CN103436220A

CN103436220A - 低频段微波吸波材料

Info

Publication number: CN103436220A
Application number: CN2013104250514A
Authority: CN
Inventors: 胡益民
Original assignee: Nanjing Nanda Boping Electronics Information Co Ltd
Current assignee: NANJING BOPING ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明所述低频段微波吸收材料，包括聚氨酯角锥和底座，所述聚氨酯角锥内部，紧贴底座设有两个相同的内部单锥，在内部单锥上方平行于锥底设有三层相同方电阻值的微波吸收片，微波吸收片的方电阻值范围为350～420Ω，聚氨酯角锥的方电阻范围为400～600Ω，内部单锥的方电阻范围为150～200Ω。本发明采用在聚氨酯角锥材料的内部设置了与电波在空间等效方电阻值（377Ω）接近的三层平行结构，改善聚氨酯角锥吸波材料在30MHz～100MHz微波吸收性能，其吸收值从-12～20dB。满足了电磁兼容及天线仿真暗室对材料的需求。

Description

低频段微波吸波材料

技术领域

本发明涉及一种低频段微波吸波材料及其制备方法，主要用于改善聚氨酯角锥吸波材料在频段30MHz至100MHz之间吸收性能。

背景技术

聚氨酯角锥吸收材料是使用导电碳黑、阻燃剂等原料，通过对聚氨酯泡沫塑料在浸渍机内多次挤压，控制泡沫塑料吸液量，高温干燥，切割成正四边金字塔形的微波吸波材料。其外形结构使得垂直入射的空间电磁波在角锥吸波材料锥尖处发生电波阻抗匹配效应，使得电磁波能够最大地限度进入聚氨酯角锥吸波材料内部，并其内部多次反射衰减吸收。因此这种微波吸收材料的性能与其材料高度有着密切关系。通常而言角锥吸波材料高度越高，材料在高频段吸收性能越好，低频吸收性能也能改善。但是这种方法存在局限性，材料高度越高，其加工成本、浸渍处理难度也成几何数量的增加，因此在实际生产中无法通过无限地增加角锥吸波材料的高度来改善低频段微波吸收性能。一般而言，聚氨酯角锥吸波材料(材料高度≤1.8m)在30MHz～100MHz吸收性能在3～15dB之间，无法满足十米法电磁兼容暗室的建设，这类暗室建设离不开铁氧体使用，暗室造价昂贵。因此开发低频聚氨酯角锥吸波材料具有十分重要的经济价值。

根据电磁波传输线理论，微波吸波材料的电波吸收性能与吸波材料的复介电常数和复磁导率参数有关，含导电碳黑角锥微波吸波材料的复磁导率参数近似为1+0j，若吸波材料的方电阻值接近377Ω，微波吸波材料可在电磁波波长1/4处吸收掉1/2电波辐射功率，吸收衰减值约为-3dB，从而实现电磁波在低频30～100MHz范围内发生干涉衰减，改善角锥吸波材料的低频段性能，满足电磁兼容暗室及天线测量暗室的需求。

发明内容

为了解决现有聚氨酯角锥吸波材料在低频30～100MHz微波吸收性能不足，本发明提供了一种低频段微波吸收材料及其制造方法，实现了30MHz～100MHz微波吸收为12～20dB，其它频段微波吸收性能与常规聚氨酯角锥吸波材料一致。

本发明所述低频段微波吸收材料，包括聚氨酯角锥（大角锥）和底座，所述聚氨酯角锥的内部，紧贴底座设有两个相同的内部单锥（小角锥），在内部单锥上方平行于锥底设有三层相同方电阻值的微波吸收片，微波吸收片的方电阻值范围为350～420Ω，聚氨酯角锥的方电阻范围为400～600Ω，内部单锥的方电阻范围为150～200Ω。。

所述聚氨酯角锥、内部单锥和微波吸收片都是以聚氨酯泡沫塑料为基材，浸渍微波吸收溶液而制得。

所述微波吸收溶液按质量比为分散剂1～5%、微波吸收剂5～9%、水性粘结剂20～25%、阻燃剂1.5～2.5%、加工助剂0.1～0.3%，水69～73%组成。

所述微波吸收剂主要由电波损耗型材料及电波能量消散材料组成。电波损耗材料为导电炭黑、石墨；电波能量消散材料为钛酸镁、钛酸锶、碳酸镁、二氧化硅等，其电波损耗材料与电波能量消散材料体积比为7:3～6:4之间。其组成的微波吸收剂占微波吸收溶液质量为5～7%。

所述水性粘结剂主要有自交联丙烯酸乳液、单组份聚氨酯乳液、耐水性氯丁橡胶乳液。其固含量在35～40%之间，水性粘结剂质量占微波吸收溶液的20%。

所述阻燃剂为四溴双酚A、三氧化二锑复配组成，其复配质量比为5:1～3:1，其用量为微波吸收溶液质量的1.5～2.5%。

所述的加工助剂为090消泡剂，用量为0.1～0.3%。

本发明的一个具体方案是：聚氨酯角锥高度140cm，底座高度为20cm。微波吸收片厚度为3cm，方电阻值范围为350～420Ω，其三层吸收片分别距锥尖的距离为22.5cm，33.75cm，67.5cm，并以平行于角锥底边方向组成；内部单锥高70cm。

本发明采用在聚氨酯角锥材料的内部设置了与电波在空间等效方电阻值（377Ω）接近的三层平行结构，改善聚氨酯角锥吸波材料在30MHz～100MHz微波吸收性能，其吸收值从-12～20dB。并且沿着电波垂直入射方向，聚氨酯角锥材料由外至内的吸波体结构1#至3#的方电阻值由高至低，确保了材料在100MHz以上微波吸收性能与传统的聚氨酯角锥吸波材料性能接近。满足了电磁兼容及天线仿真暗室对材料的需求。

附图说明

图1低频微波吸收材料结构简图

1-160cm（含底座高度）高聚氨酯角锥吸波材料的外壳，厚度为3cm

2-三片微波吸收片，厚度为3cm

3-70cm高聚氨酯内部角锥（小角锥）吸波材料。

图2实施例1低频微波吸收材料在30MHz～1000MHz垂直反射率图。

图3实施例2低频微波吸收材料在30MHz～1000MHz垂直反射率图。

图4实施例3低频微波吸收材料在30MHz～1000MHz垂直反射率图。

具体实施方式

图1是本发明的低频微波吸收材料，其元件通过下述实施例制备。

实施例1

称取710g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑32g，钛酸镁15g，二氧化硅11g，四溴双酚A15g，三氧化二锑5g，转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200g S-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4分散设备中分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为400～420Ω，按图1组成大角锥1。

称取702g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑40g,钛酸镁15g,二氧化硅11g,四溴双酚A15g,三氧化二锑5g,转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200gS-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4高速分散机分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为350～380Ω，制得微波吸收片2。

称取707g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑50g,二氧化硅11g,四溴双酚A15g,三氧化二锑5g,转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200g S-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4高速分散机分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为160～190Ω，制成小角锥3。

实施例2

称取710g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑24g，导电石墨8g，钛酸锶15g,二氧化硅11g,四溴双酚A15g,三氧化二锑5g,转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200g S-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4高速分散机分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为520～560Ω，按图1组成大角锥1。

称取702g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑37g，导电石墨3g，钛酸锶15g，二氧化硅11g，四溴双酚A15g,三氧化二锑5g,转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200g S-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4高速分散机分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为400～410Ω，制得微波吸收片2。

实施例3

称取714g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑28g,碳酸镁15g,二氧化硅11g,四溴双酚A15g,三氧化二锑5g,转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200gS-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4高速分散机分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为480～510Ω，按图1组成大角锥1。

称取695g水和11g分散剂N于塑料容器中,设定转速500RPM，用F-0.4高速分散机分散均匀。然后依次添加导电炭黑42g,碳酸镁20g,二氧化硅11g,四溴双酚A15g,三氧化二锑5g,转速调整至1500RPM，分散20min,形成导电浆料。将导电浆料导入LKS-21立式砂磨机中，砂磨时间30min。砂磨后导电浆料用300目不锈钢纱网过滤，并添加200gS-07丙烯酸粘结剂（固含量35%），090消泡剂1g，在F-0.4高速分散机分散25min，制成水性微波吸收溶液。浸渍聚氨酯泡沫塑料，在80℃下干燥24h，测得等效方电阻为380～420Ω，制得微波吸收片2。

将实施例1-3制得的以上大角锥1，微波吸收片2，小角锥3分别和底座组装为图1所示本发明的低频微波吸收材料。其中聚氨酯角锥（大角锥）高度140cm，底座高度为20cm。微波吸收片厚度为3cm，方电阻值范围为350～420Ω，其三层吸收片分别距锥尖的距离为22.5cm，33.75cm，67.5cm，并以平行于角锥底边方向组成；内部单锥高70cm。

物理性能

电磁波吸收性能

采用低频同轴反射率的方法进行测试，在30MHz～1000MHz的频段测试。对低频微波吸波材料进行垂直方向电波反射率性能测试在图2-4中列出。

实施1例、实施2例、实施3例低频测试曲线表明在材料160cm高聚氨酯角锥吸波材料内部设置三片微波吸收片，按照一定间距排列，在30MHz电波吸收性能有所增加达到-12dB，不同结构1#～3#结合对应方电阻值使得材料在100MHz～1GHz吸收性能不变。其中实施3例相对于其它2例的吸波性能较好。

Claims

1.一种低频微波吸波材料，包括聚氨酯角锥和底座，其特征在于，所述聚氨酯角锥内部，紧贴底座设有两个相同的内部单锥，在内部单锥上方平行于锥底设有三层相同方电阻值的微波吸收片，微波吸收片的方电阻值范围为350～420Ω，聚氨酯角锥的方电阻范围为400～600Ω，内部单锥的方电阻范围为150～200Ω。

2.根据权利要求1所述的低频微波吸波材料，其特征在于所述聚氨酯角锥、内部单锥和微波吸收片都是以聚氨酯泡沫塑料为基材，浸渍微波吸收溶液而制得。

3.根据权利要求2所述的低频微波吸波材料，其特征在于所述微波吸收溶液按质量比为分散剂1～5%、微波吸收剂5～9%、水性粘结剂20～25%、阻燃剂1.5～2.5%、加工助剂0.1～0.3%，水69～73%组成。

4.根据权利要求3所述的低频微波吸波材料，其特征在于所述微波吸收剂由体积比为7:3～6:4的电波损耗型材料及电波能量消散材料组成。

5.根据权利要求4所述的低频微波吸波材料，其特征在于电波损耗材料为导电炭黑或石墨；电波能量消散材料为钛酸镁、钛酸锶、碳酸镁、二氧化硅。

6.根据权利要求3所述的低频微波吸波材料，其特征在于所述水性粘结剂是自交联丙烯酸乳液，其固含量在35～40%之间。

7.根据权利要求3所述的低频微波吸波材料，其特征在于所述的阻燃剂为四溴双酚A、三氧化二锑复配组成，其复配质量比为5:1～3:1。

8.根据权利要求3所述的低频微波吸波材料，其特征在于所述的加工助剂为090消泡剂。

9.根据权利要求1所述的低频微波吸波材料，其特征在于三层吸收片分别距锥尖的距离为22.5cm，33.75cm，67.5cm；内部单锥高70cm，聚氨酯角锥高度140cm,底座高度为20cm。