CN106519574A - 一种复配优化的纤维吸波材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复配优化的纤维吸波材料，其组成按重量份包括：环氧树脂基体20‑40，聚苯胺10‑20，固化剂2‑10，碳纤维束10‑30，玻璃纤维束10‑20，石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂5‑15，二氧化锰粉体10‑20，石英/炭黑复合粉体5‑10；其中，所述碳纤维与玻璃纤维均为纤维束结构，所述碳纤维与玻璃纤维束垂直间隔交错分散在树脂基体中，形成等间距的阵列，所述间距不超过10mm，所述石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂分散在所述碳纤维和玻璃纤维束上，所述石墨和二氧化锰粉体均匀分散在所述环氧树脂中。本发明的吸波材料从10‑18GHz都有大于‑30dB的反射衰减。
Description
技术领域
本发明涉及吸波技术领域，尤其涉及一种复配优化的纤维吸波材料。
本发明属于在先申请“一种纤维吸波材料”的专利布局中的一件重要发明。
背景技术
随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场、机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院、移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。
碳纤维具有优良的导电性能。早期研究中，碳纤维作为树脂增强体加入，添加的碳纤维量达40％甚至更多，这种碳纤维复合材料对电磁波几乎是全反射，只有经过特殊处理的碳纤维才具有一定的吸波性能。其处理方法主要有：将碳纤维的横截面做成三叶形或有棱角的方形等异型截面；制备螺旋型纤维：对其进行表面改性，在其表面涂覆含有电磁损耗介质的树脂，沉积一层微小孔穴的碳粉，喷涂镍或氟化物处理等；采用低温烧制特定电导率的纤维。
但上述处理方法技术繁琐，且导致成本上升较多。近年来，随着碳纤维的出现，因为优秀的性能，在各个领域获得广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种复配优化的纤维吸波材料，能够使得材料吸波性能优异。
本申请人通过研究发现，通过纤维束形成竖向的阵列结构，吸波主材料接枝/吸附/涂覆/混杂在所述纤维束上进而形成阵列，阵列之间的结构填充有反射/第二吸波材料，所述结构通过树脂基体形成，树脂中混有各种添加剂。该结构能使得吸波效果产生加成效果，形成协同效应。发明人对各个要素进行了优化并进行了专利布局，以使得各个方案满足不同的需求或适应不同的应用场景及价格要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种复配优化的纤维吸波材料，其组成按重量份包括：
环氧树脂基体 20-40
聚苯胺 10-20
固化剂 2-10
碳纤维束 10-30
玻璃纤维束 10-20，
石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂 5-15
二氧化锰粉体 10-20
石英/炭黑复合粉体 5-10；其中，
所述碳纤维与玻璃纤维均为纤维束结构，所述碳纤维与玻璃纤维束垂直间隔交错分散在树脂基体中，形成等间距的阵列，所述间距不超过10mm，所述石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂分散在所述碳纤维和玻璃纤维束上，所述石墨和二氧化锰粉体均匀分散在所述环氧树脂中。
所述石墨烯粉末/钛酸钡粉体制备方法如下：
(1)在冰浴条件下，机械搅拌条件下，在98％浓硫酸中加入鳞片石墨粉，再加入占石墨粉50-80wt％的硝酸钠，和占石墨粉2-4倍重量的高锰酸钾，冰浴下反应30-120min；
(2)加热至30-40℃恒温4-5h，加入去离子水和双氧水，搅拌1-3h，加入5％浓度的HCl离心洗涤直至无硫酸根离子，干燥后得到氧化石墨烯；
(3)将所述的氧化石墨烯分散到无水乙醇溶液中，超声分散得到氧化石墨烯胶体溶液；
(4)将所述氧化石墨烯胶体溶液加热到65-75℃，搅拌下加入质量浓度为70-85％的水合肼，反应0.5-2小时后，按照石墨烯:钛酸钡质量比为2:1～1:2的比例，加入钛酸钡粉末，混合均匀；
(5)离心分离并洗涤，真空干燥得到石墨烯粉末/钛酸钡粉体。
本发明经过试验验证，所述纤维杂乱无序分散在环氧树脂中，或横向分散在环氧树脂中，其吸波效果均劣于本发明的垂直分散。本发明的所述纤维束间隔交错垂直分散，相较于单一材料的分散，其吸波效能明显提高。
本发明采用价格低廉易得的玻璃纤维替代价格昂贵的碳纤维后，由于玻璃纤维的吸波性能弱于碳纤维，因此为保证材料整体的性能不下降或者下降不多，本发明对吸波颗粒进行了优化。经过优化试验，将所述石英/炭黑复合粉体和二氧化锰粉体分散在树脂中，而吸收剂通过分散在纤维束上进而形成阵列，该独特结构与玻璃纤维束配合，会增加吸波性能。
由于二氧化锰粉体单独使用，其吸波性能难以满足要求，本发明人发现，当将二氧化锰粉体与石英/炭黑复合粉体混合使用时，能够显著提高二氧化锰粉体的吸波性能。
所述石英/炭黑复合材料的制备方法如下：
(1)按照比例将石英粉和炭黑放入球磨机，球磨4-6小时，得到粉料；
(2)加入占粉料质量20-30wt％的水玻璃，再加入占粉料质量20-30wt的浓度为8-12wt％的聚乙烯醇，搅拌混合均匀后，压制成型；
(3)将所述成型得到的成型制品加热到180-220℃，恒温至少3小时；
(4)将热处理后的成型件粉碎成粉末，得到所述石英/炭黑复合材料。
为增加所述吸波材料的性能，本发明对所述环氧树脂和固化剂也做了进一步优化。
优选的，所述环氧树脂基体原料按重量份组成如下：含磷环氧树脂60-80份，端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂5-11份。
本发明采用聚苯胺掺杂在环氧树脂中，由于聚苯胺本身具备吸波性能，能作为吸波材料使用，其在环氧树脂中，不仅仅起到吸波作用，还起到分散共混作用。
优选的，所述固化剂由含氮酚醛树脂、苯酚型酚醛树脂和二氨基二苯砜按重量比2:4:1组成。
本发明采用特定的树脂、固化剂与吸波材料配合，并采用特定的复合纤维束排列方向，及采用吸波材料形成阵列，使得各个要素之间产生协同效应，来提高材料的吸波性能。本发明的吸波材料从10-18GHz都有大于-30dB的反射衰减。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种复配优化的纤维吸波材料，其组成按重量份包括：
环氧树脂基体 20
聚苯胺 20
固化剂 2
碳纤维束 10
玻璃纤维束 10，
石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂 15
二氧化锰粉体 10
石英/炭黑复合粉体 10；其中，
所述碳纤维与玻璃纤维均为纤维束结构，所述碳纤维与玻璃纤维束垂直间隔交错分散在树脂基体中，形成等间距的阵列，所述间距不超过10mm，所述石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂分散在所述碳纤维和玻璃纤维束上，所述石墨和二氧化锰粉体均匀分散在所述环氧树脂中。
所述环氧树脂基体原料按重量份组成如下：含磷环氧树脂60-80份，端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂5-11份。
所述固化剂由含氮酚醛树脂、苯酚型酚醛树脂和二氨基二苯砜按重量比2:4:1组成。
实施例2
一种复配优化的纤维吸波材料，其组成按重量份包括：
环氧树脂基体 40
聚苯胺 10
固化剂 10
碳纤维束 30
玻璃纤维束 10，
石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂 15
二氧化锰粉体 10
石英/炭黑复合粉体 10；其中，
所述碳纤维与玻璃纤维均为纤维束结构，所述碳纤维与玻璃纤维束垂直间隔交错分散在树脂基体中，形成等间距的阵列，所述间距不超过10mm，所述石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂分散在所述碳纤维和玻璃纤维束上，所述石墨和二氧化锰粉体均匀分散在所述环氧树脂中。
所述环氧树脂基体原料按重量份组成如下：含磷环氧树脂60-80份，端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂5-11份。
所述固化剂由含氮酚醛树脂、苯酚型酚醛树脂和二氨基二苯砜按重量比2:4:1组成。
对比例1
采用单一玻璃纤维，其余与实施例1相同；
对比例2
采用单一经过表面处理的碳纤维，其余与实施例1相同。
实施例3
四氧化三铁分散于环氧树脂而不是纤维束中，其余与对比文件1相同。
实施例4
省略石英/炭黑复合粉体，其余与实施例1相同。
对比例1-4所制备的吸波材料从10-18GHz都有小于-18dB的反射衰减，而实施例1-2的反射衰减均大于-30dB。由此说明，相较于单一纤维束，本发明的混合纤维束间隔排列，效果提高更明显，二者具备协同效应。
对比例3与实施例1对比说明，本发明通过将四氧化三铁吸波材料分散/涂覆在纤维束上构成阵列，与分散在环氧树脂中的石英/炭黑复合粉体一起构成阵列，该阵列产生协同作用。
对比例4与实施例1的对比说明，本发明采用石英/炭黑复合粉体+二氧化锰粉体的组合，能有效实现与玻璃纤维的增益。
Claims (4)
1.一种复配优化的纤维吸波材料，其组成按重量份包括：
环氧树脂基体20-40
聚苯胺10-20
固化剂2-10
碳纤维束10-30
玻璃纤维束10-20，
石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂5-15
二氧化锰粉体10-20
石英/炭黑复合粉体5-10；其中，
所述碳纤维与玻璃纤维均为纤维束结构，所述碳纤维与玻璃纤维束垂直间隔交错分散在树脂基体中，形成等间距的阵列，所述间距不超过10mm，所述石墨烯改性钛酸钡微波吸收剂分散在所述碳纤维和玻璃纤维束上，所述石墨和二氧化锰粉体均匀分散在所述环氧树脂中。
2.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述环氧树脂基体原料按重量份组成如下：含磷环氧树脂60-80份，端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂5-11份。
3.根据权利要求1或2所述的吸波材料，其特征在于，所述固化剂由含氮酚醛树脂、苯酚型酚醛树脂和二氨基二苯砜按重量比2:4:1组成。
4.根据权利要求1-3之一所述的吸波材料，其特征在于，所述石英/炭黑复合材料的制备方法如下：
(1)按照比例将石英粉和炭黑放入球磨机，球磨4-6小时，得到粉料；
(2)加入占粉料质量20-30wt％的水玻璃，再加入占粉料质量20-30wt的浓度为8-12wt％的聚乙烯醇，搅拌混合均匀后，压制成型；
(3)将所述成型得到的成型制品加热到180-220℃，恒温至少3小时；
(4)将热处理后的成型件粉碎成粉末，得到所述石英/炭黑复合材料。
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| CN201610989333.0A CN106519574A (zh) | 2016-11-10 | 2016-11-10 | 一种复配优化的纤维吸波材料 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN107502286A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-22 | 中国人民解放军火箭军疾病预防控制中心 | 一种用于抗电磁辐射的纳米纤维复合材料的制备方法 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN1861682A (zh) * | 2006-04-29 | 2006-11-15 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种无卤阻燃环氧树脂组合物 |
| CN102965842A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-03-13 | 芜湖跃飞新型吸音材料股份有限公司 | 一种pet纤维/玻璃纤维复合吸音棉及其制备方法 |
-
2016
- 2016-11-10 CN CN201610989333.0A patent/CN106519574A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN107502286B (zh) * | 2017-08-15 | 2020-05-15 | 中国人民解放军火箭军特色医学中心 | 一种用于抗电磁辐射的纳米纤维复合材料的制备方法 |
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