CN106342373B

CN106342373B - 一种雷达波吸波隐身涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN106342373B
Application number: CN200510000942.0A
Authority: CN
Inventors: 周祚万; 楚珑晟; 胡书春
Original assignee: CHENGDU CRYSTREALM Co Ltd; Southwest Jiaotong University
Current assignee: CHENGDU CRYSTREALM Co Ltd; Southwest Jiaotong University
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-30

Abstract

本发明涉及一种雷达波吸波隐身涂料及其制备方法，它至少含有作为雷达波吸收剂的高分子树脂粘结剂、四针状结构的氧化锌晶须，调节氧化锌晶须电阻的导电炭黑、改性纳米四氧化三铁。其制备过程主要包括：在聚氨酯和环氧树脂为基体的涂料中，加入具有立体四针状结构的氧化锌晶须和其它调节成分，并经机械搅拌、过滤等工序。本发明隐身涂料组合物比重小，制备方法简单，可以采用常规涂覆方法进行涂覆，例如通过辊涂、喷涂或刷涂法方便而且均匀地将这种涂料涂覆于用喷涂或刷涂法施工到铝质平板材料表面上形成吸波涂层，涂层平均厚度为1～1.5mm，并常温固化。经检测，其在X-波段(8～12GHz)的反射率达到-5～-10dB；在Ku波段(12～18GHz)的反射率优于-6～-10dB。涂层面密度仅为1.5kg/m²左右，附着力达到14MPa以上。

Description

一种雷达波吸波隐身涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸波隐身材料及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种适用于X-波段(8～12GHz)和Ku波段(12～18GHz)的雷达吸波隐身涂料及其制备方法。

背景技术

当今时代，信息获取与反获取已成为现代高技术战争的焦点，先敌发现是先敌攻击和克敌制胜的重要保障。武器装备的隐身化不仅能够打破传统的攻防格局，而且能够提高武器装备的突防能力和生存能力，大幅度提高作战效能。这一点已在美国发动的海湾等战争中得到充分体现。隐身性能的获取主要有装备外形设计、使用隐身材料以及无源或有源阻抗加载等措施和手段。对于既有或现役装备，采用隐身材料是最现实和最高效的手段。在现有装备中，雷达探测和制导占据重要和主导地位。因此，雷达吸波隐身研究和应用乃是装备隐身化的重要手段。

现有技术中采用的雷达吸波隐身材料通常由起粘结作用的基体材料，比如如树脂基体，和具有吸波功能的损耗介质(吸波剂)复合而成。不同的损耗介质具有不同的雷达波吸波效果。公知技术中已开始应用和正在研究的雷达波损耗介质主要有：磁损耗材料、介电损耗材料、电阻型材料、导电高聚物、手征性高聚物等。其中，研究最广泛，应用最早的以铁氧体为代表的磁损耗材料雷达波吸收剂，具有较高的磁导率和适中的电阻率，能使电磁波易于进入材料内部并得到有效衰减，因而具有较好的吸波效果。但由于它存在比重大、难分散、易氧化以及居里温度低(出现磁畴反转)等缺陷而未能得到大规模应用。

介电性吸波材料是另一类重要的雷达波吸收介质，其优点是大多数介电性材料比铁氧体轻，但吸波效果不如铁氧体，且要求一定厚度才表现出适当的吸波性能。

用导电高聚物作吸波材料，虽然可以解决许多无机吸波剂难以解决的问题，如附着力、柔韧性、比重、加工性、透明性等，但其吸波频段和效果还远达不到技术要求。

用纳米材料作吸波剂也有不少报道，并引起各国的高度重视。但从实际应用的情况来看，一是粉状纳米材料分散工艺尚未解决，二是稳定性和吸波效果仍未被接受。同样引起高度重视的手征性高分子材料也极具发展潜力，但合成工艺和吸收带宽尚待解决。美国专利US 5310598(1994)报道称，利用四钎状ZnO晶须的导电和压电特性，并结合其独特的空间四针状结构，与其它雷达波吸收介质复合后，得到了在1～20GHz波段具有一定吸收性能的吸波材料，但其材料厚度却高达3.5mm以上。

述现有技术虽各有千秋，但也存在各种不同的缺陷，综合性能几乎都不能达到雷达波吸波较满意的技术效果。本发明是对现有技术的进一步改进和发展。

发明内容

为避免现有技术中的不足之处，本发明提供一种综合性能优异，比重小，吸波隐身涂料厚度小于1.5mm，在8～12GHz X-波段的反射率优于-5～-10dB；在Ku波段(12～18GHz)的反射率优于-6～-10dB的雷达吸波的隐身涂料。用本发明的这种涂料组合物形成的雷达吸波的隐身涂层具有优良的耐温性和环境稳定性，分散性和在复合材料中的均匀性。

本发明的另一个目的是提供一种上述雷达吸波隐身涂料组合物的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现，一种雷达波吸波隐身涂料，其特征在于，它至少含有作为雷达波吸波剂的四针状氧化锌晶须，作为粘结剂的聚氨酯树脂和环氧树脂，作为氧化锌晶须改性剂纳米四氧化三铁，作为分散剂的硅烷偶联剂，调节氧化锌晶须电阻的导电炭黑，所述的雷达波吸波隐身涂料由以下组分组成，聚氨酯树脂10wt％～30wt％，环氧树脂2wt％～10wt％，四针状氧化锌晶须30wt％～60wt％，导电炭黑2wt％～10wt％，纳米四氧化三铁2wt％～10wt％，环己酮溶剂15wt％～40wt％，硅烷偶联剂0.5wt％～4wt％，根据施工要求在所述的雷达波吸波隐身涂料中补加适量稀释剂。

本发明涂料组合物中所用的高分子树脂粘结剂是聚氨酯树脂，同时环氧树脂作为聚氨酯的改性剂。通过改变粘结剂的用量，可以对涂料的主要理化性能进行调整，满足不同使用要求。

本发明所述的四针状结构的氧化锌晶须是高温烧制的产品，该晶须各针状体长度10～200μm，晶须根部直径0.1～20μm。

这些组分的组合以及各组分的上述百分比范围，是通过大量试验确定的，上述组合以及百分比范围使本发明涂料组合物形成的涂层具有上述附着力、耐磨性、抗冲击性能、耐老化和环境性能的综合性优良平衡。

在吸波材料组合物种，氧化锌晶须的用量为30wt％～60wt％。为了调节氧化锌晶须的电阻，添加了导电炭黑，其用量为2～10wt％，以使复合材料达到最佳阻抗匹配；为了适当提高材料的磁损耗，控制体系的电磁参数，提高低频电磁波进入材料的效率，添加了2wt％～10wt％的纳米四氧化三铁作为调节改性剂，并用0.5wt％～4wt％的硅烷偶联剂对其进行了预分散和处理，以提高纳米粉体的分散性和在复合材料中的均匀性。根据混合和施工需要，可以向组合物中加入适量稀释剂。各组份的混合采用机械慢速和较长时间搅拌，一方面可以避免剧烈搅拌对四针状氧化锌晶须特殊形貌和结构的破坏，另一方面，各无机粉体组分与粘结剂和稀释剂等有机组分之间的充分混合和浸润，有利于保证吸波涂层干燥后的表面质量。各成分混合均匀，慢速搅拌0.5～3小时，用60目尼龙布过滤除去少量滤渣和团聚物，用喷涂或刷涂法施工到铝质平板材料上，经常温固化后得到厚度为1～1.5mm的吸波涂层。

制备本发明的导电涂料组合物的方法依次由以下步骤组成：

(1)将雷达波吸波隐身涂料的各成分进行混合形成混合物，并在混合之前先对四氧化三铁进行预处理；

(2)将该混合物在15～30r/min速度下搅拌0.5～3小时；

(3)再用60目尼龙布过滤除去滤渣和团聚物；

(4)向混合物中加入稀释剂后，进行喷涂或涂刷施工；

上述各步骤都是在常温常压下进行的。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

在上述涂料组合物中，聚氨酯树脂和环氧树脂是粘结剂，四针状结构的氧化锌晶须是雷达波吸收剂，其中作为吸波剂有效成份的四针状结构的氧化锌晶须是立体四针状结构的氧化锌晶须，它具有较好的耐温性和环境稳定性。通过添加环氧树脂作为改性剂，使涂层具有良好的附着力、抗冲击性能、耐老化和优异的耐候、耐油和耐环境性能。同时也提高了涂层的固化速度，也提高了涂层的耐磨性。其中用作改性助剂的纳米四氧化三铁使用前用硅烷偶联剂进行分散和预处理后，有效地保证了纳米四氧化三铁在涂料中的分散性和均匀性，进而得到综合性能优异的可常温固化的复合吸波材料。经检测，其吸收频段和效果为：其在X-波段(8～12GHz)的反射率达到-5～-10dB；在Ku波段(12～18GHz)的反射率优于-6～-10dB；在2.6～8GHz范围内也有一定吸收。涂层面密度仅为1.5kg/m²左右，附着力达到14.8MPa以上。

本发明的雷达波吸波隐身涂料组合物比重小，制备方法简单，可以采用常规涂覆方法进行涂覆，例如通过辊涂、喷涂或刷涂法方便而且均匀地将这种涂料涂覆于用喷涂或刷涂法施工到铝质平板材料表面上形成吸波涂层，涂层平均厚度大约为1～1.5mm，并常温固化。

附图说明

附图1为本发明所用四针状氧化锌晶须的扫描电子显微照片。

附图2为本发明所用纳米四氧化三铁的透射电子显微照片。

附图3为实施例1所得涂层在2.6～18GHz频段内的平板反射率曲线。

附图4为实施例2所得涂层在2.6～18GHz频段内的平板反射率曲线。

附图5为比较例1所得涂层在2.6～18GHz频段内的平板反射率曲线。

附图6为比较例2所得涂层在2.6～18GHz频段内的平板反射率曲线。

具体实施方式

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，但是本发明不仅限于这些例子。在以下实施例和对比例中，吸波涂料的配方(以重量计)为：聚氨酯树脂10～30wt％，环氧树脂2～10wt％，环己酮溶剂15～40wt％，硅烷偶联剂0.5～4％四针状氧化锌晶须30～60wt％，导电炭黑2～10wt％，纳米四氧化三铁2～10wt％，硅烷偶联剂0.5～4wt％。根据施工要求补加适量稀释剂。上述各成分初步混合后，用搅拌机慢速15～30r/min搅拌0.5～3小时，用60目尼龙布过滤除去少量滤渣后，用喷涂或刷涂法施工到铝质平板材料上，得到厚度为1～1.5mm的吸波涂层。

实施例1

聚氨酯树脂15wt％，环氧树脂5wt％，环己酮23wt％，氧化锌晶须46wt％，导电炭黑5wt％，纳米四氧化三铁5wt％，硅烷偶联剂KH-590 1wt％。上述各成分简单混合后，用机械式搅拌机慢速(15～30 r/min)搅拌0.5～3小时，用60目滤布过滤后，加入固化剂，混合均匀后喷涂于3mm厚的铝板上，经固化后得到1.31mm厚的涂层。该涂层的平板反射率曲线如图3所示。本实施例吸波涂料的其它性能列入表1中。

实施例2

聚氨酯树脂17wt％，环氧树脂3wt％，环己酮23wt％，氧化锌晶须50wt％，导电炭黑3wt％，纳米四氧化三铁3wt％，硅烷偶联剂KH-590 1wt％，。上述各成分简单混合后，用机械式搅拌机慢速(15～30 r/min)搅拌0.5～3小时，用60目滤布过滤后，加入固化剂，混合均匀后喷涂于3mm厚的铝板上，经固化后得到1.33mm厚的涂层.该涂层的平板反射率曲线如图4所示。本实施例吸波涂料的其它性能列入表1中。

比较例1

聚氨酯树脂15wt％，环氧树脂5wt％，环己酮23wt％，普通直接法氧化锌粉46wt％，导电炭黑10wt％，硅烷偶联剂KH-590 1％。上述各成分简单混合后，用机械式搅拌机慢速(15～30 r/min)搅拌0.5～3小时，用60目滤布过滤后，加入固化剂，混合均匀后喷涂于3mm厚的铝板上，经固化后得到1.33mm厚的涂层。该涂层的平板反射率曲线如图5所示。本比较例涂料的其它性能列入表1中。

比较例2

聚氨酯树脂15wt％，环氧树脂5wt％，环己酮23wt％，普通直接法氧化锌粉46wt％，导电炭黑5wt％，普通四氧化三铁5wt％，硅烷偶联剂KH-590 1％。上述各成分简单混合后，用机械式搅拌机慢速(15～30 r/min)搅拌0.5～3小时，用60目滤布过滤后，加入固化剂，混合均匀后喷涂于3mm厚的铝板上，经固化后得到1.32mm厚的涂层。该涂层的平板反射率曲线如图6所示。在表1中列出了测试结果

下表1中各实施例和对比例涂层的涂层附着力、抗冲击和耐热性能的测试数据说明，无论在表干时间、实干时间、涂层面密度上，还是在综合性能上，本发明的涂料组合物都明显优于对比例的涂料组合物。

表1

Claims

1.一种雷达波吸波隐身涂料，其特征在于，它至少含有作为雷达波吸波剂的四针状氧化锌晶须，作为粘结剂的聚氨酯树脂和环氧树脂，作为氧化锌晶须改性剂纳米四氧化三铁，作为分散剂的硅烷偶联剂，调节氧化锌晶须电阻的导电炭黑，所述的雷达波吸波隐身涂料由以下组分组成，聚氨酯树脂10wt％～30wt％，环氧树脂2wt％～10wt％，四针状氧化锌晶须30wt％～60wt％，导电炭黑2wt％～10wt％，纳米四氧化三铁2wt％～10wt％，环己酮溶剂15wt％～40wt％，硅烷偶联剂0.5wt％～4wt％，根据施工要求在所述的雷达波吸波隐身涂料中补加适量稀释剂。

2.根据权利要求1所述的雷达波吸波隐身涂料，其中所述的氧化锌晶须是立体四针状结构的氧化锌晶须。

3.根据权利要求1所述的雷达波吸波隐身涂料，其中所述的四针状结构的氧化锌晶须各针状体长度为10～200μm，晶须根部直径0.1～20μm。

4.根据权利要求1所述的雷达波吸波隐身涂料，其中所述的纳米四氧化三铁，其粒径为10～100nm。

5.根据权利要求1所述的雷达波吸波隐身涂料，其中所述的纳米四氧化三铁先用硅烷偶联剂进行分散和预处理。

6.一种制备权利要求1所述雷达波吸波隐身涂料的方法，依次由以下步骤组成：

(1)将雷达波吸波隐身涂料的各组分进行混合形成混合物，并在混合之前先用硅烷偶联剂对四氧化三铁进行预处理；

(2)将该混合物在15～30r/min速度下搅拌0.5～3小时；

(3)再用60目尼龙布过滤除去滤渣和团聚物；

(4)向混合物中加入适量稀释剂后，进行喷涂或刷涂施工；

上述各步骤都是在常温常压下进行的。