CN105086472B - 一种碳基多孔柔性复合吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳基多孔柔性复合吸波材料及其制备方法，其特点是先将1份碳基吸波剂进行预处理，然后将处理后的碳基吸波剂与0.2～0.4份增熔剂、40～100份硅橡胶、10～30份增强剂、0～5份辐射敏化剂、0～3份阻燃剂混炼成型，将混炼成型的胶料置于模具中，在100～150kg.cm^‑2下进行压延，制成厚度为0.5～5毫米的薄片，然后将含模具的薄片塑封后，置于γ射线辐照场或电子束加速器中，使其总吸收剂量保持30～100kGy进行辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。本发明工艺简单，不需要复杂的化学过程控制或专业辅助设备，仅需双棍开炼机等简单的设备，成本较低；制备的材料柔韧性和吸波性能优异，并且制备过程控制简捷、重复性好、节能环保。

Description

一种碳基多孔柔性复合吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明属于吸波材料及复合材料技术领域，具体涉及一种具有吸波性能的碳基多孔柔性复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，吸波材料由于其能够有效吸收电磁波的性能，有助于提高装备系统的生存和突防以及纵深打击能力、消除/减电子设备之间的电磁干扰、提高系统的电磁兼容能力，因而被广泛应用于各种飞行器、武器装备、电子器件、通信通讯等军民领域。

柔性吸波材料属于复合材料的范畴，由于其材质柔韧，有别于常规吸波材料的刚性，可弯折。但现有技术中，柔性吸波材料一般是采用胶粘剂与吸波剂(通常为磁性材料)混合辊压而成，通过选择丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶基材、优化配方设计等方式，使其满足不同需求。虽然这类材料吸波具有均匀性好、工艺可控性强、材料性能(尤其是电性能)稳定、施工简单等优点，但其普遍存在材料耐温性能一般低于100℃、所选用的吸波剂填料多为金属粉体、面密度过高等不足，同时需要较为复杂的工艺方法和专业设备，成本较高，无法满足特种装备以及具体使用环境或场景对材料的性能要求。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，采用非金属碳基吸波剂与硅橡胶及其他辅料制备得到的吸波材料柔韧性和吸波性能良好。基于这种发现，完成了本发明。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是通过混炼和辐射交联的方法，制备了一种碳基多孔柔性复合吸波材料。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种碳基多孔柔性复合吸波材料，所述吸波材料的配方组成按重量计为：碳基吸波剂1份，增熔剂0.2～0.4份，硅橡胶40～100份，增强剂10～30份，辐射敏化剂0～5份，阻燃剂0～3份。

优选的是，其中，所述吸波材料的配方组成按重量计为：碳基吸波剂1 份，增熔剂0.3份，硅橡胶70份，增强剂15份，辐射敏化剂2份，阻燃剂2 份。

优选的是，其中，所述碳基吸波剂为石墨烯、炭黑、富勒烯、短切碳纤维中的一种或几种的组合；所述增熔剂为硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯中的任意一种；所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶中的任意一种；所述增强剂为纳米氧化锌、白炭黑、高岭土、凹凸棒改性粘土、硬质陶土、稻壳超细微粉中的一种或几种的组合；所述辐射敏化剂为为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、二丙烯酸-1,6-己二醇酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的任意一种，辐射敏化能够在被射线辐射时产生自由基；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的任意一种，采用阻燃剂是为了进一步降低吸波材料的可燃性。

优选的是，其中，所述碳基吸波剂为重量比为1:1～3的石墨烯和炭黑、重量比为1:1～3的富勒烯和炭黑、重量比为1:1～3的石墨烯和富勒烯、重量比为1:1～3的短切纤维与炭黑中的一种。

优选的是，其中，所述增强剂为重量比为1:0.5～1:1～3的纳米氧化锌、高岭土和稻壳超细微粉。

优选的是，其中，所述稻壳超细微粉的粒径小于100微米。

本发明的目的还可以进一步由一种制备碳基多孔柔性复合吸波材料的方法来实现，该方法包括以下步骤：

步骤一、将增熔剂加入乙醇中配制成质量浓度为0.8～1.0％的处理液，按重量份，将碳基吸波剂加入到25～50份处理液中，搅拌2～4小时后，抽滤至干，将得到的固体在70～80℃下干燥4～8小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的碳基吸波剂与40～100份硅橡胶在双辊 开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入10～30份增强剂和0～5份辐射敏化剂，混炼 15～20分钟；混炼完成后静储20～30小时，然后再次返炼10～20分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在100～150kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为0.5～5毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于γ射线辐照场或电子束加速器中，使其总吸收剂量保持30～100kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

优选的是，其中，所述步骤一中搅拌的速度为200～500r.min_- ¹。

优选的是，其中，所述步骤二中的模具的结构为，包括成型主模具，其为一中空上部敞口模框，通过上部敞口向所述成型主模具内注入待成孔的材料熔体；所述成型主模具的一侧面设置有多个孔；成孔附模具，其通过滑竿滑动连接在所述成型主模具的设置有多个孔的侧面；所述成孔附模具上设置有多个硬质针状直棒，所述多个硬质针状直棒与所述成型主模具侧面的多个孔一一准直对应；夹层型隔板，其设置在所述成型主模具的模框内；所述夹层型隔板包括多孔内层板和分离式无孔隔板，所述多孔内层板上设置有多个孔，其与所述成型主模具侧面的多个孔一一准直对应；所述分离式无孔隔板活动设置在所述多孔内层板与所述成型主模具的设置有多个孔的侧面之间；其中所述成孔附模具外侧设置有旋钮，所述旋钮与所述滑竿连接并通过旋钮的旋拧将所述多个硬质针状直棒通过所述成型主模具侧面的多个孔和所述多孔内层板刺入所述成型主模具的模框内。

优选的是，所述滑竿有四根，其分别均匀固定在所述成型主模具的设置有多个孔的侧面的中部和下部；所述旋钮有两个，其与设置在所述成型主模具上的上部的两个滑竿连接；所述连接有旋钮的两个滑竿上设置有刻度，带刻度滑竿对所述成孔附模具起标示进程作用，可以清楚的显示推进的距离。

在本发明中，由于采用的碳基吸波剂为石墨烯、炭黑、富勒烯、短切碳纤维等无机材料，因此在步骤一采用增熔剂对碳基吸波剂进行预处理，预处理的目的是能够增强碳基吸波剂与硅橡胶的界面融合效果，制备的吸波材料的结构和性能更优。

本发明制备的碳基多孔柔性复合吸波材料的多孔结构通过所述步骤二中的模具制得，制备多孔材料时，先将步骤二中返炼完成的胶料注入所述成型主模具，所述分离式无孔隔板可在未启动旋钮时阻挡熔体从孔中溢出，在启动所述旋钮时从夹层型隔板中间取出分离式无孔隔板，然后缓慢启动所述旋钮，旋钮的旋转带动成孔附模具向前推进，进一步将所述多个针状直棒通过所述成型主模具侧面的多个孔和所述多孔内层板刺入所述成型主模具内的熔体中，待熔体固化至一定程度后启动所述旋钮将所述多个硬质针状直棒剥离，待材料完全固化后，拆除模具即可得到所需多孔材料，其中，在多孔内层板和成型主模具侧面设置一一对应的孔可以对多个针状直棒起到支撑和定位的作用，能够使制备的材料的孔更加均匀。并且采用上述多孔材料制备模具时，所制备材料孔隙度的高低可通过增减成孔附模具的个数(此时需要注意各成孔附模具上的针状直棒需要彼此错位设置，否则无法顺利刺入成型主模具内)，或者均匀性增减成孔附模具上针状直棒的数量予以实现；多孔材料孔的大小、形状等则可通过改变成孔附模具上针状直棒的粗细、形状等予以实现。

本发明至少包括以下有益效果：工艺简单，不需要复杂的化学过程控制或专业辅助设备，仅需双辊 开炼机等简单的设备，操作简便，无需额外添加胶粘剂，成本较低；同时硅橡胶原料可任意选择，其乙烯基及苯基的含量不拘，且耐温性能可达180℃，可180度弯折或卷曲；制备的材料柔韧性和吸波性能优异，并且制备过程控制简捷、重复性好、节能环保。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明实施例1制备的碳基多孔柔性复合吸波材料的断面扫描电镜图。

图2为本发明所述模具的结构示意图；

图3为本发明所述的模具的剖面结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

步骤一、将硅烷偶联剂KH550加入乙醇中配制成质量浓度为0.8％的处理液，将1份石墨烯加入到30份处理液中，以300r.min_- ¹的速度搅拌2小时后，抽滤至干，将得到的固体在80℃下干燥4小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的石墨烯与40份甲基乙烯基硅橡胶在双辊 开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入30份纳米氧化锌和1份二丙烯酸-1,6-己二醇酯，混炼15分钟；混炼完成后静储30小时，然后再次返炼20分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在140kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为0.5 毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于γ射线辐照场中，使其总吸收剂量保持30kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

所述步骤二中的模具的结构如图2～3所示，包括成型主模具1，其为一中空上部敞口模框；所述成型主模具的一侧面设置有多个孔；成孔附模具8，其通过滑竿滑动连接在所述成型主模具1的设置有多个孔的侧面4；所述成孔附模具1上设置有多个硬质针状直棒5，所述多个硬质针状直棒5与所述成型主模具侧面4的多个孔一一准直对应；夹层型隔板，其设置在所述成型主模具1的模框内；所述夹层型隔板包括多孔内层板2和分离式无孔隔板3，所述多孔内层板2上设置有多个孔，其与所述成型主模具侧面4的多个孔一一准直对应；所述分离式无孔隔板3活动设置在所述多孔内层板2与所述成型主模具的设置有多个孔的侧面4之间；其中所述成孔附模具8外侧设置有旋钮9，所述旋钮9与所述滑竿连接并通过旋钮的旋拧将所述多个硬质针状直棒5通过所述成型主模具侧面的多个孔和所述多孔内层板刺入所述成型主模具的模框内；所述滑竿有四根，其分别均匀固定在所述成型主模具的设置有多个孔的侧面的中部和下部，上部设置两个滑竿6，下部设置两个滑竿7，所述旋钮9有两个，其与设置在所述成型主模具上的中部的两个滑竿6连接，采用这种方式，可以准确的将多个硬质针状直棒推入所述成型主模具侧面的多个孔和所述多孔内层板上的多个孔，并刺入所述成型主模具的模框内，所述下部的两个滑竿7起到对所述成孔附模具8起支撑作用；所述连接有旋钮的两个滑竿6上设置有刻度，带刻度滑竿对所述成孔附模具起标示进程作用，可以清楚的显示推进的距离；所述旋钮与滑竿的连接方式为：所述旋钮为螺帽，所述滑竿为螺杆，螺帽和螺杆相配合完成所述成孔附模具刺入所述成型主模具内。

实施例2：

步骤一、将硬脂酸加入乙醇中配制成质量浓度为0.85％的处理液，将1 份重量比为1:1的石墨烯和炭黑加入到50份处理液中，以300r.min_- ¹的速度搅拌4小时后，抽滤至干，将得到的固体在70℃下干燥8小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的石墨烯和炭黑与100份液体二甲基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入25份白炭黑和4份三烯丙基异氰脲酸酯，混炼20分钟；混炼完成后静储20小时，然后再次返炼10分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在120kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为1 毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持100kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例3：

步骤一、将硅烷偶联剂KH560加入乙醇中配制成质量浓度为1％的处理液，将1份短切纤维加入到25份处理液中，以350r.min_- ¹的速度搅拌3小时后，抽滤至干，将得到的固体在75℃下干燥6小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的短切纤维与50份液体甲基苯基乙烯基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入15份稻壳超细微粉和1份二丙烯酸-1,6-己二醇酯，混炼15分钟；混炼完成后静储25小时，然后再次返炼20 分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在136kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为5毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持70kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例4：

步骤一、将钛酸酯CB311W加入乙醇中配制成质量浓度为0.9％的处理液，将1份重量比为2:1的炭黑和富勒烯加入到30份处理液中，以300r.min_- ¹的速度搅拌2小时后，抽滤至干，将得到的固体在80℃下干燥5小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的炭黑和富勒烯与90份液体甲基乙烯基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入10份硬质陶土和2份三烯丙基异氰脲酸酯，混炼18分钟；混炼完成后静储27小时，然后再次返炼17分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在148kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为2毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于γ射线辐照场中，使其总吸收剂量保持40kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例5：

步骤一、将钛酸酯CB-401加入乙醇中配制成质量浓度为0.8％的处理液，将1份炭黑加入到45份处理液中，以300r.min_- ¹的速度搅拌3小时后，抽滤至干，将得到的固体在70℃下干燥7小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的炭黑与80份液体甲基乙烯基硅橡胶在双辊 开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入10份凹凸棒改性粘土和3份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混炼20分钟；混炼完成后静储20小时，然后再次返炼15 分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在135kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为0.8毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持50kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例6：

步骤一、将硬脂酸加入乙醇中配制成质量浓度为1％的处理液，将1份重量比1:2的石墨烯与富勒烯加入到40份处理液中，以350r.min_- ¹的速度搅拌4 小时后，抽滤至干，将得到的固体在75℃下干燥5小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的石墨烯与富勒烯与60份液体甲基乙烯基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入15份高岭土，混炼15分钟；混炼完成后静储24小时，然后再次返炼15分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在100kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为0.5毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持75kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例7：

步骤一、将硅烷偶联剂KH560加入乙醇中配制成质量浓度为0.8％的处理液，将1份重量比3:1的炭黑和短切纤维加入到50份处理液中，以350r.min_- ¹的速度搅拌2小时后，抽滤至干，将得到的固体在80℃下干燥4小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的炭黑和短切纤维与70份液体甲基乙烯基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入10份纳米氧化锌与10份白炭黑，混炼20分钟；混炼完成后静储20小时，然后再次返炼10分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在150kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为4 毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于γ射线辐照场中，使其总吸收剂量保持55kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例8：

步骤一、将硬脂酸加入乙醇中配制成质量浓度为1％的处理液，将1g重量比1:2的石墨烯与富勒烯加入到40g处理液中，以300r.min^-1的速度搅拌3 小时后，抽滤至干，将得到的固体在70℃下干燥8小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的石墨烯与富勒烯与60g液体甲基乙烯基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入15g重量比为重量比为1:1:1的纳米氧化锌、高岭土和稻壳超细微粉，混炼15分钟；混炼完成后静储24小时，然后再次返炼15分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在100kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为0.5毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持75kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例9：

步骤一、将硅烷偶联剂KH560加入乙醇中配制成质量浓度为1％的处理液，将1g短切纤维加入到25g处理液中，以350r.min^-1的速度搅拌3小时后，抽滤至干，将得到的固体在75℃下干燥6小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的短切纤维与50g液体甲基苯基乙烯基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入15g稻壳超细微粉、1g二丙烯酸 -1,6-己二醇酯和2g氢氧化镁，混炼15分钟；混炼完成后静储25小时，然后再次返炼20分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在136kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为5毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持70kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

实施例10：

步骤一、将硬脂酸加入乙醇中配制成质量浓度为0.85％的处理液，将1g 重量比为1:1的石墨烯和炭黑加入到50g处理液中，以300r.min^-1的速度搅拌 4小时后，抽滤至干，将得到的固体在70℃下干燥8小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的石墨烯和炭黑与100g液体二甲基硅橡胶在双棍开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入25g高岭土和4g三烯丙基异氰脲酸酯，混炼20分钟；混炼完成后静储20小时，然后再次返炼10分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在120kg.cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为1毫米的薄片。

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持100kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种制备碳基多孔柔性复合吸波材料的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将硬脂酸加入乙醇中配制成质量浓度为1％的处理液，将1g重量比1:2的石墨烯与富勒烯加入到40g处理液中，以300r·min^-1的速度搅拌3小时后，抽滤至干，将得到的固体在70℃下干燥8小时，得到处理后的碳基吸波剂；

步骤二、将处理后的石墨烯与富勒烯与60g液体甲基乙烯基硅橡胶在双辊 开炼机上常温下进行填充，混料过程中加入15g重量比为1:1:1的纳米氧化锌、高岭土和稻壳超细微粉，混炼15分钟；混炼完成后静储24小时，然后再次返炼15分钟，将返炼完成的胶料置于模具中，在100kg· cm^-2的压力下进行压延，制备成厚度为0.5毫米的薄片；

步骤三、将含模具的薄片塑封后，置于电子束加速器中，使其总吸收剂量保持75kGy一次性完成辐射交联，拆除塑封及模具后，裁去边缘后即得碳基多孔柔性复合吸波材料；

其中，所述稻壳超细微粉的粒径小于100微米；

所述步骤二中的模具的结构为：包括成型主模具，其为一中空上部敞口模框，通过上部敞口向所述成型主模具内注入待成孔的熔体材料或黏流态材料；所述成型主模具的一侧面设置有多个孔；成孔附模具，其通过滑竿滑动连接在所述成型主模具的设置有多个孔的侧面；所述成孔附模具上设置有多个硬质针状直棒，所述多个硬质针状直棒与所述成型主模具侧面的多个孔一一准直对应；夹层型隔板，其设置在所述成型主模具的模框内；所述夹层型隔板包括多孔内层板和分离式无孔隔板，所述多孔内层板上设置有多个孔，其与所述成型主模具侧面的多个孔一一准直对应；所述分离式无孔隔板活动设置在所述多孔内层板与所述成型主模具的设置有多个孔的侧面之间；其中所述成孔附模具外侧设置有旋钮，所述旋钮与所述滑竿连接并通过旋钮的旋拧将所述多个硬质针状直棒通过所述成型主模具侧面的多个孔和所述多孔内层板刺入所述成型主模具的模框内；

所述滑竿有四根，其分别均匀固定在所述成型主模具的设置有多个孔的侧面的中部和下部；所述旋钮有两个，其与设置在所述成型主模具上的中部的两个滑竿连接；所述连接有旋钮的两个滑竿上设置有刻度。

2.如权利要求1所述的制备碳基多孔柔性复合吸波材料的方法，其中，所述甲基乙烯基硅橡胶替换为二甲基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶中的任意一种。

3.如权利要求1所述的制备碳基多孔柔性复合吸波材料的方法，其中，所述石墨烯与富勒烯替换为石墨烯与炭黑、富勒烯与炭黑、短切纤维与炭黑中的任意一种。