CN103249286B - 一种兼容性吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼容性吸波材料及其制备方法，所述材料包括层叠设置的第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层和第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层。本发明还公开了一种兼容性吸波材料的制备方法，所述方法包括：制备第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层；在所述第一磁性空心微珠层上制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层，将所述层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型。通过上述方式，能够提高吸波材料的吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且材料质轻，兼容性好。

Description

一种兼容性吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，特别是涉及一种兼容性吸波材料及其制备方法。

背景技术

所谓吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上，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，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。

根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。

铁氧体材料，它是主成分含有规定量的氧化铁、氧化铜、氧化锌以及氧化镍的镍铜锌系的铁氧体材料，辅助成分含有规定量的氧化铋、氧化硅、氧化镁、氧化钴，主成分以及辅助成分构成了铁氧体材料。

传统的铁氧体吸收材料，吸收频带较宽，吸收量好，但是质量大，在高温高频条件下性能不稳定，限制了其应用范围。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种兼容性吸波材料的制备方法，能够提高吸波材料的吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且材料质轻，兼容性好。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种兼容性吸波材料，所述材料包括层叠设置的第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层和第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层。

其中，所述材料包括设置于第一、第二磁性空心微珠层之间的增韧层。

其中，所述增韧层是碳纤维织布层。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种兼容性吸波材料的制备方法，包括：制备第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层；在所述第一磁性空心微珠层上制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层；将所述层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型。

其中，在所述制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层的步骤之前，包括：在所述第一磁性空心微珠层上制备增韧层，使制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层之后，增韧层位于第一磁性空心微珠层和第二磁性空心微珠层之间。

其中，所述将所述层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型的步骤包括：将所述层叠放置的第一、第二磁性空心微珠层置于温度范围在120-200摄氏度中进行热压；将所述热压后的第一、第二磁性空心微珠层浸入树脂胶液中；取出所述浸入树脂胶液中的空心微珠基板组并烘干，烘干后即为所述兼容性吸波材料。

其中，所述制备磁性空心微珠层的步骤包括：对空心微珠进行表面预处理；对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；将所述改性后的空心微珠固化成型。

其中，所述对空心微珠进行表面预处理的步骤包括：对空心微珠进行粗化处理；对所述粗化处理后的空心微珠进行敏化处理；对所述敏化处理后的空心微珠进行活化处理；对所述活化处理后的空心微珠进行还原处理；对所述还原后的空心微珠进行干燥处理。

其中，所述对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性的步骤包括：配置包括多种金属盐的混合溶液A，将用于调节pH值的碱性物质加入到所述溶液A中，调节所述溶液的pH值为中性；按照50％-70％的质量比例将所述预处理后的空心微珠加入到所述溶液A中，将所述加入有空心微珠的溶液A置于预定温度的水浴中加热，同时进行搅拌直至所述加入有空心微珠的溶液A变成胶状物；将所述胶状物置于100-1000摄氏度的温度下干燥直至成为干凝胶；将所述干凝胶置于温度范围在800-1000摄氏度的马弗炉中，处理完成后即为所述表面金属化改性后的空心微珠。

其中，所述将改性后的空心微珠固化成型的步骤包括：将所述改性后的空心微珠和炭黑进行混合得到混合物；将树脂、固化剂以及稀释剂加入到所述混合物中，并搅拌2-4小时的时间长度；将所述搅拌2-4小时的时间长度的混合物倒入模具固化成型。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在第一磁性空心微珠层上制备第二磁性空心微珠层，采用双层不同粒径范围的空心微珠层进行层叠放置组成加膜的结构，通过这种方式，可以获得介电常数渐变的吸波材料，能够提高吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且由于采用空心微珠层，因此密度大大降低，使得材料质轻，兼容性好。

附图说明

图1是本发明一种兼容性吸波材料的一实施例的分解示意图；

图2是本发明一种兼容性吸波材料的另一实施例的分解示意图；

图3是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的一实施例的流程图；

图4是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的另一实施例的流程图；

图5是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图；

图6是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图；

图7是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图；

图8是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明一种兼容性吸波材料的一实施例的分解示意图，如图1所示，所述材料包括层叠设置的第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层101和第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层102。

在实际应用中，磁性空心微珠层也可以是3层、4层或者N层，N为大于4的自然数。

图2是本发明一种兼容性吸波材料的另一实施例的分解示意图，如图2所示，所述材料包括设置于第一、第二磁性空心微珠层201、202之间的增韧层203。如果磁性空心微珠层是两层以上，那么每两层磁性空心微珠层之间放置增韧层。

其中，所述增韧层是碳纤维织布层。

增韧层的材料一般是加固型材料，比如碳纤维织布等。其中，碳纤维织布加固技术是利用碳素纤维布进行加固处理，碳纤维织布具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。

在本发明一优选实施例中，第一磁性空心微珠层的第一预定粒径范围是10微米左右，第二磁性空心微珠层的第二预定粒径范围是20微米左右；第一磁性空心微珠层的第一预定粒径范围是20微米左右，第二磁性空心微珠层的第二预定粒径范围是30微米左右；第一磁性空心微珠层的第一预定粒径范围是30微米左右，第二磁性空心微珠层的第二预定粒径范围是50微米左右。

区别于现有技术的情况，本发明在第一磁性空心微珠层上制备第二磁性空心微珠层，采用双层不同粒径范围的空心微珠层进行层叠放置组成加膜的结构，通过这种方式，可以获得介电常数渐变的吸波材料，能够提高吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且由于采用空心微珠层，因此密度大大降低，使得材料质轻，兼容性好。

图3是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的一实施例的流程图，如图3所示，所述方法包括：

步骤S301：制备第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层；

空心微珠外观为灰白色，是一种松散、流动性好的粉体材料。灰白空心玻璃微珠特点为：隔音性、阻燃性、电绝缘性好，密度小，吸油率低，并且强度高。由于其性能稳定，耐候性好，并且价格低廉，比较适合作为本发明兼容性吸波材料的原材料之一。空心微珠主要成分是二氧化硅SiO₂和三氧化二铝Al₂O₃，经过1400℃高温烧制分选而成，直径在5-1000微米之间，比如5、500或者1000微米，其直径越大，空心率越高，反之则越小。对空心微珠进行金属化改性即可得到磁性空心微珠，固化成型后即为磁性空心微珠层。在本发明的一优选实施例中，第一磁性空心微珠层的粒径范围在10微米、20微米或者30微米左右。

步骤S302：在所述第一磁性空心微珠层上制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层；

在本发明的一优选实施例中，第二磁性空心微珠层的粒径范围在20微米、30微米或者50微米左右。

步骤S303：将所述层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型。

其中，在所述制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层的步骤之前，包括：

在所述第一磁性空心微珠层上制备增韧层，使制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层之后，增韧层位于第一磁性空心微珠层和第二磁性空心微珠层之间。

增韧层的材料一般是加固型材料，比如碳纤维织布等。其中，碳纤维织布加固技术是利用碳素纤维布进行加固处理，碳纤维织布具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。

图4是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的另一实施例的流程图，如图4所示，将所述层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型的步骤包括：

步骤S401：将所述层叠放置的第一、第二磁性空心微珠层置于温度范围在120-200摄氏度中进行热压；

例如将层叠放置的第一、第二磁性空心微珠层置于温度范围在120摄氏度、160摄氏度或者200摄氏度中进行热压。

步骤S402：将所述热压后的第一、第二磁性空心微珠层浸入树脂胶液中；

步骤S403：取出所述浸入树脂胶液中的空心微珠基板组并烘干，烘干后即为所述兼容性吸波材料。

在本发明的一优选实施例中，树脂胶液是环氧树脂胶液。根据实际情况需要，也可以选用其它的树脂胶液，比如阿拉伯树脂胶液或脲醛树脂胶液等等。

图5是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图，如图5所示，制备磁性空心微珠层的步骤包括：

步骤S501：对空心微珠进行表面预处理；

空心微珠外观为灰白色，是一种松散、流动性好的粉体材料。灰白空心玻璃微珠特点为：隔音性、阻燃性、电绝缘性好，密度小，吸油率低，并且强度高。由于其性能稳定，耐候性好，并且价格低廉，比较适合作为本发明兼容性吸波材料的原材料之一。空心微珠主要成分是二氧化硅SiO₂和三氧化二铝Al₂O₃，经过1400℃高温烧制分选而成，直径在5-1000微米之间，比如5、500或者1000微米，其直径越大，空心率越高，反之则越小。在进行金属化改性前基体表面必须具有催化活性，这样才能引发化学沉积反应。由于空心微珠表面不具备催化活性，必须通过在其表面预沉积一层本征催化活性的金属，使其表面具有催化活性，易引发后面的金属化改性。

步骤S502：对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；

对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性，是指对预处理后的空心微珠的表面进行化学沉积反应，使空心微珠的表面均匀覆盖一层合金层。对空心微珠进行表面金属化改性，可部分取代传统的金属和铁氧体吸收剂，成为新型轻质微波吸收剂，成本大大降低。

步骤S503：将所述改性后的空心微珠固化成型。

将改性后的空心微珠固化成型，是指将改性后的空心微珠在固化剂等的作用下成为便于使用的材料类型。

图6是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图，如图6所示，对空心微珠进行表面预处理的步骤包括：

步骤S601：对空心微珠进行粗化处理；

粗化处理是塑料(包括其它各种非金属材料)电镀工艺的一个关键工序。粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度，同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化不足或粗化过度都直接影响到涂层的结合力，前者更易引起鼓泡脱皮。粗化处理可增大空心微珠的表面粗糙度，从而提高金属离子的形核能力，所得镀层完整、致密。

步骤S602：对所述粗化处理后的空心微珠进行敏化处理；

所谓敏化处理是指使金属(通常是合金)的晶间腐蚀敏感性明显提高的热处理。在此处是指提高空心微珠的腐蚀敏感性。

步骤S603：对所述敏化处理后的空心微珠进行活化处理；

所谓活化处理一般用于处理颗粒非常小的粒子，在本发明中活化处理可以使空心微珠的反应活性增强。

步骤S604：对所述活化处理后的空心微珠进行还原处理；

对活化处理后的空心微珠进行还原处理是指使活化处理后的空心微珠表面的金属离子发生还原反应，生成金属原子附着在空心微珠的表面，使其表面具有催化活性，易引发后面的金属化改性。

步骤S605：对所述还原后的空心微珠进行干燥处理。

干燥处理是液体成分挥发，有利于后面的操作处理。

其中，所述对空心微珠进行粗化处理的条件包括：在粗化处理所用的溶液中设置10％-15％浓度的氢氟酸，并且进行粗化处理的时间长度为2-3小时。在本发明一优选实施例中，对空心微珠进行粗化处理的条件是：氢氟酸的浓度是10％、12.5％或者15％，处理时间长度是2、2.5或者3小时。

其中，所述对粗化处理后的空心微珠进行敏化处理的条件包括：设置敏化处理所用的溶液的pH值为第一预定pH值，并且在敏化处理所用的溶液中设置第一预定浓度的二氯化锡以及第二预定浓度的盐酸，处理的时间长度为2-4小时。在本发明一优选实施例中，对粗化处理后的空心微珠进行敏化处理的条件是：第一预定pH值是3.0、3.2或者3.5，二氯化锡的第一预定浓度是10、12或者15克每升，盐酸的第二预定浓度是40、42或者45克每升，处理的时间长度为2、3或者4小时。

其中，所述对敏化处理后的空心微珠进行活化处理的条件包括：设置活化处理所用的溶液的pH值为第二预定的pH值，并且在活化处理所用的溶液中设置第三预定浓度的二氯化钯、第四预定浓度的硼酸以及第五预定浓度的盐酸，处理的时间长度为0.5-3小时。在本发明一优选实施例中，对敏化处理后的空心微珠进行活化处理的条件是：第二预定pH值为2.6、2.8或者3.0，二氯化钯的第三预定浓度为0.5、0.6或者0.7克每升，硼酸的第四预定浓度为20、21或者22克每升，盐酸的第五预定浓度为0.19、0.2或者0.22摩尔每升，处理的时间长度为0.5、1.5或者3小时。

其中，所述对活化处理后的空心微珠进行还原处理的条件包括：在还原处理所用的溶液中设置第六预定浓度的磷酸二氢钠，并且处理的时间长度为第一预定时间长度。在本发明一优选实施例中，对活化处理后的空心微珠进行还原处理的条件是：磷酸二氢钠的第六预定浓度是2.8％、3％或者3.2％，处理的第一预定时间长度是1.8、2或者2.5分钟。

其中，所述对还原后的空心微珠进行干燥处理的条件包括：干燥温度为第一预定温度，干燥时间长度是2-3小时。在本发明一优选实施例中，对还原后的空心微珠进行干燥处理的条件是：干燥的第一预定温度是100、110或者120摄氏度，干燥时间长度是2、2.5或者3小时。

图7是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图，如图7所示，对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性的步骤包括：

步骤S701：配置包括多种金属盐的混合溶液A，将用于调节pH值的碱性物质加入到所述溶液A中，调节所述溶液的pH值为中性；

根据吸波材料的要求，包括多种金属盐的混合溶液A中的金属盐可以选择铁、钡、钴、镍、铜、钛或银等的金属盐。用于调节pH值的碱性物质常用的有：氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等，如果不需要引入其它的金属离子，可以选择氨水调节溶液的pH值。在本发明一优选实施例中，步骤S701具体为：柠檬酸，硝酸铁、硝酸钡、硝酸钴以及硝酸镍，加入氨水调节溶液至7。

步骤S702：按照50％-70％的质量比例将所述预处理后的粉煤灰空心微珠加入到所述溶液A中，将所述加入有空心微珠的溶液A置于第二预定温度的水浴中加热，同时进行搅拌直至所述加入有空心微珠的溶液A变成胶状物；

在本发明一优选实施例中，步骤S702具体为：按一定质量比例50％-70％，比如50％、60％或者70％，加入空心微珠，置于90、92或者95摄氏度水浴加热，并搅拌至胶状。

步骤S703：将所述胶状物置于100-1000摄氏度的温度下干燥直至成为干凝胶；

在本发明一优选实施例中，步骤S703具体为：在100、550或者1000摄氏度下干燥至干凝胶。

步骤S704：将所述干凝胶置于温度范围在800-1000摄氏度的马弗炉中，处理完成后即为所述表面金属化改性后的空心微珠。

在本发明一优选实施例中，步骤S704具体为：将凝胶至于马弗炉加热至800-1000摄氏度，比如800、900或者1000摄氏度。

图8是本发明一种兼容性吸波材料的制备方法的又一实施例的流程图，如图8所示，将改性后的空心微珠固化成型的步骤包括：

步骤S801：将所述改性后的空心微珠和炭黑进行混合得到混合物；

炭黑是由烃类(油类或天然气等碳氢化合物)裂解和不完全燃烧而制得的高度分散性的黑色粉末状物质，它主要由碳元素组成，而微晶具有准石墨结构，且呈同心取向，其“粒子”由近乎球形或其他不规则形状的聚集体所构成。炭黑有较高的吸光性，能够把光能转化为热能，保护空心微珠表面防止老化作用。加入炭黑的量根据实际情况进行控制。

在本发明一优选实施例中，改性后的空心微珠和炭黑按4∶1、4.2∶1或者4.5∶1的质量比混合的。

步骤S802：将树脂、固化剂以及稀释剂加入到所述混合物中，并搅拌2-4小时的时间长度；

松香、安息香等是天然树脂，酚醛树脂、聚氯乙烯树脂等是合成树脂。树脂是制造塑料的主要原料，树脂也用来制涂料(是涂料的成膜物质)、黏合剂、绝缘材料等。在此处用得比较多的是环氧树脂，环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不熔的具有三向网状结构的高聚物。

固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是通过添加固化(交联)剂来完成的。

稀释剂为了降低树脂粘度，改善其工艺性能而加入的与树脂混溶性良好的液体物质，有活性稀释剂和非活性稀释剂之分。

步骤S803：将所述搅拌2-4小时的时间长度的混合物倒入模具固化成型。

在本发明一优选实施例中，搅拌的时间是2、3或者4小时。

其中，所述空心微珠是粉煤灰空心微珠。

区别于现有技术的情况，本发明在第一磁性空心微珠层上制备第二磁性空心微珠层，采用双层不同粒径范围的空心微珠层进行层叠放置组成加膜的结构，通过这种方式，可以获得介电常数渐变的吸波材料，能够提高吸收效果、吸收频带以及吸波性能，并且由于采用空心微珠层，因此密度大大降低，使得材料质轻，兼容性好。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种兼容性吸波材料，其特征在于：包括：

层叠设置的第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层和第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层；所述第一预定粒径范围与第二预定粒径范围不相同,所述第一磁性空心微珠层和第二磁性空心微珠层采用相同的材料。

2.根据权利要求1所述的兼容性吸波材料，其特征在于：所述材料包括设置于第一、第二磁性空心微珠层之间的增韧层。

3.根据权利要求2所述的兼容性吸波材料，其特征在于：所述增韧层是碳纤维织布层。

4.一种兼容性吸波材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括：

制备第一预定粒径范围的第一磁性空心微珠层；

在所述第一磁性空心微珠层上制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层；所述第一预定粒径范围与第二预定粒径范围不相同；所述第一磁性空心微珠层和第二磁性空心微珠层采用相同的材料；

将所述层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在所述制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层的步骤之前，包括：

在所述第一磁性空心微珠层上制备增韧层，使制备第二预定粒径范围的第二磁性空心微珠层之后，增韧层位于第一磁性空心微珠层和第二磁性空心微珠层之间。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述将层叠放置第一、第二磁性空心微珠层固定成型的步骤包括：

将所述层叠放置的第一、第二磁性空心微珠层置于温度范围在120-200摄氏度中进行热压；

将所述热压后的第一、第二磁性空心微珠层浸入树脂胶液中；

取出所述浸入树脂胶液中的空心微珠基板组并烘干，烘干后即为所述兼容性吸波材料。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述制备磁性空心微珠层的步骤包括：

对空心微珠进行表面预处理；

对所述预处理后的空心微珠进行表面金属化改性；

将所述改性后的空心微珠固化成型。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述对空心微珠进行表面预处理的步骤包括：

对空心微珠进行粗化处理；

对所述粗化处理后的空心微珠进行敏化处理；

对所述敏化处理后的空心微珠进行活化处理；

对所述活化处理后的空心微珠进行还原处理；

对所述还原后的空心微珠进行干燥处理。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述对预处理后的空心微珠进行表面金属化改性的步骤包括：

配置包括多种金属盐的混合溶液A，将用于调节pH值的碱性物质加入到所述溶液A中，调节所述溶液的pH值为中性；

按照50％-70％的质量比例将所述预处理后的空心微珠加入到所述溶液A中，将所述加入有空心微珠的溶液A置于预定温度的水浴中加热，同时进行搅拌直至所述加入有空心微珠的溶液A变成胶状物；

将所述胶状物置于100-1000摄氏度的温度下干燥直至成为干凝胶；

将所述干凝胶置于温度范围在800-1000摄氏度的马弗炉中，处理完成后即为所述表面金属化改性后的空心微珠。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述将改性后的空心微珠固化成型的步骤包括：

将所述改性后的空心微珠和炭黑进行混合得到混合物；

将树脂、固化剂以及稀释剂加入到所述混合物中，并搅拌2-4小时的时间长度；

将所述搅拌2-4小时的时间长度的混合物倒入模具固化成型。