CN104341716B - 吸波材料、吸波基板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有较好吸波性能的吸波材料,其按重量份计,包含:环氧树脂100份;固化剂23~26份,所述固化剂是酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂或它们的混合物;羰基铁粉200~400份;有机溶剂40~100份,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。本发明还公开了吸波材料基板的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及吸波材料技术领域,更具体地,涉及环氧树脂复合吸波材料、吸波基板及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种重要的功能复合材料,最先应用于军事上,可以降低军用目标的雷达散射截面。随着科学技术的发展开始,电子元器件日益集成化、小型化和高频化,吸波材料在民用领域应用越来越广泛,如作为微波暗室材料,微衰减器元件及微波成型加工技术等。如何将吸波材料整合到现有的复合材料和结构中去成为材料制备的一大挑战。
吸波材料通常通过基体材料和吸波剂混合制得的复合材料。其基体材料主要包括涂料型,陶瓷型,橡胶型和塑料型,吸波剂主要有无机铁磁性和铁氧体磁性物质和导电聚合物及碳基材料等。
现有树脂基的吸波基板通常是将吸波剂与树脂基体按一定比例混合,搅拌均匀后注入模具后高温或者常温固化成型,无增强材料,如纤维或纤维布。这种方法所制备的吸收波材料的机械强度较低,在很多特殊领域下使用有很大的局限性;而且改变吸波层的厚度也比较复杂。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种新的吸波材料。本发明的另一个目的是提供具有较高的耐热性、较低吸水率以及较高的机械强度的吸波基板。进一步地,本发明还提供了吸波基板的制备方法。
根据本发明的一方面,提供了一种吸波材料,其按重量份计,包含:
环氧树脂100份;
固化剂23~26份;
羰基铁粉200~400份;
有机溶剂40~100份。
优选地,所述固化剂是酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂或它们的混合物。
优选地,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。
优选地,所述固化剂为酚醛类树脂,所述酚醛类树脂从苯酚型酚醛、邻甲酚型酚醛、线性双酚A型酚醛以及它们的混合物所组成的组中选择。
优选地,所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、间-苯二酚甲醛环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂、酚基缩水甘油醚环氧树脂、二环戊二烯或环戊二烯与酚类之缩聚树脂的环氧树脂、异氰酸脂改性的环氧树脂、海因环氧树脂、含磷环氧树脂中的一种或多种的混合物。
优选地,所述吸波材料还包含促进剂0.05~0.07份,所述促进剂为1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑中的一种或多种的混合物。
优选地,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比在0.6:1至2:1的范围之内。
优选地,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
优选地,所述羰基铁粉为203份、253份或者374份。
优选地,所述吸波材料用于飞行器、雷达或交通工具上。
在本发明另一方面,提供一种吸波基片,所述吸波基片包括增强材料片和上述的吸波材料,其中,所述吸波基片为将所述增强材料片浸渍或涂敷上述的吸波材料后,对所述增强材料片进行加热而得到的固化吸波材料片。
优选地,所述增强材料片包括对位芳纶纸、碳纤维片、玻璃纤维片、聚合物纤维片或者石棉纤维片。
在本发明另一方面,提供一种吸波基板的制备方法,包括:
将环氧树脂100份、固化剂23~26份、羰基铁粉200~400份与有机溶剂40~100份搅拌均匀后得到树脂基组合物;
将增强材料片浸渍在所述树脂基组合物中;
将浸渍后的所述增强材料片进行加热,从而得到固化度在30~70%的吸波材料片;
将多个吸波材料片叠放,并将叠放的多个吸波材料片加压形成吸波基板。
优选地,所述制备方法还包括:
在得到混料均匀的树脂基组合物后,将0.05~0.07份的促进剂加入到所述树脂基组合物中,所述促进剂为1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑中的一种或多种的混合物。
优选地,所述固化剂为酚醛类树脂,其中,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比在0.6:1至2:1的范围之内。
优选地,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
优选地,所述增强材料片为包括碳纤维片、玻璃纤维片、聚合物纤维片或者石棉纤维片。
优选地,所述吸波基板的厚度为1.5mm~3mm。
在本发明另一方面,提供一种吸波基板的制备方法,包括:
将环氧树脂100份、固化剂23~26份、羰基铁粉200~400份、促进剂0.05~0.07份与有机溶剂40~100份混合均匀后得到树脂基组合物胶液;
将增强材料片除湿烘干;
在所述烘干后的增强材料片上涂敷均厚的所述树脂基组合物胶液;
加热涂敷树脂基组合物后的增强材料片,得到固化度为30~70%的吸波材料片;
对所述吸波材料片打孔,从而在吸波材料片上形成多个孔;
将多个形成有多个孔的吸波材料片叠合在一起,并且在真空环境下对叠合的多个吸波材料片并加压进行压合,得到吸波基板。
优选地,所述固化剂选自以下物质所组成的组:酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂以及它们的混合物;和/或,
所述促进剂选自以下物质所组成的组:1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑以及它们的混合物。
优选地,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。
优选地,在真空环境下将叠合的多个形成有多个孔的吸波材料片压合叠合并加压得到吸波基板,包括:
对放置有叠合的多个吸波材料片的腔室抽真空;以及,
在140~250℃的温度下对叠合的多个固化增强材料片进行压合,然后冷却得到吸波基板。
优选地,所述吸波材料片的多个孔以多行多列方式布置,所述孔包括圆形孔、椭圆形孔、三角形或多边形。
在本发明另一方面,提供一种吸波基板,所述吸波基板由多个吸波材料片压合而成并且所述吸波基板上形成有贯穿吸波基板的多个孔,所述吸波材料片包括增强材料片以及浸渍或涂敷所述增强材料片的吸波材料,其中,所述吸波材料按重量份计,包含:
环氧树脂 100份;
固化剂 23~26份;
羰基铁粉 200~400份;
有机溶剂 40~100份。
优选地,所述固化剂是酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂或它们的混合物。
优选地,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。
优选地,所述吸波基板的多个孔以多行多列方式布置,所述孔包括圆形孔、椭圆形孔、三角形或多边形。
优选地,所述孔为边长为5~30mm的方形孔,每一行或者每一列中的相邻两个孔的中心距离为6~40mm。
优选地,所述吸波材料还包含促进剂0.05~0.07份,所述促进剂为1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑中的一种或多种的混合物。
优选地,所述固化剂为酚醛类树脂,其中,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比在0.6:1至2:1的范围之内。
优选地,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
优选地,所述吸波基板用于飞行器、雷达或交通工具上。
在上述材料的组分中,环氧树脂为树脂基材,酚醛树脂为树脂基材的固化剂,羰基铁粉作为吸波剂加入到混合物中,二甲基咪唑作为促进剂以提高反应速率。这些组分的组合以及各组分的重量分数范围是通过大量实验确定的,使得制得的树脂基吸波材料在具有一定吸波效果的情况下具有上述的较高的耐热性、较低吸水率以及较高的机械强度的效果。本发明实施例的增强材料可以包括:碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维、石棉纤维等纤维材料,且加入纤维材料可以有效的增强吸波材料的机械强度等性能。
附图说明
当结合附图进行阅读时,根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是,根据工业中的标准实践,各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上,为了清楚的讨论,各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
图1是根据本发明一实施例制得的吸波基板的反射率图
图2是根据本发明另一实施例制得的吸波基板的反射率图。
图3是根据本发明又一实施例制得的吸波基板的反射率图。
图4是使用本发明实施例的吸波材料制得的网格状吸波基板的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。
实施例1
吸波基板由用作增强材料片的对位芳纶纸浸渍到树脂基吸波材料中后对对位芳纶纸进行至少加热,例如烘烤工艺而得到。其中,树脂基吸波材料按照以下比例配置:
其中,酚醛树脂的酚羟基当量与环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
制备方法:将环氧树脂、酚醛树脂、羰基铁粉和丙酮搅拌均匀制成胶液(例如搅拌大约2小时);使用昊天龙邦的0.05mm的对位芳纶纸L344作为增强材料片,将增强材料片浸渍到胶液中,浸渍时间1秒以上,然后放入100-200℃的烤箱中烘烤1-20分钟得到厚度为0.1mm以上、固化度在30%~40%的半固化吸波材料片。然后,利用高温真空压机在真空环境下且在140~250℃的温度下且将20张半固化吸波材料片压合成2mm左右的的吸波基板。
对制得的吸波基板按照GJB 2038-94(雷达吸波材料反射率测试方法)中所记载的实验方法进行吸波能力测试,测试结果如图1所示。
实施例2
吸波基板由用作增强材料片的对位芳纶纸浸渍到树脂基吸波材料中后对对位芳纶纸进行至少加热,例如烘烤工艺而得到的。其中,树脂基吸波材料按照以下比例配置:
其中,酚醛树脂的酚羟基当量与环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
制备方法:将环氧树脂、酚醛树脂、羰基铁粉和丙酮搅拌均匀后,加入二甲基咪唑并搅拌制成胶液(例如2小时),并使用昊天龙邦的0.05mm的对位芳纶纸L344作为增强材料片,将增强材料片浸渍到胶液中,然后放入100-200℃的烤箱中烘烤1-20分钟得到厚度为0.1mm以上、固化度在30%~40%的半固化吸波材料片。然后,利用高温真空压机在真空环境下且在140~250℃的温度下将20张半固化吸波材料片压合成2mm左右的的吸波基板。
对制得的吸波基板按照GJB 2038-94(雷达吸波材料反射率测试方法)中所记载的实验方法进行吸波能力测试,测试结果如图2所示。
实施例3
吸波基板由用作增强材料片的对位芳纶纸浸渍到树脂基吸波材料中后对对位芳纶纸进行至少加热,例如烘烤工艺而得到的。其中,树脂基吸波材料按照以下比例配置:
其中酚醛树脂的酚羟基当量与环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
制备方法:将环氧树脂、酚醛树脂、羰基铁粉和丙酮搅拌均匀后,加入二甲基咪唑并搅拌制成胶液(例如2小时),并使用昊天龙邦的0.05mm的对位芳纶纸L344作为增强材料片,将增强材料片浸渍到胶液中,然后放入100-200℃的烤箱中烘烤1-20分钟得到厚度为0.1mm以上、固化度在30%~40%的半固化吸波材料片。然后,利用高温真空压机在真空环境下且在140~250℃的温度下将20张半固化吸波材料片压合成2mm左右的吸波基板。
对制得的吸波基板按照GJB 2038-94(雷达吸波材料反射率测试方法)中所记载的实验方法进行吸波能力测试,测试结果如图3所示。
在本发明实施例中,图1为实施例1中制成的吸波基板的反射率图,如图1所示,吸波基板在14-16GHz频段范围的反射率为-7dB以上。图2为实施例2中制成的吸波基板的反射率图,如图2所示,吸波基板在13-15GHz频段范围的反射率为-10dB以上。图3为实施例3中制成的吸波基板的反射率图,如图3所示,吸波基板在10-12GHz频段范围的反射率为-25dB以上。由图1至图3的实验结果可知通过本发明的方法制得的吸波基板具有较高的吸波能力,且可以根据所加入的吸波剂的量的不同而获得不通宽度的吸波范围。
在本发明实施例中,还可以使用本发明提出的吸波材料来制造网格状吸波基板。如前面已描述的本发明实施例的吸波材料,其按重量份计,包含:环氧树脂100份;固化剂23~26份,所述固化剂是酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂或它们的混合物;羰基铁粉200~400份;有机溶剂40~100份,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。优选地,所述吸波材料还包含促进剂0.05~0.07份,所述促进剂从1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑以及它们的混合物所组成的组中选择。
在本实施例中,固化剂是酚醛类树脂,酚醛树脂的酚羟基当量与环氧树脂的环氧当量之比为1:1。促进剂是1,2-二甲基咪唑。
在本发明实施例中,制备网格状吸波基板的制备方法包括以下步骤:
(a)将按上述实施例1、2或3给出的环氧树脂、酚醛树脂、羰基铁粉溶解于有机溶剂丙酮中,并搅拌均匀,使上述材料完全溶解。例如,可以是混合搅拌2小时,从而使得混料均匀。
(b)向所得溶液中加入促进剂,制得胶液。
(c)将增强用纤维布裁剪成适合于上胶的尺寸(例如可以是约35cm*35cm),然后将其放入105℃-110℃的真空干燥箱中进行烘干除湿并保持4h-6h。
(d)将制得的胶液涂敷在烘干的纤维布上,并用玻璃棒(玻璃棒与纤维增强材料间具有一定的间隙,从而控制胶液的厚度)挤压胶液,以保证胶液在纤维布上的均匀性。
(e)将上胶后的纤维布放入160℃-200℃的烤箱中烘烤3min-8min,以去除溶剂并使树脂部分固化(固化度可以是在30%~70%之间),制成半固化吸波材料片。
(f)在半固化吸波材料片上打方形孔。
(g)将多个打孔后的半固化吸波材料片按照设定的多层叠加方案叠合在模具上,预抽真空3分钟后按设置的工艺压合、冷却、拆板,得到网格状吸波基板。
通过上述方法制得的网格状吸波基板由多个吸波材料片压合而成并且所述吸波基板上形成有贯穿吸波基板的多个方形孔(如图4所示)。如图4所示,网格状吸波基板上形成的孔的边长L范围为5mm~30mm,相邻孔的中心距率的范围为6mm~40mm,其中相邻两个孔的间距d为1mm~10mm。孔也可以是圆形孔、椭圆形孔、三角形、多边形或其他任何形状的孔。在半固化稀薄材料片上打的多个孔可以是一种孔,例如均为圆形孔,也可以是多种不同形状的孔的组合。
在本发明实施中,上述吸波材料、吸波基片、吸波基板均可用于飞行器、雷达或交通工具上,使得它们具有电磁波吸波功能。由于吸波基板由多张吸波材料片压合而成,因而可以提供较高的机械强度。采用网格状结构,在实现相同机械强度的条件下,能够大大降低吸波材料整体的重量,实现轻量化;而且,由于制备过程中处于较高温的环境下且选择采用半固化吸波材料对其在高温真空环境下进行压合,使得制备得到的吸波基板的致密性较好,从而可以具备较的耐热性和较低的吸水率。
上面概括了几种实施方式的特征使得本领域技术人员可以更好理解本发明的各个方面。本领域技术人员应当理解,他们可容易使用本发明作为基础来设计或者修改其他用于实施与本文介绍的实施方式相同的目的和/或实现相同的优势的工艺和结构。本领域技术人员还应该认识到这些等效构造并不偏离本发明的精神和范围,并且在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做各种变化,替换以及修改。
Claims (24)
1.一种吸波基板,其特征在于,所述吸波基板由多个吸波基片压合而成并且所述吸波基板上形成有贯穿吸波基板的多个孔,其中,所述吸波基片包括增强材料片和吸波材料,其述吸波基片为将所述增强材料片浸渍或涂敷吸波材料后,对所述增强材料片在100-200℃下进行加热而得到的固化度在30~70%的吸波材料片,其中,所述吸波材料按重量份计,包含:环氧树脂100份;固化剂23~26份;羰基铁粉200~400份;有机溶剂40~100份,且所述吸波基片是具有多个孔的网格状形状。
2.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述固化剂是酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述吸波基板的多个孔以多行多列方式布置,所述孔包括圆形孔、椭圆形孔、三角形或多边形。
5.根据权利要求2所述的吸波基板,其特征在于,所述孔为边长为5~30mm的方形孔,每一行或者每一列中的相邻两个孔的中心距离为6~40mm。
6.根据权利要求1的吸波基板,其特征在于,所述吸波材料还包含促进剂0.05~0.07份,所述促进剂为1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求2所述的吸波基板,其特征在于,所述固化剂为酚醛类树脂,其中,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比在0.6:1至2:1的范围之内。
8.根据权利要求7所述的吸波基板,其特征在于,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
9.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述吸波基板用于飞行器、雷达或交通工具上。
10.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述固化剂为酚醛类树脂,所述酚醛类树脂从苯酚型酚醛、邻甲酚型酚醛、线性双酚A型酚醛以及它们的混合物所组成的组中选择。
11.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、间-苯二酚甲醛环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂、酚基缩水甘油醚环氧树脂、二环戊二烯或环戊二烯与酚类之缩聚树脂的环氧树脂、异氰酸脂改性的环氧树脂、海因环氧树脂、含磷环氧树脂中的一种或多种的混合物。
12.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述羰基铁粉为203份、253份或者374份。
13.根据权利要求1所述的吸波基板,其特征在于,所述增强材料片包括对位芳纶纸、碳纤维片、玻璃纤维片、聚合物纤维片或者石棉纤维片。
14.一种吸波基板的制备方法,包括:
将环氧树脂100份、固化剂23~26份、羰基铁粉200~400份与有机溶剂40~100份搅拌均匀后得到树脂基组合物;
将增强材料片浸渍在所述树脂基组合物中;
将浸渍后的所述增强材料片在100-200℃下进行加热,从而得到固化度在30~70%的吸波材料片;
对所述吸波材料片打孔,从而在吸波材料片上形成多个孔;
将具有所述多个孔的多个吸波材料片叠放,并将叠放的多个吸波材料片加压形成吸波基板。
15.根据权利要求14所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括:
在得到混料均匀的树脂基组合物后,将0.05~0.07份的促进剂加入到所述树脂基组合物中,所述促进剂为1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑中的一种或多种的混合物。
16.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,所述固化剂为酚醛类树脂,其中,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比在0.6:1至2:1的范围之内。
17.根据权利要求16所述的制备方法,其特征在于,所述酚醛类树脂的酚羟基当量与所述环氧树脂的环氧当量之比为1:1。
18.根据权利要求14所述的制备方法,其特征在于,所述增强材料片为包括碳纤维片、玻璃纤维片、聚合物纤维片或者石棉纤维片。
19.根据权利要求18所述的制备方法,其特征在于,所述吸波基板的厚度为1.5mm~3mm。
20.一种吸波基板的制备方法,包括:
将环氧树脂100份、固化剂23~26份、羰基铁粉200~400份、促进剂0.05~0.07份与有机溶剂40~100份混合均匀后得到树脂基组合物胶液;
将增强材料片除湿烘干;
在所述烘干后的增强材料片上涂敷均厚的所述树脂基组合物胶液;
100-200℃加热涂敷树脂基组合物后的增强材料片,得到固化度为30~70%的吸波材料片;
对所述吸波材料片打孔,从而在吸波材料片上形成多个孔;
将多个形成有多个孔的吸波材料片叠合在一起,并且在真空环境下对叠合的多个吸波材料片并加压进行压合,得到吸波基板。
21.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于:
所述固化剂选自以下物质所组成的组:酚醛类树脂、酸酐类树脂、胺类树脂以及它们的混合物;和/或,
所述促进剂选自以下物质所组成的组:1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑以及它们的混合物。
22.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂是丙酮、丁酮、丙醇甲醚或它们的混合物。
23.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于,在真空环境下将叠合的多个形成有多个孔的吸波材料片压合叠合并加压得到吸波基板,包括:
对放置有叠合的多个吸波材料片的腔室抽真空;以及,
在140~250℃的温度下对叠合的多个固化增强材料片进行压合,然后冷却得到吸波基板。
24.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于,所述吸波材料片的多个孔以多行多列方式布置,所述孔包括圆形孔、椭圆形孔、三角形或多边形。
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