CN104837926A - 用于雷达罩的热塑性树脂组合物 - Google Patents

用于雷达罩的热塑性树脂组合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其包含85重量％至95重量％的热塑性树脂，1重量％至5重量％的碳纳米管及3重量％至10重量％的碳黑，且上述碳纳米管与碳黑重量比为3:7至1:7，它具有优秀的机械特性并具有用于雷达保护所需的较好的电磁波反射损耗及穿透损耗平衡。

Description

用于雷达罩的热塑性树脂组合物
技术领域
本发明涉及一种用于雷达罩的热塑性树脂组合物，可在周边环境中保护雷达设备，同时不阻碍雷达信号传播。
背景技术
雷达(radar)为无线电探测及测距(radio detecting and ranging)的简称。其是发射高频率(100cm以下波长)电磁波后，接收物体反射的电磁波信息探知与物体之间距离、方向、高度等的无线监控设备。
雷达技术初期被用于目标的探测、定位、航海、引导、轰炸等军事用途，随着技术发展，其应用得到扩展，目前，雷达在航空航天产业中用于探知航空器的高度、速度及位置相关的信息，在海洋产业中用于探测船舶的位置和物体的位置。
另外，最近随着探知前方车辆车速对应地控制自身车速的ACC技术和预测前方车辆及自身车辆的冲撞事件时向驾驶员警报同时启动自动制动的CDM技术的普及，雷达还应用于汽车产业。
如上所述，随着雷达应用产业的发展，为了长期有效地保护雷达，通过在雷达前面安装雷达罩来保护雷达免受周边环境及水分的影响。但是由于安装在雷达前面的雷达罩本身，会存在雷达罩的电磁波损耗，尤其会存在雷达罩表面的电磁波反射损耗(reflection loss)非常大的问题。
因此，雷达罩必须是由电磁波反射损耗低，且具有预定水平屏蔽电磁波的性能的材料。即，具有适当的电磁波屏蔽性能，同时反射引起的反射损耗少的电磁波屏蔽材料才能作为雷达罩使用。
一般用于天线制备及反射度检测，航空器及船舶的雷达反追踪，电子设备的电磁波吸收的电磁波屏蔽材料为，利用导电、介电以及磁性损耗，将入射的电磁波能量吸收并转换为热能，可以有效减弱电磁波强度，即穿透损耗(penetration loss)大的材料。
因此，目前需要开发减少电磁波反射而造成的损耗，同时适当控制发射(穿透)的电磁波屏蔽率，不阻碍雷达信号的用于雷达罩的材料。
在所述技术背景下，本发明人在研究保护雷达不受外部环境影响且不阻碍雷达信号传播的雷达罩材料的过程中，发现在热塑性树脂中以最适含量及最适混合重量比添加碳纳米管和碳黑的热塑性树脂组合物，具有维持良好的机械性能的同时不阻碍雷达信号的程度上的电磁波反射损耗及穿透损耗的特性，从而完成了本发明。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种从周边环境中保护雷达，同时不阻碍雷达信号传播的用于雷达罩的热塑性树脂组合物。
本发明另一目的在于，提供由所述热塑性树脂组合物制备的具有良好的机械性能，同时达到雷达保护要求的电磁波反射损耗及穿透损耗平衡的雷达罩及包含该雷达罩的雷达。
用于解决课题的方法
为解决上述课题，本发明一个方面提供了一种用于雷达罩的热塑性树脂组合物，包含85重量％至95重量％的(a)热塑性树脂；1重量％至5重量％的(b)碳纳米管；3重量％至10重量％的(c)碳黑，上述碳纳米管和碳黑的重量比在3:7至1:7的范围内。
此外，本发明另一个方面还提供了包含由所述热塑性树脂组合物制备的树脂的雷达罩及包含所述雷达罩的雷达。
发明效果
根据本发明的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，可以制造机械性能良好同时达到雷达保护要求的电磁波反射损耗及穿透损耗平衡，不阻碍雷达信号的雷达罩。
具体实施方式
优选实施方式
下面，为帮助理解本发明，对本发明进行更详细的说明。
本说明书及权利要求书中被使用的用语及单词，不能限定于通常或词典中的定义来解释，依据发明人为了以最优的方式解释本发明，可以适当的定义用语的概念为原则，应该用符合本发明技术思想的定义和概念来解释。
本发明提供了，机械性能良好的同时不阻碍雷达的电磁波信号传播的，具有电磁波反射损耗及穿透损耗性能的，用于雷达罩的有益的热塑性树脂组合物。
具体地说，根据本发明一个实施例，所述用于雷达罩的热塑性树脂组合物包含：85重量％至95重量％的(a)热塑性树脂；1重量％至5重量％的(b)碳纳米管；和3重量％至10重量％的(c)碳黑，上述碳纳米管及碳黑的重量比在3:7至1:7的范围内。
下面，对本发明进行更详细的说明。
(a)热塑性树脂
在根据本发明的一个实施例的用于雷达罩的热塑性树脂组合物中，所述热塑性树脂未被特别地限定，只要具有热塑性(thermoplasticity)就都可以使用。具体的上述热塑性树脂的实例可为：聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚醚酮树脂，聚醚酰亚胺树脂，聚对苯二甲酸亚烷基酯树脂(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)，丙烯酸类树脂，聚砜树脂，聚亚苯基硫醚，聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯等)，聚苯乙烯树脂，间同立构聚苯乙烯树脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂，聚苯醚树脂，液晶聚合物树脂等，可以使用其中一种或两种以上的共聚物或混合物。
其中，所述热塑性树脂更具体可以为，具有机械强度、耐磨、耐热及耐化学腐蚀性较好的聚酰胺树脂(polyamide resin)。
另外，上述聚酰胺树脂更具体地可以为在300℃温度及10kg荷重条件下，具有50g/min至65g/min的熔融指数(MI)。如果聚酰胺树脂具有所述熔融指数范围时，包含该聚酰胺树脂的热塑性树脂组合物具有较好的成型性。
另外，所述热塑性树脂未被特别地限定，可通过本领域公知的常用方法制备及使用，也可购买市售材料。
例如，以聚酰胺树脂作为所述热塑性树脂制备及使用时，尽管本发明并非限定于此，但是所述聚酰胺树脂可以通过例如作为单体的3元以上环状内酰胺或ω-氨基酸的均相缩聚，或者使用其2种以上进行缩聚来制备，或使2价酸(diacids)及二元胺反应来制备。
另外，所述聚酰胺树脂可以为均聚酰胺(homopolyamide)、共聚酰亚胺(copolyimide)或它们的混合物，也可为结晶的、半结晶的、非结晶的或它们的混合物。
具体地说，所述聚酰胺树脂可以为：聚酰胺3、聚酰胺4、聚酰胺6、聚酰胺7、聚酰胺8、聚酰胺9、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺6,6、聚酰胺6,10等结晶性脂肪族聚酰胺；对苯二甲酸或间苯二甲酸和己二胺的共聚物等非结晶性共聚酰胺；或者聚甲基二甲苯己二酰胺等芳香族聚酰胺，但并不限定于此。
另一方面，所述热塑性树脂在所述用于雷达罩的热塑性树脂组合物中的含量可以为85重量％至95重量％。如果，所述热塑性树脂含量不足85重量％时，包含它的热塑性树脂组合物的成型性及机械性能可能降低；如果含量超过95重量％时，相对的后面描述的碳纳米管及碳黑的量减少，无法获得需要的电磁波屏蔽效果。更具体地说，所述热塑性树脂含量可以为90重量％至95重量％。
(b)碳纳米管
本发明一个实施例中，所述用于雷达罩的热塑性树脂组合物中的所述碳纳米管(carbon nanotube)起到改善所述热塑性树脂的耐冲击强度及抗张强度，同时降低反射损耗的作用。另外，由于施加电磁波时上述碳纳米管可以改善介电损耗(或能量转换损耗)，其对电磁波具有优秀的多重吸收性能。
所述碳纳米管为碳原子以呈圆形长管状长长地延伸的微细分子，其为由1个碳原子与3个其他碳原子结合而成六角形蜂巢状的空心管型结构。
另外，所述碳纳米管平均内径可以为0.5nm至10nm，优选地平均内径可以为1nm至5nm。
另外，所述碳纳米管选自：单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种以上，但并不限定于此。
另一方面，所述碳纳米管降低热塑性树脂组合物的反射损耗，但含量过多时可能会增加穿透损耗。因此，优选地应根据热塑性树脂组合物的反射损耗及穿透损耗，适量调整所述碳纳米管含量。具体地说，所述用于雷达罩的热塑性树脂组合物中可以包含1重量％至5重量％，更具体地可以包含1重量％至3重量％的碳纳米管。如果，所述碳纳米管含量不足1重量％时，则可能导致包含它的上述热塑性树脂组合物的反射损耗减少效果不明显，如果碳纳米管的含量超过5重量％时，则电磁波穿透损耗会过分上升，或者后面描述的碳黑量相对降低，而无法获得预期程度的电磁波穿透损耗效果。
(c)碳黑
在本发明中一个实施例的用于雷达罩的热塑性树脂组合物中，所述碳黑(carbon black)改善所述热塑性树脂的耐冲击强度及抗张强度的同时，具有降低电磁波穿透损耗的作用。
上述碳黑是指微细碳粉，其可以是平均粒径(D50)为10μm至200μm的球形碳粉末。
本发明中，碳黑的平均粒径(D50)可定义为在累积粒径分布中在50％处的粒径。例如，所述碳黑的平均粒径(D50)可用激光衍射法(laser diffractionmethod)进行检测，更具体地说，上述碳黑分散到溶剂后，将得到的分散体导入市售的激光粒度仪(例如，Microtrac MT 3000)中，以约28kHz的超声波频率及60W的输出功率照射后，计算出检测设备中在累积粒径分布中50％处的平均粒径(D50)。
另一方面，所述碳黑在所述用于雷达罩的热塑性树脂组合物中含量可以为3重量％至10重量％。如果所述碳黑含量不足3重量％时，则包含它的上述热塑性树脂组合物的电磁波穿透损耗降低效果不明显，如果碳黑含量超过10重量％时，则可能引起反射损耗过度上升，或者由于所述碳纳米管的量相对降低而无法获得预期程度的反射损耗降低效果。更具体地说，所述碳黑含量可以为5重量％至7重量％。
根据本发明一个实施例，所述用于雷达罩的热塑性树脂组合物包含所述的各组成成分分别为最佳含量，同时包含的所述(b)碳纳米管和(c)碳黑混合重量比可以在3:7至1:7的范围内。如果所述(b)碳纳米管和(c)碳黑的混合重量比超出上述范围，并且碳纳米管含量过多时，可能会引起穿透损耗的增加。又，如果碳纳米管和碳黑的混合重量比超出上述范围，并且碳黑的含量过高时，可引起反射损耗的增加。如此，如果所述混合重量比例不合适时，将无法维持反射损耗与穿透损耗之间适当的平衡并导致倾向一者，结果可能阻碍雷达信号传播。更具体地说，所述(b)碳纳米管和(c)碳黑重量比为1:3至1:7，更具体地重量比为1:7。
另外，根据本发明的一个实施例中，上述用于雷达罩的热塑性树脂组合物可以包含：相对于100重量份的所述(a)聚酰胺树脂，1至5重量份的(b)碳纳米管以及5至8重量份的(c)碳黑。更具体地说，上述酰胺树脂：碳纳米管：碳黑的重量比为0.92:0.01:0.07。
根据本发明另一个实施例，提供了使用所述热塑性树脂组合物制备的树脂及包含它的成型品，如雷达罩，并且进一步地提供了包含所述雷达罩的雷达。
根据本发明的一个实施例中，使用所述热塑性树脂组合物制备的树脂及包含它的雷达罩，具有2dB至9dB范围的反射损耗及3dB至12dB范围的电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)。如此，所述树脂和雷达罩显示了良好的用于雷达保护所需要的电磁波反射损耗及穿透损耗平衡，可以不妨碍雷达信号的传播。更具体地说，所述树脂及雷达罩可具有在3dB至6dB范围内的反射损耗特性及3dB至5dB的电磁干扰屏蔽效能。
实施方式
根据以下实施例及实验例，对本发明进行详细说明。但下述实施例及实验例仅限用于本发明的示例，本发明的范围未被限定于此。
以下实施例及对比例中使用的物质如下：
(1)聚酰胺树脂：在300℃温度及10kg荷重条件下，熔融指数(MI)为60g/min的结晶性聚酰胺。
(2)聚碳酸酯：重量平均分子量(Mw)＝21,000g/mol，玻璃化转变温度(Tg)＝150℃
(3)聚对苯二甲酸丁二醇酯：Mw＝24,000g/mol，Tg＝65℃
(4)聚亚苯基硫醚：Mw＝21,000g/mol，Tg＝90℃
(5)碳纳米管：平均内径为2nm的双壁碳纳米管
(6)碳黑：平均粒径(D50)50μm
实施例1
均匀混合聚酰胺树脂94g、碳纳米管(多壁碳纳米管)1g及碳黑5g，利用双螺杆挤压机及注射成型机，使用所得到的混合物制备用于平板型雷达罩的热塑性树脂样品(厚度：3mm)。
实施例2
除了使用聚酰胺树脂92g、碳纳米管1g及碳黑7g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
实施例3
除了使用聚酰胺树脂90g、碳纳米管3g及碳黑7g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例1
除了使用聚酰胺树脂94g及碳纳米管6g，未使用碳黑之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例2
除了使用聚酰胺树脂90g及碳纳米管10g，未使用碳黑之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例3
除了使用聚酰胺树脂94g及碳黑6g，未使用碳纳米管之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例4
除了使用聚酰胺树脂90g及碳黑10g，未使用碳纳米管之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例5
除了使用聚酰胺树脂91g、碳纳米管(多壁碳纳米管)3g及碳黑6g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例6
除了使用聚酰胺树脂90g、碳纳米管(多壁碳纳米管)1g及碳黑9g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例7
除了使用聚酰胺树脂86g、碳纳米管(多壁碳纳米管)2g及碳黑12g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例8
除了使用聚酰胺树脂96g、碳纳米管(多壁碳纳米管)0.5g及碳黑3.5g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例9
除了使用聚酰胺树脂87g、碳纳米管(多壁碳纳米管)1g及碳黑12g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例10
除了使用聚酰胺树脂87.5g、碳纳米管(多壁碳纳米管)0.5g及碳黑12g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例11
除了使用聚酰胺树脂92g、碳纳米管(多壁碳纳米管)7g及碳黑1g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例12
除了使用聚酰胺树脂95g及纳米碳纤维5g，未使用碳纳米管及碳黑之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例13
除了使用聚酰胺树脂92g、碳纳米管1g及纳米碳纤维7g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
对比例14
除了使用聚酰胺树脂92g、碳黑7g及纳米碳纤维1g之外，使用与所述实施例1相同方法，制备用于雷达罩的热塑性树脂样品。
如下表1中示出了，所述实施例及对比例各样品制备所使用的物质及其含量。
表1
[表1]
分类 聚酰胺(g) 碳纳米管(g) 碳黑(g) 纳米碳纤维(g)
实施例1 94 1 5 -
实施例2 92 1 7 -
实施例3 90 3 7 -
对比例1 94 6 - -
对比例2 90 10 -
对比例3 94 - 6 -
对比例4 90 - 10 -
对比例5 91 3 6 -
对比例6 90 1 9
对比例7 86 2 12
对比例8 96 0.5 3.5
对比例9 87 1 12 -
对比例10 87.5 0.5 12
对比例11 92 7 1 -
对比例12 95 - - 5
对比例13 92 1 - 7
对比例14 92 - 7 1
实验例1
为了对比分析所述实施例及对比例中制备的各样品的机械性能、电磁波反射损耗及穿透损耗，按照下列方法检测各个特性，其结果如表2所示。
(1)反射损耗及穿透损耗：依据ASTM D4935检测各样品的电磁波反射损耗及穿透损耗。
具体地说，对所述实施例及对比例中制备的各样品(厚度3mm)照射30MHz至1500MHz的电磁波后，根据样品表面反射的信号强度和照射信号强度之间的差异，计算得反射损耗。
又，对上述实施例及对比例中制备的各样品(厚度3mm)照射30MHz至1500MHz的电磁波后，根据穿透样品的信号强度与照射时信号强度之间的差异，计算得穿透损耗。
(2)抗张强度：依据ASTM D638检测样品的抗张强度。
(3)耐冲击强度：依据ASTM D256检测样品的耐冲击强度。
(4)表面阻力：依据ASTM D257检测样品的表面阻力。
表2
[表2]
如表2所示，与根据对比例1至14制备的热塑性树脂样品对比时，根据本发明热塑性树脂组合物制备的实施例1至3的热塑性树脂样品在维持相同水平的机械特性及表面阻力特性同时显示出较好的用于雷达罩保护所需的电磁波反射损耗及穿透损耗平衡。
具体地证实了，相对于仅包含碳纳米管和碳黑任意一个的热塑性树脂样品(对比例1至4)，本发明同时使用热塑性树脂、碳纳米管及碳黑的实施例1至3的热塑性树脂样品，维持了较好的电磁波的反射损耗和穿透损耗特性的平衡，而无向任意一侧的倾向性。
另外，在本发明热塑性树脂组合物研究中，同时包含热塑性树脂、碳纳米管及碳黑，各组分含量满足条件时，如果碳纳米管和碳黑的混合重量比不符合条件(对比例5及6)时，出现偏向电磁波反射损耗和穿透损耗特性之一的效果。
并且，在本发明所述热塑性树脂组合物中，同时包含热塑性树脂、碳纳米管及碳黑，上述碳纳米管和碳黑混合重量比满足条件，但各组分含量条件不符合(对比例7及8)时，出现偏向电磁波反射损耗和穿透损耗特性之一的效果。各组分含量范围条件及碳纳米管和碳黑的混合重量比均不满足条件(对比例9，10，11)时，出现偏向电磁波反射损耗及穿透损耗特性之一的效果。
另一方面，针对本发明中的热塑性树脂组合物，单独使用纳米碳纤维来代替碳纳米管或碳黑(对比例12)时，纳米碳纤维与碳纳米管以7:1的混合重量比混合使用(对比例13)时，以及纳米碳纤维与碳黑以1:7混合重量比混合使用(对比例14)时，都出现偏向电磁波反射损耗和穿透损耗特性之一的效果。
由上述结果可以理解，由于由根据本发明的以最佳量和混合重量比包含热塑性树脂、碳纳米管及碳黑的热塑性树脂组合物制备的热塑性树脂，在维持较好的机械性能的同时具有良好的用于雷达罩所需的电磁波反射损耗及穿透损耗的平衡，当该树脂用于雷达罩时，不仅可从周边环境中保护雷达，而且可容易接收发射的电磁波信号，并且通过适量屏蔽传播的电磁波而不阻碍雷达信号传播。
实验例2
为了观察不同热塑性树脂的改善效果，除了使用表3中记录的热塑性树脂之外，使用与所述实施例2相同方法制备热塑性树脂样品。针对制备的热塑性树脂样品，按照与所述实验例1相同方法检测机械性能、电磁波反射损耗及穿透损耗，其结果如表3所示。为了比较效果，将所述实施例2制备的热塑性树脂的样品检测结果一并记录。
表3
[表3]
如表3所示，使用不同热塑性树脂时，证实具有较好的机械性能，并具有良好的适用于雷达保护的反射损耗及穿透损耗平衡。
工业实用性
本发明中用于雷达罩的热塑性树脂组合物，具有较好的机械性能，并较好地表现出用于雷达保护的反射损耗及穿透损耗平衡，适用于不阻碍雷达信号传播的雷达罩的制备。

Claims (12)

1.一种用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，包含，
85重量％至95重量％的(a)热塑性树脂；
1重量％至5重量％的(b)碳纳米管；以及，
3重量％至10重量％的(c)碳黑；
所述碳纳米管与碳黑的重量比在3:7至1:7的范围内。
2.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(a)热塑性树脂包含：选自聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚醚酮树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚对苯二甲酸亚烷基酯树脂、丙烯酸类树脂、聚砜树脂、聚亚苯基硫醚、聚烯烃、聚苯乙烯树脂、间同立构聚苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、聚苯醚树脂、液晶聚合物树脂及它们的共聚物所组成的组中的一种或其两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(a)热塑性树脂是，在300℃温度及10kg荷重条件下，具有50g/min至65g/min的熔融指数的聚酰胺树脂。
4.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(a)热塑性树脂包含：选自结晶性聚酰胺、半结晶性聚酰胺及非结晶性聚酰胺所组成的组中的一种或其两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(b)碳纳米管包含：选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管组成的组中的一种或其两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(b)碳纳米管具有0.5nm至10nm的平均内径。
7.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(c)碳黑是具有10μm至200μm的平均粒径(D50)的球形碳颗粒。
8.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述(b)碳纳米管和(c)碳黑的重量比在1:3至1:7的范围内。
9.根据权利要求1所述的用于雷达罩的热塑性树脂组合物，其特征在于，
所述热塑性树脂组合物包含：相对100重量份的(a)热塑性树脂，1至5重量份的(b)碳纳米管及5至8重量份的(c)碳黑。
10.一种雷达罩，其特征在于，包含由权利要求1至9中任一项所述的热塑性树脂组合物制成的树脂。
11.根据权利要求10所述的雷达罩，其特征在于，
所述树脂具有2dB至9dB范围的电磁波反射损耗，以及3dB至12dB范围的电磁干扰屏蔽效能。
12.一种雷达，其特征在于，包括权利要求10所述的雷达罩。
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