铁。所有粉末的颗粒度均小于90微米。

例3：一种电磁波吸收导波材料，包含85％(体积)的鳞片状石墨粉末、14.1％(体积)的软磁材料粉末、及0.9％(体积)的金属铁粉末。其中软磁材料含有2％(体积)的铁基、6％(体积)的锰锌Mn-Zn、和6.1％(体积)的镍锌Ni-Zn。所有粉末的颗粒度均小于80微米。

例4：一种电磁波吸收导波材料，包含90％(体积)的鳞片状石墨粉末、9.3％(体积)的软磁材料粉末、及0.7％(体积)的金属粉末。其中软磁材料含有4％(体积)的锰锌Mn-Zn、5.3％(体积)的镍锌Ni-Zn，其中金属粉末含有0.2％(体积)的铁和0.5％(体积)的银。所有粉末的颗粒度均小于100微米。

例5：一种电磁波吸收导波材料，包含90.1％(体积)的鳞片状石墨粉末和9.9％(体积)的软磁材料粉末。其中软磁材料含有5％(体积)的铁基和4.9％(体积)的锰锌Mn-Zn。所有粉末的颗粒度均小于100微米。

例6：一种电磁波吸收导波材料，包含93％(体积)的鳞片状石墨粉末和7％(体积)的软磁材料粉末。其中软磁材料含有1％(体积)的钴镍锌Co-Ni-Zn、6％(体积)的羟基铁。所有粉末的颗粒度均小于100微米。

例7：一种电磁波吸收导波材料，包含95％(体积)的鳞片状石墨粉末、4.5％(体积)的锰锌Mn-Zn、及0.5％(体积)的银粉末。所有粉末的颗粒度均小于80微米。

例8：一种吸波涂料，包含辅料及例6的电磁波吸收导波材料，其中电磁波吸收导波材料与辅料的体积比为1∶2，该涂料在应用时刷成0.3毫米厚的薄层。

上面说明了本发明的一些优选实施例，但应当强调的是，本发明不受这些实施例的限制，而是可以本发明限定的主题内的其它方式实现。

Claims (9)

1.一种电磁波吸收导波材料，包含80％～95％(体积)的鳞片状石墨粉末、4％～20％(体积)的软磁材料粉末、及0％～1％(体积)的金属粉末。

2.根据权利要求1的电磁波吸收导波材料，其中所述软磁材料为下述材料中的任意一种或其任意组合：铁基、锰锌Mn-Zn、镍锌Ni-Zn、钴镍锌Co-Ni-Zn、羟基铁粉末。

3.根据权利要求1的电磁波吸收导波材料，其中所述金属为银和铁中的任意一种或其组合。

4.根据权利要求1-3任一所述的电磁波吸收导波材料，包含90％～95％(体积)的鳞片状石墨粉末。

5.根据权利要求1-3任一所述的电磁波吸收导波材料，其中粉末颗粒度小于100微米。

6.根据权利要求1-3任一所述的电磁波吸收导波材料，其中所述电磁波吸收导波材料吸收的电磁波频率为50Hz～20000MHz。

7.一种吸波涂料，包含辅料及根据权利要求1-3任一所述的电磁波吸收导波材料，其中所述电磁波吸收导波材料与所述辅料的体积比为1∶4～1∶1。

8.根据权利要求7的吸波涂料，其中所述涂料喷、刷、涂或抹成0.1～4毫米厚的层。

9.根据权利要求7或8的吸波涂料，其中所述涂料使得电磁波衰减20dB～55dB。