CN106042564A - 一种轻质夹层结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质夹层结构吸波材料及其制备方法，轻质夹层结构吸波材料包括结构吸波层、吸波聚合物片材，所述结构吸波层上下表面贴合吸波聚合物片材，所述结构吸波层由吸波聚合物结构件以及贴合在吸波聚合物结构件内外表面的吸波编织物组成。所述吸波聚合物结构件由纳米吸收剂、聚合物基材构成，纳米吸收剂均匀分散在聚合物基材内部，所述吸波编织物由纳米吸收剂均匀分散在纤维基材内部的吸波纤维长丝与另一种纤维长丝编织而成。本发明具有吸收强度高、重量轻、厚度薄、环境适应性好、加工性能好、工艺简单、操作方便、经济环保等特点。

Description

一种轻质夹层结构吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维吸波材料，具体地说是一种轻质夹层结构吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着现代电子工业的高速发展，电磁波在无线通讯等领域的应用已经深入了每个人的生活，为提高信号的传输速度，使用频率还在不断提高。卫星通过天线向地面发射和接收电磁波，手机与基站之间的讯息交换都是通过电磁波来完成音频、视频及各种数字信号的传输。另外，各种电子产品在工作时产生变化的电磁场都能产生电磁波，向环境中辐射了大量不同波长和频率的电磁波，电磁波干扰和电磁波污染日益严重。

在雷达和无线电通讯系统中应用吸波材料，能有效地避免通讯线路间的干扰，提高雷达和通讯设备的灵敏度，从而提高通讯的质量；高频率的通讯系统和微波加热等设备的应用也需要用吸收材料来防止电磁辐射和泄漏，从而保护操作人员的身体健康和安全。在飞机、导弹、坦克、舰艇、弹药库等武器装备和设施上覆盖吸波材料，可以吸收雷达波，衰减反射信号，是反雷达探测非常有效的手段，是减少武器系统遭受导弹和激光武器袭击的一种方法。

吸波材料是指有效吸收入射的电磁波，并将电磁能转化为热能消耗或使电磁波干涉相消，从而使目标的回波强度显著减弱的一类功能材料。吸收材料在军用和民用两个领域都具有非常重要的应用价值。按照吸波机理，吸波材料分为磁损耗、介电损耗和导电损耗型。现有吸波材料存在吸收频带窄、吸收波段单一、密度大、厚度大、易氧化等缺点，且在特殊场所使用时，难以兼顾防水、阻燃等性能，限制了吸波材料的实际应用。

目前国内外关于吸波结构的报道很少，发明专利(201510607620.6)提供了一种蜂窝状耐高温吸波结构材料，该方法由硅橡胶材质吸波层、铝合金蜂窝结构层和异氰酸酯复合材料层组成。铝合金蜂窝结构层具有第一吸波涂层和第二吸波涂层，分别由3-18％的碳粉和余量异氰酸酯，17-25％的片状羰基和余量异氰酸酯组成。发明专利(201210184823.5)提供了一种低频宽带电磁波吸收结构，该方面在金属地板上设置吸波结构层，包含多个相同的吸波单元，每个吸波单元由正方形的泡沫材料层和设置于泡沫材料上的方形电阻膜构成，方形电阻膜内设有一个正方形的孔，方形电阻薄膜沿对角线设置4条缝隙。这些方法在吸波结构与本发明有相似之处，但在吸波材料组成、吸波结构设计、环境适应性等方面，还需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质夹层结构吸波材料及其制备方法，具有吸收强度高、重量轻、厚度薄、环境适应性好、加工性能好、工艺简单、操作方便、经济环保等特点。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种轻质夹层结构吸波材料，包括结构吸波层、吸波聚合物片材，所述结构吸波层上下表面贴合吸波聚合物片材，所述结构吸波层由吸波聚合物结构件以及贴合在吸波聚合物结构件内外表面的吸波编织物组成。

所述吸波聚合物结构件由纳米吸收剂、聚合物基材构成，纳米吸收剂均匀分散在聚合物基材内部，所述吸波编织物由纳米吸收剂均匀分散在纤维基材内部的吸波纤维长丝与另一种纤维长丝编织而成。

所述吸收剂为铁氧体、羰基铁、多晶铁、金属粉、合金粉、氮化铁、碳纤维、碳黑、碳纳米管、碳化硅、钛酸钡的一种或多种；所述吸收剂的形状为片状、球状、纤维状、棒状、花状、树枝状、不规则状的一种或多种；

所述吸收剂的粒径为1nm～100nm；所述纤维基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种，所述吸收剂与纤维基材的质量配比为20～40：80～60。

所述聚合物基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种，吸收剂与聚合物基材的质量配比为20～40：80～60。

所述吸波聚合物结构件的截面为多边形、椭圆形的一种或多种。

所述另一种纤维长丝与吸波纤维长丝的质量配比为10～30：90～70。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，一种轻质夹层结构吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、将纳米吸收剂置于处理液中处理10～60min，以提高纳米吸波剂与聚合物基材的相容性；

2)、将步骤1所述前处理后的纳米吸收剂与聚合物基材均匀混合，经熔融、铸带、切片，制备吸波聚合物切片；

3)、将步骤2所述吸波聚合物切片，经烘燥、熔融、入模、成型、冷却、脱模，制备吸波聚合物结构件、片材；

4)、在步骤3所述吸波聚合物结构件内外表面贴合吸波编织物，制备结构吸波层；

5)、在步骤4所述结构吸波层上下表面贴合步骤3所述吸波聚合物片材，制备轻质夹层结构吸波材料。

所述处理液为乙醇、丙醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮的一种或多种。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

通过在吸波聚合物结构件内外表面贴合吸波编织物，通过多层吸波结构设计，使电磁波经过多次反射、多次散射，在满足质量轻、厚度薄的前提下，大幅提高了其吸波性能；

通过将纳米吸收剂均匀分散在聚合物基材内部，在不影响吸波性能的前提上，提高了纳米吸收剂的耐氧化、耐腐蚀等环境性能；

通过对纳米吸收剂进行前处理，提高了其与聚合物基材的相容性，进而提高了吸波聚合物结构件、片材的力学强度和加工性能；

通过在制备吸波聚合物切片和熔融成型过程中多次分散，进一步提高了纳米吸收剂在吸波聚合物结构件、片材中的均匀性，从而提高了其吸波性能和力学性能。

采用本发明方法制备的轻质夹层结构吸波材料具有吸收强度高、重量轻、厚度薄、环境适应性好、加工性能好等优点，可用于电子产品、军事装备等领域的防电磁干扰、抗电子打击。本发明方法工艺简单、安全可靠、操作方便、经济环保，易于规模化批量生产。

附图说明

图1为本发明的轻质夹层吸波材料的一具体实施例的结构图；

图2为本发明的轻质夹层吸波材料的结构吸波层一具体实施例的结构图；

图3为本发明的轻质夹层吸波材料的吸波聚合物一具体实施例的结构图。

图中：1代表吸波聚合物片材，2代表结构吸波层，21代表吸波编织物，22代表吸波聚合物结构件，11代表不同种类、形状、大小的纳米吸收剂，12代表聚合物基材。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

根据图1-3所示，一种轻质夹层结构吸波材料，包括结构吸波层、吸波聚合物片材，所述结构吸波层上下表面贴合吸波聚合物片材，所述结构吸波层由吸波聚合物结构件以及贴合在吸波聚合物结构件内外表面的吸波编织物组成。所述吸波聚合物结构件由纳米吸收剂、聚合物基材构成，纳米吸收剂均匀分散在聚合物基材内部，所述吸波编织物由纳米吸收剂均匀分散在纤维基材内部的吸波纤维长丝与另一种纤维长丝编织而成。所述吸收剂为铁氧体、羰基铁、多晶铁、金属粉、合金粉、氮化铁、碳纤维、碳黑、碳纳米管、碳化硅、钛酸钡的一种或多种；所述吸收剂的形状为片状、球状、纤维状、棒状、花状、树枝状、不规则状的一种或多种；所述吸收剂的粒径为1nm～100nm；所述纤维基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种，所述吸收剂与纤维基材的质量配比为20～40：80～60。所述聚合物基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种，吸收剂与聚合物基材的质量配比为20～40：80～60。所述吸波聚合物结构件的截面为多边形、椭圆形的一种或多种。所述另一种纤维长丝与吸波纤维长丝的质量配比为10～30：90～70。

实施例1：

1)、将粒径10nm片状铁氧体置于乙酸丁酯中处理30min；

2)、控制步骤1所述前处理后的片状铁氧体与聚乙烯基材质量比为20：80，并将二者均匀混合，经熔融、铸带、切片，制备吸波聚合物切片；

3)、将步骤2所述吸波聚合物切片，经烘燥、熔融、入模、成型、冷却、脱模，制备吸波聚合物结构件、片材，其中结构件截面为正八边形；

4)、在步骤3所述吸波聚合物结构件内外表面贴合维纶纤维长丝与吸波纤维长丝以质量比为10：90编织的吸波编织物，制备成结构吸波层；其中，吸波纤维长丝以20nm不规则状金属粉为吸波剂，聚丙烯为纤维基材，两者质量比为30：70制备；

5)、在步骤4所述结构吸波层上下表面贴合步骤3所述吸波聚合物片材，制备轻质夹层结构吸波材料。

实施例2：

1)、将粒径20nm棒状碳化硅和10nm不规则状金属粉置于乙醇中处理60min；

2)、控制步骤1所述前处理后的棒状碳化硅和不规则状金属粉与聚丙烯基材质量比为30：70，并将二者均匀混合，经熔融、铸带、切片，制备吸波聚合物切片；

3)、将步骤2所述吸波聚合物切片，经烘燥、熔融、入模、成型、冷却、脱模，制备吸波聚合物结构件、片材，结构件截面为圆形；

4)、在步骤3所述吸波聚合物结构件内外表面贴合聚四氟乙烯纤维长丝与吸波纤维长丝以质量比为20：80编织的吸波编织物，制备结构吸波层；其中，吸波纤维长丝以50nm纤维状金属粉为吸波剂，聚酰胺为纤维基材，两者质量比为40：60制备；

5)、在步骤4所述结构吸波层上下表面贴合步骤3所述吸波聚合物片材，制备成轻质夹层结构吸波材料。

实施例3：

1)、将粒径5nm树枝状合金粉置于丙酮中处理20min；

2)、控制步骤1所述前处理后的树枝状合金粉与聚乙烯基材质量比为30：70，并将二者均匀混合，经熔融、铸带、切片，制备吸波聚合物切片；

3)、将步骤2所述吸波聚合物切片，经烘燥、熔融、入模、成型、冷却、脱模，制备吸波聚合物结构件、片材，结构件截面为正四边形；

4)、在步骤3所述吸波聚合物结构件内外表面贴合丙纶纤维长丝与吸波纤维长丝以质量比为20：80编织的吸波编织物，制备结构吸波层；其中，吸波纤维长丝以10nm球形金属粉和30nm片状碳黑的混合物为吸波剂，聚乙烯为纤维基材，两者质量比为30：70制备；球形金属粉和片状碳黑质量比为40：60；

5)、在步骤4所述结构吸波层上下表面贴合步骤3所述吸波聚合物片材，制备成轻质夹层结构吸波材料。

为了公开公分上述三个实施例，下面给出吸波纤维长丝的制备方法：

1)、将纳米吸收剂置于处理液中处理10～60min，以提高纳米吸波剂与纤维基材的相容性；所述处理液为乙醇、丙醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮的一种或多种。所述吸收剂为铁氧体、羰基铁、多晶铁、金属粉、合金粉、氮化铁、碳纤维、碳黑、碳纳米管、碳化硅、钛酸钡的一种或多种。所述吸收剂的形状为片状、球状、纤维状、棒状、花状、树枝状、不规则状的一种或多种。

2)、将步骤1所述处理后的纳米吸收剂与纤维基材均匀混合后，经熔融、铸带、切片，制备成复合聚合物切片；所述纳米吸收剂与纤维基材的质量配比为20～40：80～60。所述纤维基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯一种或多种。

3)、将步骤2所述复合聚合物切片，经烘干、熔融挤压、纺丝、冷却、牵引、分丝、铺网、加固、切边、卷绕步骤后，制备成吸波纤维长丝。

为了公开公分上述三个实施例，下面给出吸波编织物的制备方法：

1)、选取第一种纤维丝；所述第一种纤维丝为涤纶纤维、锦纶纤维、氯纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维一种或多种。

2)、选取第二种纤维丝，该第二种纤维丝为吸波纤维长丝；所述第一种纤维丝和第二种纤维丝质量配比为10～30：90～70。

3)、将制作选取第一种纤维丝、选取第二种纤维丝进行编织，制备成柔性吸波编织物。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (9)

1.一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，包括结构吸波层、吸波聚合物片材，所述结构吸波层上下表面贴合吸波聚合物片材，所述结构吸波层由吸波聚合物结构件以及贴合在吸波聚合物结构件内外表面的吸波编织物组成。

2.根据权利要求1所述的一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，所述吸波聚合物结构件由纳米吸收剂、聚合物基材构成，纳米吸收剂均匀分散在聚合物基材内部，所述吸波编织物由纳米吸收剂均匀分散在纤维基材内部的吸波纤维长丝与另一种纤维长丝编织而成。

3.根据权利要求2所述的一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，所述吸收剂为铁氧体、羰基铁、多晶铁、金属粉、合金粉、氮化铁、碳纤维、碳黑、碳纳米管、碳化硅、钛酸钡的一种或多种；所述吸收剂的形状为片状、球状、纤维状、棒状、花状、树枝状、不规则状的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，所述吸收剂的粒径为1nm～100nm；所述纤维基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种，所述吸收剂与纤维基材的质量配比为20～40：80～60。

5.根据权利要求2所述的一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，所述聚合物基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或多种，吸收剂与聚合物基材的质量配比为20～40：80～60。

6.根据权利要求2所述的一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，所述吸波聚合物结构件的截面为多边形、椭圆形的一种或多种。

7.根据权利要求2所述的一种轻质夹层结构吸波材料，其特征在于，所述另一种纤维长丝与吸波纤维长丝的质量配比为10～30：90～70。

8.一种轻质夹层结构吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、将纳米吸收剂置于处理液中处理10～60min，以提高纳米吸波剂与聚合物基材的相容性；

2）、将步骤1所述前处理后的纳米吸收剂与聚合物基材均匀混合，经熔融、铸带、切片，制备吸波聚合物切片；

3）、将步骤2所述吸波聚合物切片，经烘燥、熔融、入模、成型、冷却、脱模，制备吸波聚合物结构件、片材；

4）、在步骤3所述吸波聚合物结构件内外表面贴合吸波编织物，制备结构吸波层；

5）、在步骤4所述结构吸波层上下表面贴合步骤3所述吸波聚合物片材，制备轻质夹层结构吸波材料。

9.根据权利要求8所述的一种轻质夹层结构吸波材料的制备方法，其特征在于，所述处理液为乙醇、丙醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮的一种或多种。