CN103289641B - 多层聚氨酯软泡复合吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料及其制备方法。该材料包括由聚氨酯软泡材料制成的基材，基材呈由一组角锥并列形成的多面体，各角锥的尖劈朝向同一侧；基材经吸波剂浸渍处理过；基材角锥侧面覆有匹配剂层，基材角锥底面覆有反射剂层；吸波剂含有ACET、BaFe12O19、SiC、及氯丁橡胶；匹配剂含有MnO2、及氯丁橡胶；反射剂含有石墨、及氯丁橡胶。相应的制备方法包括将基材切割成多面体、浸渍吸波剂、涂覆匹配剂、涂覆反射剂。与现有技术相比，本发明产品结构简单，吸波性能优良，制备过程简便易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料及其制备方法，属于材料科学与微波技术交叉领域。
背景技术
据申请人所知，微波暗室是指采用吸波材料(即微波吸收材料)铺设内壁以减少电磁波反射，从而形成接近“自由空间”(即无电磁波反射的开阔空间)的有限空间。微波暗室可以模拟“开阔场”来进行雷达、无线电以及军民用电子电气设备的测量、调试以及综合实验等工作。微波暗室的性能主要取决于吸波材料的性能。吸波材料是一类能够吸收衰减入射电磁波，并通过吸收剂的介电弛豫、涡流以及磁损耗，将电磁能转化成热能而耗散掉的材料。微波吸收材料作为雷达隐身、电磁兼容及屏蔽的关键技术，在军用和民用微波暗室与天线测量领域有着广泛的应用。
经检索发现，申请号00109462.9公开号CN1286474A的中国发明专利申请公开了一种泡沫玻璃型雷达波吸收材料，在泡沫玻璃内部搀杂有矿物材料、化工材料和电磁损耗物质，或在其底表面涂覆电磁波损耗物质，使其对雷达波具有吸收作用，电磁波吸收物质采用碳化硅、石墨、导电碳黑、铁氧体的混合物或其中一种或几种。雷达波吸收性能方面，在2-18GHz频率范围内，该材料对雷达波的反射衰减量为8-25db。但是，对于微波暗室而言，该材料的吸收性能仍然不够理想。
申请号200910238375.0公告号CN101902898B的中国发明专利公开了一种多层型电磁波吸收体及其制造方法，该吸收体由两个表面层和一个中间层构成，其中表面层包含玻璃包覆丝吸波剂和聚合物基质，中间层包含扁平型合金粉末吸波剂和聚合物基质。然而其结构是由三层薄片构成，在制备时需要分别制造薄片然后再层压，制备过程不够简化。
申请号201010597977.8公布号CN102529229A的中国发明专利申请公开了一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料及其制备方法和应用，该结构是由PMI泡沫芯层、上蒙皮、下蒙皮三部分构成，其中采用二氧化锰或石墨为吸波剂。该技术方案的不利之处在于：一方面制备方法比较复杂，不够简化；另一方面可能是由于采用单一吸波剂的原因，吸波性能不够理想，仅在约13.5-14GHz的频率范围内有大于40dB的反射衰减。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提出一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料及其制备方法，该吸波材料具有优良的吸波性能。
本发明的技术构思如下：申请人认为，解决现有技术问题的关键在于：一方面需简化吸波材料的结构，使制备方法简便易行；另一方面需优化吸波材料的构成，使吸波材料具有优良的吸波性能。申请人经深入实践研究终于得出了符合上述要求的技术方案。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料，包括由聚氨酯软泡材料制成的基材，其特征是，所述基材呈由一组角锥并列形成的多面体，各角锥的尖劈朝向同一侧；所述基材经吸波剂浸渍处理过；所述基材角锥侧面覆有匹配剂层，所述基材角锥底面覆有反射剂层；所述吸波剂含有ACET、BaFe12O19、SiC、及氯丁橡胶；所述匹配剂含有MnO2、及氯丁橡胶；所述反射剂含有石墨、及氯丁橡胶。
上述结构中，匹配剂可提高电磁波的入射率，含吸波剂的基材本身可对入射电磁波形成吸收损耗，反射剂可对损耗后的剩余入射电磁波形成反射，使其再次被含吸波剂的基材吸收损耗，从而形成多重反射吸收，使整个吸波材料具有优良的吸波性能。
本发明材料进一步的完善如下：
优选地，所述吸波剂由以下组分按重量比构成：
| 组分 | ACET | BaFe12O19 | SiC | 30%氯丁橡胶乳液 | 去离子水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 重量比 | 10-20 | 3-8 | 1-3 | 20-40 | 40-50 | 0.2-0.5 | 0.2-0.5 | 0.2-0.5 |
所述匹配剂由以下组分按重量比构成：
| 组分 | MnO2 | 30%氯丁橡胶乳液 | 去离子水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 重量比 | 1-3 | 6-10 | 8-10 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 |
所述反射剂由以下组分按重量比构成：
| 组分 | 石墨 | 30%氯丁橡胶乳液 | 去离子水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 重量比 | 7-10 | 10-15 | 15-20 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 |
所述润湿剂为PE100，所述分散剂为SN5040，所述消泡剂为SN3016。
优选地，所述角锥为正四棱锥。这样可以进一步提高电磁波入射率。
优选地，所述聚氨酯软泡材料为高回弹型阻燃聚氨酯软泡材料。
本发明还提出：
一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料制备方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将由聚氨酯软泡材料制成的基材切割成由一组角锥并列形成的多面体，各角锥的尖劈朝向同一侧；
第二步、将第一步所得材料浸入吸波剂中，反复挤压基材使吸波剂浸入基材中；所述吸波剂含有ACET、BaFe12O19、SiC、及氯丁橡胶；
第三步、将第二步所得材料烘干后，向基材角锥侧面均匀涂覆匹配剂；所述匹配剂含有MnO2、及氯丁橡胶；
第四步、将第三步所得材料烘干后，向基材角锥底面均匀涂覆反射剂；所述反射剂含有石墨、及氯丁橡胶；
第五步、将第四步所得材料烘干后，即得吸波材料。
优选地，第二步中，所述吸波剂由以下组分按重量比混合球磨均匀而成：
| 组分 | ACET | BaFe12O19 | SiC | 30%氯丁橡胶乳液 | 去离子水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 重量比 | 10-20 | 3-8 | 1-3 | 20-40 | 40-50 | 0.2-0.5 | 0.2-0.5 | 0.2-0.5 |
第三步中，所述匹配剂由以下组分按重量比混合球磨均匀而成：
| 组分 | MnO2 | 30%氯丁橡胶乳液 | 去离子水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 重量比 | 1-3 | 6-10 | 8-10 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 |
第四步中，所述反射剂由以下组分按重量比混合球磨均匀而成：
| 组分 | 石墨 | 30%氯丁橡胶乳液 | 去离子水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 重量比 | 7-10 | 10-15 | 15-20 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 | 0.1-0.3 |
所述润湿剂为PE100，所述分散剂为SN5040，所述消泡剂为SN3016。
优选地，以第一步所得材料的重量为基材自重W，第二步所得材料中含有的吸波剂重量为2.5-3.2W，第三步所得材料中含有的匹配剂重量为0.2-0.5W，第四步所得材料中含有的反射剂重量为0.2-0.5W。
优选地，第三、四、五步中，烘干温度为60℃-90℃。
优选地，第一步中，所述角锥为正四棱锥；所述聚氨酯软泡材料为高回弹型阻燃聚氨酯软泡材料。
优选地，还包括第六步、向第五步所得吸波材料的表面涂覆装饰涂料后得成品。
与现有技术相比，本发明产品结构简单，吸波性能优良，制备过程简便易行。
附图说明
图1为本发明实施例吸波材料示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例
一、制备匹配剂
1、按以下重量比称取原材料
| 组分 | MnO2 | 30%氯丁橡胶乳液 | 蒸馏水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 本实施例重量比 | 3 | 6 | 8 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 其它可选重量比1 | 1 | 10 | 10 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 其它可选重量比2 | 2 | 8 | 9 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
其中润湿剂为PE-100，分散剂为SN5040，消泡剂为SN3016；
2、将称取的原材料混合球磨，转速200转/分钟；
3、球磨2小时后即为匹配剂。
二、制备吸波剂
1、按以下重量比称取原材料
其中润湿剂为PE100，分散剂为SN5040，消泡剂为SN3016；ACET为乙炔黑，也称乙炔炭黑。
2、将称取的原材料混合球磨，转速200转/分钟；
3、球磨3小时后即为吸波剂。
三、制备反射剂
1、按以下重量比称取原材料
| 组分 | 石墨 | 30%氯丁橡胶乳液 | 蒸馏水 | 润湿剂 | 分散剂 | 消泡剂 |
| 本实施例重量比 | 7 | 14 | 18 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 其它可选重量比1 | 9 | 10 | 15 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 其它可选重量比2 | 10 | 15 | 20 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
其中润湿剂为PE100，分散剂为SN5040，消泡剂为SN3016；
2、将称取的原材料混合球磨，转速200转/分钟；
3、球磨3小时后即为反射剂。
润湿剂PE100的生产厂家如上海丹辉化工有限公司；分散剂SN5040的生产厂家如日本诺普科助剂有限公司；消泡剂SN3016的生产厂家如台湾中亚化工。
四、制备多层聚氨酯软泡复合吸波材料
1、将由聚氨酯软泡材料制成的基材切割成由一组正四棱锥并列形成的多面体，各正四棱锥的尖劈朝向同一侧(如图1所示)，以本步所得材料的重量为基材自重W。聚氨酯软泡材料优选高回弹型阻燃聚氨酯软泡材料
2、将第1步所得材料浸入装有吸波剂的容器内，反复挤压，使吸波剂充分浸入多面体内；然后，挤干多面体，称重，要求所吸取吸波剂的重量为自重W的2.5-3.2倍(可选3.0倍)；吸料量不足的继续浸入吸波剂，吸料量过多的继续挤干；
3、将第2步所得材料放入烘箱，烘干，温度为60℃-90℃(可选80℃)；然后，使用喷涂机将匹配剂均匀喷涂到多面体的角锥表面，要求匹配剂的喷涂量为自重W的0.2-0.5倍(可选0.3倍)；
4、将第3步所得材料放入烘箱，烘干，温度为60℃-90℃(可选80℃)；然后，使用喷涂机将反射剂均匀喷涂到多面体的角锥底面，要求反射剂的喷涂量为自重W的0.2-0.5倍(可选0.3倍)；
5、将第4步所得材料放入烘箱，烘干，温度为60℃-90℃(可选80℃)，即得吸波材料；
6、向第5步所得吸波材料的表面涂覆装饰涂料后得成品
五、多层聚氨酯软泡复合吸波材料反射损耗性能检测
| 频率 | 1GHz | 3GHz | 6GHz | 10GHz | 18GHz | 40GHz |
| 反射损耗 | -45dB | -55dB | -60dB | -60dB | -60dB | -60dB |
由此可见，本实施例制得吸波材料对1-40GHz微波的反射损耗性能优良。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1. 一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料，包括由聚氨酯软泡材料制成的基材，其特征是，所述基材呈由一组角锥并列形成的多面体，各角锥的尖劈朝向同一侧；所述基材经吸波剂浸渍处理过；所述基材角锥侧面覆有匹配剂层，所述基材角锥底面覆有反射剂层；所述吸波剂含有ＡＣＥＴ、ＢａＦｅ12Ｏ19、ＳｉＣ、及氯丁橡胶；所述匹配剂含有ＭｎＯ2、及氯丁橡胶；所述反射剂含有石墨、及氯丁橡胶；
所述吸波剂由以下组分按重量比构成：
所述匹配剂由以下组分按重量比构成：
所述反射剂由以下组分按重量比构成：
2. 根据权利要求1所述多层聚氨酯软泡复合吸波材料，其特征是，所述角锥为正四棱锥；所述聚氨酯软泡材料为高回弹型阻燃聚氨酯软泡材料。
3. 一种多层聚氨酯软泡复合吸波材料制备方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将由聚氨酯软泡材料制成的基材切割成由一组角锥并列形成的多面体，各角锥的尖劈朝向同一侧；
第二步、将第一步所得材料浸入吸波剂中，反复挤压基材使吸波剂浸入基材中；所述吸波剂含有ＡＣＥＴ、ＢａＦｅ12Ｏ19、ＳｉＣ、及氯丁橡胶；
第三步、将第二步所得材料烘干后，向基材角锥侧面均匀涂覆匹配剂；所述匹配剂含有ＭｎＯ2、及氯丁橡胶；
第四步、将第三步所得材料烘干后，向基材角锥底面均匀涂覆反射剂；所述反射剂含有石墨、及氯丁橡胶；
第五步、将第四步所得材料烘干后，即得吸波材料；
其中，
第二步中，所述吸波剂由以下组分按重量比混合球磨均匀而成：
第三步中，所述匹配剂由以下组分按重量比混合球磨均匀而成：
第四步中，所述反射剂由以下组分按重量比混合球磨均匀而成：
4. 根据权利要求3所述多层聚氨酯软泡复合吸波材料制备方法，其特征是，以第一步所得材料的重量为基材自重Ｗ，第二步所得材料中含有的吸波剂重量为2.5－3.2Ｗ，第三步所得材料中含有的匹配剂重量为0.2－0.5Ｗ，第四步所得材料中含有的反射剂重量为0.2－0.5Ｗ。
5. 根据权利要求4所述多层聚氨酯软泡复合吸波材料制备方法，其特征是，第三、四、五步中，烘干温度为60℃－90℃。
6. 根据权利要求5所述多层聚氨酯软泡复合吸波材料制备方法，其特征是，第一步中，所述角锥为正四棱锥；所述聚氨酯软泡材料为高回弹型阻燃聚氨酯软泡材料。
7. 根据权利要求6所述多层聚氨酯软泡复合吸波材料制备方法，其特征是，还包括第六步、向第五步所得吸波材料的表面涂覆装饰涂料后得成品。
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