CN106281218A - 一种铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料及其制备方法，碳基吸波材料由偏高岭土、碳素材料和碱激发溶液合成铝硅酸盐聚合物后固化而成，其中所述的偏高岭土与碳素材料的摩尔比为1:(3～24)，所述的铝硅酸盐聚合物中硅与铝的摩尔比为(1～2):1。碳基吸波材料的制备方法包括：高岭土的活化、混合粉体的制备、碱激发溶液的制备、铝硅酸盐聚合物的制备、固化成型五个步骤。该方法制备工艺简单，可低温直接成型复杂或大型部件，适用广泛。利用该方法制备的吸波材料，成本低，单位厚度吸收率高，满足薄、轻、宽、强等特点。
Description
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，特别涉及一种铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，人们生活中电磁辐射不断增多，同时为适应现代战争的需要，吸波材料在武器中将有广泛的应用，研究具有吸波能力的材料对于军用和民用都有极大的实用价值。根据对电磁波吸收机理的不同，吸波材料主要可分为电损耗型和磁损耗型两大类。前者如纳米导电性石墨粉、导电高分子、碳化硅纤维、碳纳米管等，主要特点是具有较高的电损耗正切角，依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化的衰减来吸收电磁波；后者包括纳米铁氧体粉、磁性金属粉、磁性纤维等，具有较高的磁损耗正切角，利用磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁极化机制衰减吸收电磁波。迄今为止，对铁氧体、金属粉末等粉类吸波材料已进行了较深入的研究，但粉类吸波剂普遍存在密度大、单位厚度吸收率低等缺点，新型吸波材料则要求满足“薄、轻、宽、强”等特点。
碳材料具有一系列的优异性能，特别是优异的介电性能和低密度的特性使其受到吸波材料研究者的青睐。石墨是最早应用的吸波材料之一，炭黑、碳纤维、碳纳米管在吸波材料上也有广泛应用。然而，单纯的碳材料没有磁损耗或磁损耗很弱，限制了其吸波性能的提高，于是通过对碳材料进行改性，或将碳材料与其他材料进行复合，制成碳基吸波材料来提高吸波性能，成为了研究的重点。此外，传统吸波材料的制备方法并不适用于具有大尺寸，复杂结构的吸波部件的制备，这也为后续的加工造成了较大的困难。
发明内容
本发明的目的是利用铝硅酸盐聚合物制备碳基吸波材料，解决现有粉类吸波材料密度大、单位厚度吸收率低，成本高，成型难度大，制备工艺复杂的问题。
一种铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料，由偏高岭土、碳素材料和碱激发溶液合成铝硅酸盐聚合物后固化而成，其中所述的偏高岭土与碳素材料的摩尔比为1:(3～24)；所述的铝硅酸盐聚合物中硅与铝的摩尔比为(1～2):1。
所述的偏高岭土与碳素材料的摩尔比可以为1：(6～20)。
所述的碳素材料可以为石墨、炭黑、短切碳纤维或碳纳米管。
本发明的碳基吸波材料的制备方法包括以下步骤：
a)高岭土的活化：将高岭土置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中煅烧，设置煅烧温度为500℃～900℃，升温速度为5℃/min，煅烧时间为1h～3h，使高岭土脱羟基化，并转化为偏高岭土。
b)混合粉体的制备：在室温条件下，将步骤a)中所得到的偏高岭土与碳素材料球磨混合24h，得到混合粉体。
c)碱激发溶液的制备：将碱金属氢氧化物(MOH)与25％～45％硅溶胶(SiO2)混合，磁力搅拌1d～3d，得到碱激发溶液，其中M/Si摩尔比为1:1。
d)铝硅酸盐聚合物的制备：将步骤c)所得到的碱激发溶液置于冰水浴中，再加入步骤b)所述的混合粉体，超声并机械搅拌30min～45min，得到铝硅酸盐聚合物料浆。
e)固化成型：将d)步骤所述的铝硅酸盐聚合物浆料倒入具有特定形状的模具中，并置于干燥箱内，设定温度为40℃～90℃，养护时间为3d～7d。
所述的碳基吸波材料的制备方法步骤a)中，高岭土的煅烧温度可以是600℃～800℃。
所述的碳基吸波材料的制备方法步骤a)中，高岭土的煅烧时间可以是2h。
所述的碳基吸波材料的制备方法步骤c)中，碱激发溶液中碱金属氢氧化物可以为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯。
所述的碳基吸波材料的制备方法步骤d)中，干燥箱温度可以设置为50℃～80℃。
所述的碳基吸波材料的制备方法步骤d)中，养护时间可以设置为4d～6d。
本发明的主要优点：1、原材料成本低，制备上述铝硅酸盐聚合物的原材料来源广泛，诸如高岭土、粘土、高炉炉渣均可以作为其原材料；2、制备成型工艺简单，在常温条件下即可完成合成过程，固化过程在较低温度下完成，而且可以通过模型设计，原位成型，减少了后续加工；3、属于环境友好型材料，在整个制备工艺过程中几乎没有温室气体的排出。
附图说明
图1为偏高岭土与石墨摩尔比为含量1:12的复合材料吸波性能图谱。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
利用偏高岭土、碳素材料和碱激发溶液，合成铝硅酸盐聚合物后，经过低温固化获得吸波材料，具体步骤如下：
a)高岭土的活化：将高岭土置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中煅烧，设置煅烧温度为800℃，升温速度为5℃/min，煅烧时间为2h，实现高岭土的脱羟基化，并转化为偏高岭土。
b)混合粉体的制备：在室温条件下，将步骤a)中所得到的偏高岭土与碳素材料球磨混合24h，其中偏高岭土与石墨的摩尔比为1:12，得到混合粉体。
c)碱激发溶液的制备：将氢氧化钾与25％～45％硅溶胶(SiO2)混合，磁力搅拌3d，其中M/Si摩尔比为1:1，得到碱激发溶液。
d)铝硅酸盐聚合物的制备：将步骤c)所述的碱激发溶液置于冰水浴中，再加入步骤b)所述的混合粉体，超声并机械搅拌30min～45min，其中铝硅酸盐粉体中硅与铝的摩尔比为2:1，得到铝硅酸盐聚合物料浆。
e)固化成型：将d)步骤所述的铝硅酸盐聚合物浆料倒入具有特定形状的模具中，并置于干燥箱内，设定温度为60℃，养护时间为5d。
将得到的碳基吸波材料做吸波性能检测，结果为峰值频率5.1GHz，峰值所对材料厚度4.15mm，有效吸收波段为1.9GHz。
Claims (9)
1.一种铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料，其特征是：所述的碳基吸波材料是由偏高岭土、碳素材料和碱激发溶液合为铝硅酸盐聚合物后固化而成，其中所述的偏高岭土与碳素材料的摩尔比为1:3～24；所述的铝硅酸盐聚合物中硅与铝的摩尔比为1～2:1。
2.根据权利要求1所述的铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料，其特征是：所述的偏高岭土与碳素材料的摩尔比为1：6～20。
3.根据权利要求1所述的铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料，其特征是：所述的碳素材料为石墨、炭黑、短切碳纤维或碳纳米管。
4.一种权利要求1～3任意一项所述的铝硅酸盐聚合物制备的碳基吸波材料的制备方法，其特征是，由以下步骤制备：
a)高岭土的活化：将高岭土置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中煅烧，设置煅烧温度为500℃～900℃，升温速度为5℃/min，煅烧时间为1h～3h，使高岭土的脱羟基化，并转化为偏高岭土；
b)混合粉体的制备：在室温条件下，将步骤a)中所得到的偏高岭土与碳素材料球磨混合24h，得到混合粉体；
c)碱激发溶液的制备：将碱金属氢氧化物与25％～45％硅溶胶混合，磁力搅拌1d～3d，得到碱激发溶液；其中M/Si摩尔比为1:1；
d)铝硅酸盐聚合物的制备：将步骤c)所述的碱激发溶液置于冰水浴中，再加入步骤b)所述的混合粉体，超声并机械搅拌30min～45min，得到铝硅酸盐聚合物料浆；
e)固化成型：将d)步骤所述的铝硅酸盐聚合物浆料倒入具有特定形状的模具中，置于干燥箱内，设定干燥温度为40℃～90℃，养护时间为3d～7d即可。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤a)中所述的煅烧温度是600℃～800℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤a)中所述的煅烧时间是2h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤c)中所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤e)中所述的干燥温度为50℃～80℃。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤e)中所述的养护时间为4d～6d。
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