CN105086934A - 吸波复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸波复合材料，该吸波复合材料包括透波层、吸波层以及反射层，其中，吸波层位于透波层的上方；反射层位于吸波层的上方，并且，所述透波层内包含有超材料层和/或活性碳纤维，所述吸波层内包含有活性碳纤维和/或超材料层。本发明通过在透波层和/或吸波层中加入了超材料层，从而使得复合材料具备了良好的吸波效果，同时，本发明还通过在透波层和/或吸波层中加入了活性碳纤维，而由于活性碳纤维的表面具有微孔，从而使得复合材料具有了多次反射作用，进而有效的提高了复合材料的屏蔽效果。

Description

吸波复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸波材料领域，具体来说，涉及一种吸波复合材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种重要的功能复合材料，其最先应用于军事上，可以降低军用目标的雷达散射截面，随后，随着科学技术的发展(例如，电子元器件日益集成化、小型化和高频化)，吸波材料逐渐被用于民用领域，例如，作为微波暗室材料，微衰减器元件及微波成型加工技术等。
目前，现有的吸波材料通常是通过基体材料和吸波剂混合制的复合材料，其基体材料主要采用的是普通的碳纤维，虽然现有的普通碳纤维的电阻率较低，对电磁波的反射较强，具有良好的屏蔽效果，但是，现有的普通碳纤维并不具有良好的吸波性能，而如果使其具备吸波性能，则需要对其进行特殊的处理，例如，调节碳纤维的电性能和磁性能。
基于此情况，有必要研发出一种本身就具有吸波和反射屏蔽功能，而又无需经过特殊处理的吸波复合材料，以解决现有相关技术中的上述技术问题。
发明内容
针对现有相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种吸波复合材料及其制备方法，能够有效提高吸波复合材料的吸波性能和屏蔽效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种吸波复合材料，该吸波复合材料包括透波层、吸波层以及反射层，其中，吸波层位于透波层的上方，反射层位于吸波层的上方，并且，透波层内包含有超材料层和/或活性碳纤维，吸波层内包含有活性碳纤维和/或超材料层。
其中，该超材料层可以是超材料阻抗匹配层，也可以是超材料电阻损耗层，还可以是吸波超材料，当然也可以是上述三者中的任意两两组合或者三者组合，同时，也可以是其他类型的相关超材料。
其中，超材料阻抗匹配层包含多个均匀的超材料片层，而超材料片层则是由基板以及周期排列于基板内部的多个人造金属微结构组成。
此外，吸波层还包括吸波树脂。
其中，吸波树脂由吸波剂和树脂混合而成；其中，对于吸波剂的质量来说，吸波剂的质量百分比为10％～85％，优先地，为60％。而对于吸波剂的成分来说，吸波剂则是由以下一种或多种成分组成：铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维；优选地，吸波剂由铁氧体组成。而对于树脂的成分来说，树脂则可以热固性树脂、和/或热塑性树脂。
另外，反射层则可以包含金属层、和/或导电高分子层。
根据本发明的另一方面，提供了一种吸波复合材料的制备方法。该吸波复合材料的制备方法包括：提供透波层；在透波层的上方形成吸波层；并在吸波层的上方形成反射层；其中，透波层内包含有超材料层和/或活性碳纤维，吸波层内包含有活性碳纤维和/或超材料层。
其中，活性碳纤维的形成方法包括：提供粘胶纤维；对粘胶纤维进行碳化处理；并对碳化处理后的粘胶纤维，进行活化处理。
其中，在对粘胶纤维进行碳化处理时，可利用碳化炉对粘胶纤维进行碳化处理，其中，碳化炉的升温速率为15℃/min，碳化的温度为350～450℃，碳化的时间为60min。
而在对碳化处理后的粘胶纤维，进行活化处理时，可利用活化炉对碳化处理后的粘胶纤维，进行水蒸气活化处理，其中，活化炉的升温速率为15℃/min，活化的温度为900℃，水蒸气的流量为1m3/h，活化的时间为2～50min。
此外，活性碳纤维的形成方法还可包括：在对粘胶纤维进行碳化处理之前，利用预先配置的磷酸盐和硫酸盐的混合溶液对粘胶纤维进行浸渍。其中，浸渍的时间为5min。在进行浸渍时，粘胶纤维的质量百分比为30％～70％，优选地，为50％。其中，磷酸盐和硫酸盐的混合溶液包括由质量百分比为5％的磷酸二氢铵NH4H2PO4和质量百分比为10％的硫酸铵(NH4)2SO4的混合液。
本发明通过在透波层和/或吸波层中加入了超材料层，从而使得复合材料具备了良好的吸波效果，同时，本发明还通过在透波层和/或吸波层中加入了活性碳纤维，而由于活性碳纤维的表面具有微孔，从而使得复合材料具有了多次反射作用，进而有效的提高了复合材料的屏蔽效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的吸波复合材料的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的吸波复合材料的制备方法的流程示意图；
图3是根据本发明实施例中的一具体实例的吸波复合材料的结构示意图；
图4根据本发明实施例中的一具体实例的活性碳纤维的形成方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种吸波复合材料。
如图1所示，根据本发明实施例的吸波复合材料包括透波层11、吸波层12以及反射层13，其中，吸波层12位于透波层11的上方，反射层13位于吸波层12的上方，并且，透波层11内包含有超材料层和/或活性碳纤维，吸波层12内包含有活性碳纤维和/或超材料层。
其中，该超材料层可以是超材料阻抗匹配层，也可以是超材料电阻损耗层，还可以是吸波超材料，当然也可以是上述三者中的任意两两组合或者三者组合，同时，也可以是其他类型的相关超材料。
其中，超材料阻抗匹配层包含多个均匀的超材料片层，而超材料片层则是由基板以及周期排列于基板内部的多个人造金属微结构组成。
此外，吸波层还包括吸波树脂。
其中，吸波树脂由吸波剂和树脂混合而成；其中，对于吸波剂的质量来说，吸波剂的质量百分比为10％～85％，优先地，为60％。而对于吸波剂的成分来说，吸波剂则是由以下一种或多种成分组成：铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维；优选地，吸波剂由铁氧体组成。而对于树脂的成分来说，树脂则可以热固性树脂、和/或热塑性树脂。
另外，反射层则可以包含金属层、和/或导电高分子层。
根据本发明的实施例，还提供了一种吸波复合材料的制备方法。
如图2所示，该吸波复合材料的制备方法包括：
步骤S201，提供透波层；
步骤S203，在透波层的上方形成吸波层；
步骤S205，在吸波层的上方形成反射层；
其中，透波层内包含有超材料层和/或活性碳纤维，吸波层内包含有活性碳纤维和/或超材料层。
其中，活性碳纤维的形成方法包括：提供粘胶纤维；对粘胶纤维进行碳化处理；并对碳化处理后的粘胶纤维，进行活化处理。
其中，在对粘胶纤维进行碳化处理时，可利用碳化炉对粘胶纤维进行碳化处理，其中，碳化炉的升温速率为15℃/min，碳化的温度为350～450℃，碳化的时间为60min。
而在对碳化处理后的粘胶纤维，进行活化处理时，可利用活化炉对碳化处理后的粘胶纤维，进行水蒸气活化处理，其中，活化炉的升温速率为15℃/min，活化的温度为900℃，水蒸气的流量为1m3/h，活化的时间为2～50min。
此外，活性碳纤维的形成方法还可包括：在对粘胶纤维进行碳化处理之前，利用预先配置的磷酸盐和硫酸盐的混合溶液对粘胶纤维进行浸渍。其中，浸渍的时间为5min。在进行浸渍时，粘胶纤维的质量百分比为30％～70％，优选地，为50％。其中，磷酸盐和硫酸盐的混合溶液包括由质量百分比为5％的磷酸二氢铵NH4H2PO4和质量百分比为10％的硫酸铵(NH4)2SO4的混合液。
为了更好的理解本发明的上述技术方案，以下通过一具体实例对本发明的上述技术方案进行详细说明。
图3是吸波复合材料的结构示意图，从图3中可以看出，吸波复合材料具有三层结构，具体包括：透波层，吸波层和反射层，该三层结构依次沿电磁波入射方向顺次叠加；其中，透波层中含有超材料层，超材料层包括超材料阻抗匹配层、超材料电阻损耗层或吸波超材料中的至少一种，而吸波层中则含有吸收剂(即活性碳纤维)，吸波层的基体材料则是采用环氧树脂与吸波剂混合；其中，吸波剂可以是吸波材料，例如，铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等；树脂则可以是热固性树脂和热塑性树脂。
在上述吸波复合材料中，吸波复合材料的吸波层中含有吸收剂，即活性碳纤维，而为了更好的清楚本发明中的活性碳纤维，以下将通过图4对本发明中的活性碳纤维的形成进行详细描述。
图4是活性碳纤维形成方法的流程示意图，从图4中可以看出，在制备活性碳纤维时，首先取一定量经过干燥恒重的粘胶纤维(毡)用于预定浓度的磷酸盐和硫酸盐的混合溶液(例如，NH4H2PO4，5wt％；(NH4)2SO4，10wt％)浸渍5min后，在100℃烘箱中烘干；然后再将烘干的纤维至于碳化活化碳化炉中，在流量始终为20L/h的N2保护气氛中，以15℃/min的速率升温至350～450℃，保持60min进行碳化，然后以同样速率(15℃/min)升温至900℃，通入流量为1m3/h水蒸气活化，保温12～50min；关炉停气后炉冷(N2保护)至室温，制得活性碳纤维。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在该复合材料中加入了超材料，从而提高了复合材料的吸波性；而通过对碳纤维进行改性，使其纤维表面形成微孔，深入扩大形成适当的孔分布结构和很大的比表面积，保证了活化的纤维可在纤维强度降低不多的情况下，使碳纤维/环氧树脂复合材料的多次反射作用增强，进而有效的提高了吸波复合材料的屏蔽效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种吸波复合材料，其特征在于，包括：
透波层；
吸波层，位于所述透波层的上方；
反射层，位于所述吸波层的上方；
其中，所述透波层内包含有超材料层和/或活性碳纤维，所述吸波层内包含有活性碳纤维和/或超材料层。
2.根据权利要求1所述的吸波复合材料，其特征在于，所述超材料层包括以下至少之一：
超材料阻抗匹配层、超材料电阻损耗层、吸波超材料。
3.根据权利要求2所述的吸波复合材料，其特征在于，所述超材料阻抗匹配层包含多个均匀的超材料片层；所述超材料片层由基板以及周期排列于该基板内部的多个人造金属微结构组成。
4.根据权利要求1所述的吸波复合材料，其特征在于，所述吸波层还包括吸波树脂。
5.根据权利要求4所述的吸波复合材料，其特征在于，所述吸波树脂由吸波剂和树脂混合而成。
6.根据权利要求5所述的吸波复合材料，其特征在于，所述吸波剂的质量百分比为10％～85％。
7.根据权利要求5所述的吸波复合材料，其特征在于，所述树脂包括以下至少之一：
热固性树脂、热塑性树脂。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的吸波复合材料，其特征在于，所述反射层包含金属层、和/或导电高分子层。
9.一种吸波复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
提供透波层；
在所述透波层的上方形成吸波层；
在所述吸波层的上方形成发射层；
其中，所述透波层内包含有超材料层和/或活性碳纤维，所述吸波层内包含有活性碳纤维和/或超材料层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述活性碳纤维的形成包括：
提供粘胶纤维；
对所述粘胶纤维进行碳化处理；以及
对碳化处理后的粘胶纤维，进行活化处理。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，对所述粘胶纤维进行碳化处理包括：
利用碳化炉对所述粘胶纤维进行碳化处理，其中，所述碳化炉的升温速率为15℃/min，碳化的温度为350～450℃，碳化的时间为60min。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，对碳化处理后的粘胶纤维，进行活化处理包括：
利用活化炉对碳化处理后的粘胶纤维，进行水蒸气活化处理，其中，所述活化炉的升温速率为15℃/min，活化的温度为900℃，水蒸气的流量为1m3/h，活化的时间为2～50min。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述活性碳纤维的形成进一步包括：
对所述粘胶纤维进行碳化处理之前，利用预先配置的磷酸盐和硫酸盐的混合溶液对所述粘胶纤维进行浸渍。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的时间为5min。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，在进行所述浸渍时，所述粘胶纤维的质量百分比为30％～70％。
16.根据权利要求13至15中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐和硫酸盐的混合溶液包括：
质量百分比为5％的磷酸二氢铵NH4H2PO4和质量百分比为10％的硫酸铵(NH4)2SO4的混合液。
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