CN106747631A - 一种吸波多孔地聚物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种吸波多孔地聚物、制备方法及其在工程口部伪装中的应用。该吸波多孔地聚物的组成及质量百分比为：偏高岭土10％～15％；粉煤灰20％～30％；水玻璃40％～50％；水10％～15％；导电短切碳纤维0.5％～1.5％；羧甲基纤维素0.1％～0.2％；硬脂酸钙0.1％～0.15％；双氧水1％～3％。制备方法包括(10)短切碳纤维分散；(20)材料混合；(30)搅拌；(40)成型养护，得到吸波多孔地聚物成品。本发明的吸波多孔地聚物，同时具备良好的吸波性能、隔热性能和结构强度性能，易于实现重要目标的结构隐身一体化。

Description

一种吸波多孔地聚物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合伪装技术领域，特别是一种吸波性能、隔热性能和结构强度性能均优良的吸波多孔地聚物，及其制备方法和应用。
背景技术
随着探测技术不断进步，阵地工程、指挥工程等重要目标遭受敌侦察威胁日益加剧。为提高目标战场生存能力，需在工程口部依托背景实施伪装，使其在具有结构强度的基础上同时满足光学、红外、雷达多波段兼容的复合伪装效果需求。
常用的迷彩伪装或直接以伪装网设置的人工遮障，难以准确模拟背景环境的颜色、图案，尤其是纹理、表面粗糙状态等特性，难以与现地背景达成高度融合。
为此，也有采用仿造岩石或人造植物的伪装措施，从而在一定程度上模拟背景的纹理，尤其是表面粗糙状态。但其与背景环境在种类、色泽、辐射特性、散射特性等方面还存在较大差异。尤其在微波频段，仅采用伪装网或迷彩涂层，在不采取有效的微波吸收改性措施条件下，难以满足“薄、轻、宽、强”,即厚度薄、重量轻、频带宽、吸收率强的要求及多频谱伪装、耐高温、抗压强等条件。
为改善工程口部微波吸收波段伪装效果，文献“羰基铁粉-碳纤维水泥基复合材料的吸波性能”(王振军，李克智，王闯，解静)公开了单掺碳纤维和复掺羰基铁粉碳纤维水泥基复合材料在2～18GHz频率段的吸波性能。在此频段内，厚度为10mm的样板最小反射率为–11.9dB，吸收小于-8dB的频带宽达7.3GHz。文献“短切磁性碳纤维泡沫复合材料吸波性能研究”(黄小忠，黎炎图，余维敏，叶力，杨军)公开了短切磁性碳纤维聚氨酯吸波泡沫复合材料2～18GHz吸波性能。掺有短切磁性碳纤维的8mm水泥基体最小反射率为-27dB，吸收小于-10dB的带宽达3.8GHz。但上述水泥基吸波材料密度大，且红外波段伪装效果不好，聚氨酯基吸波材料由于吸波剂的难以均匀分散及施工难度，制约了它们在国防工程口部伪装中的应用范围。
总之，现有技术存在的问题是：伪装材料不能同时保证良好的吸波性能、隔热性能和结构强度性能，无法实现重要目标的结构隐身一体化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸波多孔地聚物，同时具备良好的吸波性能、隔热性能和结构强度性能，易于实现重要目标的结构隐身一体化。
本发明的另一目的在于提供一种吸波多孔地聚物的制备方法，安全高效。
本发明的再一目的在于提供一种吸波多孔地聚物在结构伪装中的应用。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种吸波多孔地聚物，其组成及质量百分比为：
偏高岭土 10％～15％；
粉煤灰 20％～30％；
水玻璃 40％～50％；
水 10％～15％；
导电短切碳纤维 0.5％～1.5％；
羧甲基纤维素 0.1％～0.2％；
硬脂酸钙 0.1％～0.15％；
双氧水 1％～3％。
优选地：所述偏高岭土为800℃煅烧偏高岭土。
优选地：所述水玻璃的模数M＝2.5。
优选地：所述导电短切碳纤维的纤维长度为3mm。
实现本发明另一目的的技术解决方案为：
一种吸波多孔地聚物的制备方法，包括如下步骤：
(10)短切碳纤维分散：将羧甲基纤维素预先溶胀于水中，称取导电短切碳纤维，将其在羧甲基纤维素浆体中用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌1min，再以1100r/min的转速搅拌5min，形成均匀分散的浆体；
(20)材料混合：将偏高岭土、粉煤灰、硬脂酸钙按配比充分混合，加入水玻璃溶液和分散的导电短切碳纤维浆体；
(30)搅拌：将混合料先用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌2min，之后加入双氧水，用电动搅拌器以600r/min的转速搅拌10s，得到搅拌好的混合料浆体；
(40)成型养护：将搅拌好的混合料浆体倒入模具中静置发泡，放置24h后脱模，在标准养护箱中进行养护7d，得到吸波多孔地聚物成品。
优选地：所述(10)短切碳纤维分散步骤中，导电短切碳纤维的纤维长度为3mm。
优选地：所述(20)材料混合步骤中，水玻璃溶液的模数M＝2.5。
优选地：所述(20)材料混合步骤中，偏高岭土为800℃煅烧偏高岭土。
实现本发明再一目的的技术解决方案为：
一种吸波多孔地聚物在工程口部伪装中的应用。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、吸波性能好：将多孔地聚物作为基体，利用其优异的隔热性能和结构强度性能，采用掺加功能性吸波材料，从而有效改善工程口部微波吸收波段伪装效果；吸收率小于-10dB的带宽均超过10GHz以上，具有良好的吸波性能；
2、隔热效果优：多孔地聚物的多孔结构天然具备良好的隔热性能；
3、结构强度高：多孔地聚物是以偏高岭土为主要原料在碱激发下通过物理或化学发泡而成的新型多孔胶凝材料，具有优异的耐酸、耐碱、耐高温性和高的抗压强度，广泛应用在建筑材料、冶金、固封核废料等领域。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为各实施例样品的照片。其中，图1a为1#样品的照片，图1b为2#样品的照片，图1c为3#样品的照片。
图2为各实施例样品的金相图。其中，图2a为1#样品的金相图，图2b为2#样品的金相图，图2c为3#样品的金相图。
图3为各实施例样品的吸波性能曲线图。其中，图3a为1#样品的吸波性能曲线，图3b为2#样品的吸波性能曲线，图3c为3#样品的吸波性能曲线。
具体实施方式
为便于深入理解本发明，以下面的实施例详细说明。
各实施例中所用材料均为市售。
对样品的测试采用弓形法反射率测试系统(由信号源、AgilenN5224A矢量网络分析仪和测试天线组成)，反射率测试方法依据GJB2038-94《雷达吸波材料反射率测试方法进行》。测试样品尺寸为200mm×200mm，测量频率范围2～20GHz，对于-20dB以上反射率的测量，测量精度可达1.2dB。
实施例1
(11)短切碳纤维分散：将0.3g羧甲基纤维素、1.5g短切碳纤维、40g水混合料用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌1min，再以1100r/min的转速搅拌5min，形成均匀分散的浆体；
(12)材料混合：将45g偏高岭土、60g粉煤灰、0.3g硬脂酸钙干料混合，加入150g模数为2.5的水玻璃溶液；
(13)搅拌：将混合料先用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌2min，之后加入双氧水，用电动搅拌器以600r/min的转速搅拌10s，得到搅拌好的混合料浆体；
(14)成型养护：将搅拌好的混合料浆体倒入200mm×200mm×15mm模具中静置发泡，放置24小时后脱模后放入HBY-40B型标准养护箱中进行养护，养护时间7天，得到1#样品。
实施例2
(21)短切碳纤维分散：将0.4g羧甲基纤维素、4g短切碳纤维、40g水混合料用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌1min，再以1100r/min的转速搅拌5min，形成均匀分散的浆体；
(22)材料混合：将48g偏高岭土、120g粉煤灰、0.4g硬脂酸钙干料混合，加入180g模数为2.5的水玻璃溶液中；
(23)搅拌：将混合料先用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌2min，之后加入双氧水，用电动搅拌器以600r/min的转速搅拌10s，得到搅拌好的混合料浆体；
(24)成型养护：将搅拌好的混合料浆体倒入200mm×200mm×20mm模具中静置发泡，放置24小时后脱模后放入HBY-40B型标准养护箱中进行养护，养护时间7天，得到2#样品。
实施例3
(31)短切碳纤维分散：将1g羧甲基纤维素、7.5g短切碳纤维、75g水混合料用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌1min，再以1100r/min的转速搅拌5min，形成均匀分散的浆体；
(32)材料混合：将50g偏高岭土、150g粉煤灰、0.75g硬脂酸钙干料混合，加入200g模数为2.5的水玻璃溶液中；
(33)搅拌：将混合料先用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌2min，之后加入双氧水，用电动搅拌器以600r/min的转速搅拌10s，得到搅拌好的混合料浆体；
(34)成型养护：将搅拌好的混合料浆体倒入200mm×200mm×25mm模具中静置发泡，放置24小时后脱模，在HBY-40B型标准养护箱中进行养护，养护时间7天。
各实施例的材料配比如表1所示。
表1各实施例的材料配比
为验证本发明的实际效果，特别是吸波效果，分别从外观粗糙度、微观状态和微波吸收性能进行评估。
图1所示为各实施例得到的样品样板照片。其中，图1a为1#样品样板的照片，图1b为2#样品样板的照片，图1c为3#样品样板的照片。
从三个样品样板的照片的外观观察可以看出，随双氧水添加量增加，材料样品表面越发粗糙，说明内部泡孔孔径增大。其隔热性能越好。
图2所示为采用LV100ND型金相显微镜测试各实施例得到的样品中，碳纤维的分散状态图。其中，图2a为1#样品的金相图，图2b为2#样品的金相图，图2c为3#样品的金相图。
从三个金相图的对比可以看出，随着样品中碳纤维的增加，碳纤维在试样中出现了重叠和连接，一旦连接形成导电通道，会影响试样的吸波性能。
图3所示为各实施例样品的吸波性能曲线图。其中，图3a为1#样品的吸波性能曲线，图3b为2#样品的吸波性能曲线，图3c为3#样品的吸波性能曲线。
从图3可看出，三种样品的吸波性能均良好，吸收率小于-10dB的带宽均超过10GHz以上，具有良好的吸波性能。

Claims (9)

1.一种吸波多孔地聚物，其组成及质量百分比为：
偏高岭土 10％～15％；
粉煤灰 20％～30％；
水玻璃 40％～50％；
水 10％～15％；
导电短切碳纤维 0.5％～1.5％；
羧甲基纤维素 0.1％～0.2％；
硬脂酸钙 0.1％～0.15％；
双氧水 1％～3％。
2.根据权利要求1所述的吸波多孔地聚物，其特征在于：所述偏高岭土为800℃煅烧偏高岭土。
3.根据权利要求1所述的吸波多孔地聚物，其特征在于：所述水玻璃的模数M＝2.5。
4.根据权利要求1所述的吸波多孔地聚物，其特征在于：所述导电短切碳纤维的纤维长度为3mm。
5.一种权利要求1所述的吸波多孔地聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)短切碳纤维分散：将羧甲基纤维素预先溶胀于水中，称取导电短切碳纤维，将其在羧甲基纤维素浆体中用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌1min，再以1100r/min的转速搅拌5min，形成均匀分散的浆体；
(20)材料混合：将偏高岭土、粉煤灰、硬脂酸钙按配比充分混合，加入水玻璃溶液和分散好的导电短切碳纤维浆体；
(30)搅拌：将混合料先用多功能分散砂磨搅拌机以400r/min的转速搅拌2min，之后加入双氧水，用电动搅拌器以600r/min的转速搅拌10s，得到搅拌好的混合料浆体；
(40)成型养护：将搅拌好的混合料浆体倒入模具中静置发泡，放置24h后脱模，在标准养护箱中进行养护7d，得到吸波多孔地聚物成品。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述(10)短切碳纤维分散步骤中，导电短切碳纤维的纤维长度为3mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述(20)材料混合步骤中，水玻璃溶液的模数M＝2.5。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述(20)材料混合步骤中，偏高岭土为800℃煅烧偏高岭土。
9.根据权利要求1所述的吸波多孔地聚物在工程口部伪装中的应用。
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