CN107082938A - 热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料及其设计、制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料及其设计、制造方法。所述吸波材料的微波吸收性能为：吸波材料高度与空间电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为‑40dB；h/λ＝1.5～1.6时，R为‑44dB～47dB；h/λ＝3.0～3.2时，R为‑50dB～54dB。该吸波材料是以热塑性树脂主要为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂为基材。使用高结构型的超导电碳黑(电磁波吸收剂)以及高效阻燃剂复配熔融挤出造粒、超临界气体溶胀颗粒处理工艺、高压水蒸气颗粒发泡成型实施。与软质聚氨酯吸波材料相比，在两者相同高度的吸波材料，本发明的热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料的电性能提高7‑8dB，是一类适合微波暗室使用的高性能吸波材料。

Description

热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料及其设计、制造方法
技术领域
本发明涉及一类热塑性树脂泡沫角锥高性能高阻燃吸波材料及其设计、制造方法，热塑性树脂主要为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂。吸波材料外形是通过电磁仿真设计手段确定，其材料在频段200MHz至500MHz之间吸波性能优于常规软质聚氨酯浸碳类吸波材料，其吸收值在-40dB～-50dB之间。
背景技术
微波暗室用吸波材料以软质聚氨酯开孔泡沫作为基材，然后切割成角锥状，通过将吸收电磁波的阻燃涂料浸渍在聚氨酯泡沫内，烘干等工艺制成，然后通过胶粘剂安装在暗室内。具体实施方式是通过将配制好的吸波阻燃涂料浸渍挤压在软质聚氨酯泡沫体内，经过烘干制得，但由于涂料内含有胶粘剂，吸波材料烘干后，吸收剂、阻燃剂等物质胶粘在聚氨酯泡沫孔隙间，由于此种加工工艺是造成吸波材料内吸收剂、阻燃剂分布不匀，批量化生产的一致性较差，同时，由于在浸渍和烘干工序中，材料尺寸膨胀、收缩不一，导致最终吸波材料成品尺寸公差很大，且吸波材料随着使用年限增加，胶粘剂逐渐老化，从而造成了附着的吸收剂、阻燃剂等易脱落，易出现老化沉头或弯头等现象，导致产品吸波性能、阻燃性能出现下降，使用环境污染严重，对于要求洁净的试验环境无法保证。同时，高度较高的吸波材料(1000mm以上)由于自身重量，一般在使用2年后，吸波材料易产生弯头现象，暗室的美观性变差，整体性能受到影响；同时材料内部的电磁吸波剂和阻燃剂存在与基体材料中附着力变小，成品聚氨酯吸波材料在运输和搬运过程中吸波剂、阻燃剂等容易掉粉和脱落，而且随着使用年限的增加。而通过高压水蒸气、二氧化碳临界气体等方式实现的热塑性树脂泡沫角锥吸波材料能够彻底解决上述问题。通常而言，微波暗室用软质聚氨酯泡沫角锥吸波材料的性能与其高度存在一定确定的关系，其关系如图5显示，其中h为角锥吸波材料高度，λ为空间电磁波波长，R为反射率(吸波材料吸收值)。图中曲线表明软质聚氨酯角锥吸波材料的吸收值(反射率R)增加，虽然通过增加材料高度提升吸收性能，但其结果会大大增加制造成本以及对加工设备提出更苛刻的要求及实施条件；并且吸收性能提高幅度受限于材料的高度与电磁波波长比值。一种高性能的角锥吸波材料有待开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能的角锥吸波材料，克服软质聚氨酯吸波材料的不足，能在相同高度下提高角锥吸波材料在低频200～500MHz的R值。
本发明所述的高性能角锥吸波材料，是一种热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料，其微波吸收性能为：吸波材料高度与空间电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5～1.6时，R为-44dB～47dB；h/λ＝3.0～3.2时，R为-50dB～-54dB。所述热塑性树脂泡沫角锥吸波材料的反射率R与h/λ关系遵循图6的曲线规律。
本发明中，吸波材料的材质为热塑性能材质，其表面电阻值范围在600至1500欧姆之间。所述热塑性能材质优选聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。
本发明中，所述吸波材料的氧指数为26％及以上。
本发明中，所述吸波材料的原料组成重量百分比：热塑性树脂55％～70％；高结构型超导碳黑10％～15％；阻燃剂为20％～30％；材料的发泡倍率为15P～30P之间，材料重量范围2.8～3.6kg/pcs。所述高结构型超导碳黑为科琴EC-300J和EC-600JD优选EC-600JD；主要阻燃剂为含溴85％溴化阻燃剂优选十溴二苯乙烷类衍生物；协同阻燃剂为三氧化二锑；两者复配重量比例为3:1至2:1。
本发明还公开了所述热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料的设计方法，按照以下性能要求设计模具与原料配比，所述性能要求为：吸波材料高度与空间电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5～1.6时，R为-44dB～47dB；h/λ＝3.0～3.2时，R为-50dB～-54dB。
本发明进一步公开了所述热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料的制造方法，是以热塑性树脂颗粒为基材、使用高结构型的超导电碳黑(电磁波吸收剂)以及高效阻燃剂复配熔融挤出造粒、超临界气体溶胀颗粒处理工艺、高压水蒸气颗粒发泡成型。
本发明的热塑性树脂泡沫角锥吸波材料设计要求及制造方法并不遵循现有技术中图5的曲线，而是实现如图6中的关系曲线。图6显示热塑性树脂泡沫吸波材料的吸收性能远远好于软质聚氨酯吸波材料的性能。两者相同高度的吸波材料，热塑性树脂泡沫吸波材料的电性能提高7～8dB，是一类适合微波暗室使用的高性能吸波材料。其代表产品热塑性树脂泡沫1600mm吸波材料在200MHz吸收值为-40dB；300MHz吸收值为-47dB。本发明首次实现了高性能热塑性树脂泡沫角锥吸波材料的制造，材料阻抗与空间电磁波阻抗相互匹配达到理想状态，实现了该材料高度与电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5～1.6时,R为-45dB；h/λ＝3.0～3.2时,R为-50dB。
附图说明
图1实施例1热塑性泡沫角锥材料高度1600在30MHz～1000MHz垂直反射率图。
图2实施例2热塑性泡沫角锥材料高度1600在30MHz～1000MHz垂直反射率图。
图3实施例3热塑性泡沫角锥材料高度1600在30MHz～1000MHz垂直反射率图。
图4实施例4热塑性泡沫角锥材料高度1200在30MHz～1000MHz垂直反射图。
图5是软质聚氨酯泡沫角锥吸波材料反射率R与h/λ的相互关系图。
图6中本发明热塑性泡沫角锥吸波材料反射率R与h/λ的相互关系图。
具体实施方式
实施例1
按重量称取高粘度聚乙烯颗粒2450份，高结构导电碳黑350份，阻燃剂700份，采用锥形单螺杆挤出热塑性聚乙烯粒子。颗粒经过孔径3mm震动筛去除大颗粒后，将颗粒通过超临界二氧化碳液体溶胀减压膨胀，获得可发泡型阻燃导电颗粒。将可发泡型阻燃导电颗粒在模具中通过高压水蒸汽穿透颗粒内部，形成内外压力差，颗粒膨胀相互挤压融合成高度为1600毫米的热塑性泡沫角锥吸波材料，材料密度为55kg/m3，材料氧指数为27.1％。采用低频同轴法反射率的方法测试热塑性泡沫角锥吸波材料，材料高度为1600毫米。在30MHz～1000MHz的频段测试；材料的电波反射率曲线如图1。图1曲线测试结果表明，材料在188MHz左右时材料的吸收值为-40dB，300MHz时吸收值为-47dB,600MHz时吸收值为-52dB。这些频率的转算成空间电磁波波长(λ)后与材料高度(h)比值满足h/λ＝1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5-1.6时,R为-45dB；h/λ＝3.0-3.2时,R为-50dB，实现发泡聚乙烯泡沫角锥吸波材料高性能设计要求。
实施例2
按重量称取高熔体强度聚丙烯烯颗粒2080份，高结构导电碳黑480份，阻燃剂640份，采用锥形单螺杆挤出造粒。颗粒经过孔径3mm震动筛去除大颗粒后，将颗粒通过超临界二氧化碳液体溶胀减压膨胀，获得可发泡型阻燃导电颗粒。将可发泡型阻燃导电颗粒在模具中通过高压水蒸汽穿透颗粒内部，形成内外压力差，颗粒膨胀相互挤压融合成高度为1600毫米的热塑性泡沫角锥吸波材料，材料密度为53kg/m3，材料氧指数26.7％。采用低频同轴法反射率的方法测试热塑性泡沫角锥吸波材料，材料高度为1600毫米。在30MHz～1000MHz的频段测试；材料的电波反射率曲线如图2。图2曲线测试结果表明，材料在188MHz左右时材料的吸收值为-41dB，300MHz时吸收值为-47dB,600MHz时吸收值为-53dB。这些频率的转算成空间电磁波波长(λ)后与材料高度(h)比值满足h/λ＝1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5-1.6时,R为-45dB；h/λ＝3.0-3.2时,R为-50dB，实现发泡聚丙烯泡沫角锥吸波材料高性能设计要求。
实施例3
按重量称取聚苯乙烯颗粒1540份，高结构导电碳黑420份，阻燃剂840份，采用锥形单螺杆挤出造粒。颗粒经过孔径3mm震动筛去除大颗粒后，将颗粒通过超临界二氧化碳液体溶胀减压膨胀，获得可发泡型阻燃导电颗粒。将可发泡型阻燃导电颗粒在模具中通过高压水蒸汽穿透颗粒内部，形成内外压力差，颗粒膨胀相互挤压融合成高度为1600毫米的热塑性泡沫角锥吸波材料，材料密度为46kg/m3，材料氧指数28.5％。采用低频同轴法反射率的方法测试热塑性泡沫角锥吸波材料，材料高度为1600毫米。在30MHz～1000MHz的频段试；材料的电波反射率曲线如图3。图3曲线测试结果表明，材料在188MHz左右时材料的吸收值为-42dB，300MHz时吸收值为-46dB,600MHz时吸收值为-52dB。这些频率的转算成空间电磁波波长(λ)后与材料高度(h)比值满足h/λ＝1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5-1.6时,R为-45dB；h/λ＝3.0-3.2时,R为-50dB，实现发泡聚苯乙烯泡沫角锥吸波材料高性能设计要求。
实施例4
按重量称取聚苯乙烯颗粒1155份，高结构导电碳黑315份，阻燃剂630份，采用锥形单螺杆挤出造粒。颗粒经过孔径3mm震动筛去除大颗粒后，将颗粒通过超临界二氧化碳液体溶胀减压膨胀，获得可发泡型阻燃导电颗粒。将可发泡型阻燃导电颗粒在模具中通过高压水蒸汽穿透颗粒内部，形成内外压力差，颗粒膨胀相互挤压融合成高度为1200毫米的热塑性泡沫角锥吸波材料，材料密度46kg/m3，材料氧指数28.5％。采用低频同轴法反射率的方法测试热塑性泡沫角锥吸波材料，材料高度为1200毫米。在30MHz～1000MHz的频段试；材料的电波反射率曲线如图4。图4曲线测试结果表明，材料在250MHz左右时材料的吸收值为-40dB，400MHz时吸收值为-45dB,800MHz时吸收值为-52dB。这些频率的转算成空间电磁波波长(λ)后与材料高度(h)比值满足h/λ＝1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5-1.6时,R为-45dB；h/λ＝3.0-3.2时,R为-50dB，实现发泡聚苯乙烯泡沫角锥吸波材料高性能设计要求。

Claims (6)

1.一种热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料，其特征在于，所述吸波材料的微波吸收性能为：吸波材料高度与空间电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5～1.6时，R为-44dB～47dB；h/λ＝3.0～3.2时，R为-50dB～54dB。
2.如权利要求1所述的热塑性树脂泡沫角锥高性能高阻燃吸波材料，其特征在于，吸波材料的材质为热塑性材质，其表面电阻值范围在300至1500欧姆之间。
3.如权利要求1所述的热塑性树脂泡沫角锥高性能高阻燃吸波材料，其特征在于，所述热塑性材质是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。
4.如权利要求1所述的热塑性树脂泡沫角锥高性能高阻燃吸波材料，其特征在于,所述吸波材料的氧指数为26％及以上。
5.如权利要求1所述的热塑性树脂泡沫角锥高性能高阻燃吸波材料，其特征在于，所述吸波材料的原料组成重量百分比为：热塑性树脂55％～70％；高结构型超导碳黑10％～15％；阻燃剂为20％～30％；材料的发泡倍率为15P～30P之间，材料密度范围45kg/m3～55kg/m3。
6.一种热塑性树脂泡沫角锥高性能吸波材料的设计方法，其特征在于，按照以下性能要求设计模具与原料配比，所述性能要求为：吸波材料高度与空间电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5～1.6时，R为-44dB～-47dB；h/λ＝3.0～3.2时，R为-50dB～-54dB；其材料的微波吸收性能为材料高度与空间电磁波波长之比(h/λ)为1时，材料反射率R为-40dB；h/λ＝1.5～1.6时，R为-44dB～-47dB；h/λ＝3.0～3.2时，R为-50dB～-54dB。
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