CN107459927B - 一种吸波浆料、吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种吸波浆料、吸波材料及其制备方法。本发明提供的吸波浆料包括碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂；碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量比为30％～70％；消泡剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和的百分比为0.5％～2.5％；固化剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为(1～3)∶100；碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和与溶剂的体积比为100g∶(150～200)mL。本发明提供的吸波浆料和吸波材料具有宽频带吸收性，能够提高低频微波吸收效果。

Description

一种吸波浆料、吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子通讯技术领域，特别涉及一种吸波浆料、吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的发展，电子通讯带给人类快捷、高效和便利的同时也形成了诸如信息泄露、电磁干扰及电磁污染等一系列的问题；而吸波材料通过吸收或衰减入射的电磁波，并通过材料的介电损耗等使电磁波能量转变为热能或其它形式的能量而耗散掉，从而能够达到防止电磁干扰及电磁污染的目的。因此，吸波材料在防止电磁环境恶化给通讯、电子设备及人类带来的危害和应对日益严重的电磁环境问题中起着越来越重要的作用。吸波材料根据所吸收电磁波频率范围的不同，可分为各个频段的吸波材料如高频段吸波材料和低频段吸波材料等，相比于高频段吸波材料，低频段吸波材料的制作非常困难，而低频段微波吸收对电磁环境十分重要，因此，低频段吸波材料或者宽频带吸收材料具有重大的研究和应用价值。

吸波材料要有效实现防止电磁干扰，一般须满足以下两个条件：1)入射的电磁波能够充分进入材料内部而不在其表面发生反射；即材料的匹配特性，利用材料的结构等使材料的输入阻抗与空间波阻抗相匹配；2)进入材料内部的电磁波能迅速衰减掉，即材料具有较大的电磁损耗。碳黑和石墨作为吸波材料填充剂已有多年历史，他们与金属粉末相比具有良好的介电、机械和化学性能，而且，其具有质量轻和高介电常数等特点，因此，通常作为微波复合材料的填充剂，广泛应用于电磁兼容/电磁干扰材料、微波吸波涂层和抗静电材料等。

然而，随着信息技术的发展，对吸波材料的电磁波吸收性能的要求也越来越高，目前，对于高性能吸波材料的目标是朝向吸收频带宽(反射率小于-10db的频率范围成为宽带)、吸收强、质量轻和厚度薄等方向发展，达到“宽、强、轻、薄”的要求，因此，开发满足上述需求的吸波材料已成为各研发企业关注的焦点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种吸波浆料、吸波材料及其制备方法，本发明提供的吸波浆料和吸波材料的吸收频带宽，具有良好的低频微波吸收性。

本发明提供了一种吸波浆料，包括以下组分：

碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂；

碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量比为30％～70％；

消泡剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和的百分比为0.5％～2.5％；

固化剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为(1～3)∶100；

碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和与溶剂的体积比为100g∶(150～200)mL。

优选的，所述碳包铁纳米颗粒的粒径为50～100nm。

优选的，所述碳包铁纳米颗粒中碳壳层的厚度为4～10nm。

优选的，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇和/或聚二甲基硅氧烷。

优选的，所述固化剂为正硅酸乙酯和/或二丁基二月桂酸锡。

优选的，所述溶剂为二甲苯。

本发明提供一种吸波材料，由上述技术方案所述的吸波浆料制得。

优选的，所述吸波材料为吸波涂层。

优选的，所述吸波涂层的厚度为2～3mm。

本发明提供了一种上述技术方案所述的吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂混合，得到吸波浆料；

b)将所述吸波浆料经涂膜机涂膜，得到吸波材料。

本发明提供了一种吸波浆料，包括碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂；碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量比为30％～70％；消泡剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和的百分比为0.5％～2.5％；固化剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为(1～3)∶100；碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和与溶剂的体积比为100g∶(150～200)mL。本发明还提供了由所述吸波浆料制得的吸波材料。本发明提供的吸波浆料和吸波材料具有宽频带吸收性，能够提高低频微波吸收效果。实验结果表明，在2～18GHz频段内，吸波材料厚度为2mm时，反射率小于-10db的频带宽度达到2GHz以上，厚度为3mm时，反射率小于-10db的频带宽度达到6GHz以上。本发明还提供了上述吸波材料的制备方法，本发明提供的制备方法简单易行，无需复杂设备和操作，有利于规模化生产应用。

具体实施方式

本发明提供了一种吸波浆料，包括以下组分：

碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂；

碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量比为30％～70％；

消泡剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和的百分比为0.5％～2.5％；

固化剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为(1～3)∶100；

碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和与溶剂的体积比为100g∶(150～200)mL。

本发明提供的吸波浆料中包括碳包铁纳米颗粒，所述碳包铁纳米颗粒是一种核壳结构的颗粒，外层为碳壳层，核心为铁。所述碳包铁纳米颗粒的粒径优选为50～100nm；所述碳包铁纳米颗粒中碳壳层的厚度优选为4～10nm。本发明对碳包铁纳米颗粒的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明采用碳包铁纳米颗粒能够将电损耗特性和磁损耗特性结合，使吸波浆料有更好的电磁匹配特性，有利于提高宽频带吸波性能。

本发明提供的吸波浆料中还包括硅树脂；经申请人研究发现，采用硅树脂与碳包铁纳米颗粒结合，能够形成优势匹配，二者结合有利于改善吸收频带带宽。本发明对硅树脂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量比为30％～70％，优选实施例中为40％～60％，更优选为50％～60％，最佳实施例中为60％；在所述比例范围内才能够使吸波材料表现出优异的宽频带吸收性和低频微波吸收性。

本发明提供的吸波浆料中还包括消泡剂；所述消泡剂优选为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇和/或聚二甲基硅氧烷；采用所述发泡剂能够与本发明的吸波浆料组分较好的结合，提高浆料品质。本发明对消泡剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，消泡剂的用量占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为0.5％～2.5％；在所述比例范围内才能够使吸波浆料产生良好的消泡效果，获得均匀、性能优异的吸波浆料；若用量过低，对本申请的浆料消泡作用不明显，若用量过高，会与本发明浆料的起泡液发生化学反应而破坏浆料组分，从而破坏吸波浆料的吸波性能。

本发明提供的吸波浆料中还包括固化剂；所述固化剂优选为正硅酸乙酯和/或二丁基二月桂酸锡。本发明对固化剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，固化剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为(1～3)∶100；在一些实施例中为2∶100。在所述用量范围内才能够对本申请的吸波浆料产生适宜程度的固化作用，用量过低易使本申请浆料的流动过大、不能起到良好的固化作用，难以满足使用时的涂层等材料的制备，用量过高则会使本发明浆料在使用时凝固过快、难以控制涂层等材料的均匀性及尺寸(如厚度)，进而对材料的吸波性能造成较大影响。

本发明提供的吸波浆料中还包括溶剂；本发明中的溶剂优选为二甲苯；采用所述溶剂能够较好的融合本发明吸波浆料的各种组分，从而获得综合性能优异的吸波浆料，若采用其它溶剂则易破坏浆料体系的匹配性，从而破坏吸波浆料的加工使用性以及吸波性能。本发明对所述溶剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和与溶剂的体积比为100g∶(150～200)mL。

本发明提供的吸波浆料包括上述特定组分和用量搭配，能够使吸波浆料具有良好的加工使用性以及优异的吸波性能，能够提高其宽频带吸收性以及低频微波吸收性。

本发明还提供了一种吸波材料，由上述技术方案所述的吸波浆料制得。本发明中，所述吸波材料优选为吸波涂层。本发明中，所述吸波涂层的厚度优选为2～3mm；所述厚度在满足吸波材料具有优异的吸波性能的基础上还能满足吸波材料薄型化的追求，使吸波材料更好的应用于电子通讯设备中。本发明提供的吸波浆料和吸波材料不仅可以应用在军事隐身方面，而且在微波暗室、屏蔽箱、显示装置、计算机、微波设备、电子产品等民用抗电磁辐射干扰、电磁兼容、防电磁波辐射等领域应用。

本发明还提供了上述技术方案所述的吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂混合，得到吸波浆料；

b)将所述吸波浆料经涂膜机涂膜，得到吸波材料。

其中，碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂的种类、用量及来源等与上述技术方案一致，在此不再赘述。

本发明中，所述步骤a)优选包括：a1)将碳包铁纳米颗粒与硅树脂混合研磨，得到研磨物；a2)将所述研磨物依次与溶剂、消泡剂和固化剂混合，得到吸波浆料。其中，步骤a1)中，研磨优选在三辊研磨机中进行，研磨次数优选为5次以上；步骤a2)中，优选为每引入一种组分后搅拌均匀，之后再引入下一组分；加入溶剂后，优选搅拌15～30min；加入消泡剂后，优选搅拌5～15min；加入固化剂后，优选搅拌5～15min。

在得到吸波浆料后，将所述吸波浆料投入涂膜机中，经涂膜机涂膜，得到吸波材料。所述涂膜机优选为自动涂膜烘干机，经所述自动涂膜烘干机涂膜后，形成吸波涂层材料。

本发明提供的制备方法简单易操作，无需复杂的设备，成本低，有利于大规模产业化生产。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。以下实施例中所用原料均为市售商品，其中，碳包铁纳米颗粒由北京德科岛金公司提供，颗粒粒径为50～100nm，碳壳层厚度为4～10nm。

实施例1

将30g碳包铁纳米颗粒与70g硅树脂经手工初步混合后，置于三辊研磨机中反复研磨5次；之后加入180mL二甲苯并搅拌15min，接着加入1g聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇并搅拌5min，然后再加入2g正硅酸乙酯并搅拌5min，得到吸波浆料。将所得吸波浆料倒入自动涂膜烘干机中分别制备成厚度为2mm和3mm的吸波涂层。

通过矢量网络分析仪测试所得吸波涂层的反射率等电磁参数，结果显示，在2～18GHz频段内，厚度为2mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到2GHz；厚度为3mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到6GHz；反射率最小值位于12.5GHz。

实施例2

将40g碳包铁纳米颗粒与60g硅树脂经手工初步混合后，置于三辊研磨机中反复研磨6次；之后加入180mL二甲苯并搅拌20min，接着加入1g聚二甲基硅氧烷并搅拌10min，然后再加入2g二丁基二月桂酸锡并搅拌5min，得到吸波浆料。将所得吸波浆料倒入自动涂膜烘干机中分别制备成厚度为2mm和3mm的吸波涂层。

按照实施例1的测试方法测试所得吸波涂层的反射率等电磁参数，结果显示，在2～18GHz频段内，厚度为2mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到7GHz；厚度为3mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到9GHz；反射率最小值位于10GHz；可见，本发明的浆料中，随着碳包铁纳米颗粒比例增大，频带宽增大，吸收峰向低频移动，具有更好的低频微波吸收性能。

实施例3

将50g碳包铁纳米颗粒与50g硅树脂经手工初步混合后，置于三辊研磨机中反复研磨8次；之后加入180mL二甲苯并搅拌25min，接着加入1g聚二甲基硅氧烷并搅拌15min，然后再加入2g二丁基二月桂酸锡并搅拌10min，得到吸波浆料。将所得吸波浆料倒入自动涂膜烘干机中分别制备成厚度为2mm和3mm的吸波涂层。

按照实施例1的测试方法测试所得吸波涂层的反射率等电磁参数，结果显示，在2～18GHz频段内，厚度为2mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到9.8GHz；厚度为3mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到10GHz；反射率最小值位于8.5GHz；可见，本发明的浆料中，随着碳包铁纳米颗粒比例的继续增大，频带宽进一步增大，吸收峰进一步向低频移动，具有更好的低频微波吸收性能。

实施例4

将60g碳包铁纳米颗粒与40g硅树脂经手工初步混合后，置于三辊研磨机中反复研磨10次；之后加入180mL二甲苯并搅拌30min，接着加入1g聚二甲基硅氧烷并搅拌15min，然后再加入2g二丁基二月桂酸锡并搅拌15min，得到吸波浆料。将所得吸波浆料倒入自动涂膜烘干机中分别制备成厚度为2mm和3mm的吸波涂层。

按照实施例1的测试方法测试所得吸波涂层的反射率等电磁参数，结果显示，在2～18GHz频段内，厚度为2mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到11GHz；厚度为3mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到13GHz；反射率最小值位于6.5GHz；可见，本发明的浆料中，随着碳包铁纳米颗粒比例的继续增大，频带宽进一步增大，吸收峰进一步向低频移动，达到最宽频带和最优异的低频微波吸收性能。

对比例1

按照实施例1的制备方法进行，不同的是，将硅树脂替换为环氧树脂(型号为CYD-127)。

按照实施例1的测试方法测试所得吸波涂层的反射率等电磁参数，结果显示，在2～18GHz频段内，厚度为2mm时，反射率小于-10dB的频带宽为1.2GHz；厚度为3mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到3.5GHz；反射率最小值位于14GHz。

对比例2

按照实施例1的制备方法进行，不同的是，将硅树脂替换为水性丙烯酸树脂。

按照实施例1的测试方法测试所得吸波涂层的反射率等电磁参数，结果显示，在2～18GHz频段内，厚度为2mm时，反射率小于-10dB的频带宽为1.2GHz；厚度为3mm时，反射率小于-10dB的频带宽达到5GHz；反射率最小值位于13.5GHz。

由以上实施例和对比例可知，本发明的吸波浆料在特定组分组合配伍下，才能取得优异的吸波性能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种吸波浆料，其特征在于，包括以下组分：

碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂；

碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量比为60％；

消泡剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和的百分比为0.5％～2.5％；

固化剂占碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和之比为(1～3)∶100；

碳包铁纳米颗粒与硅树脂的质量和与溶剂的体积比为100g∶(150～200)mL；

所述碳包铁纳米颗粒的粒径为50～100nm；

所述碳包铁纳米颗粒中碳壳层的厚度为4～10nm。

2.根据权利要求1所述的吸波浆料，其特征在于，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇和/或聚二甲基硅氧烷。

3.根据权利要求1所述的吸波浆料，其特征在于，所述固化剂为正硅酸乙酯和/或二丁基二月桂酸锡。

4.根据权利要求1所述的吸波浆料，其特征在于，所述溶剂为二甲苯。

5.一种吸波材料，其特征在于，由权利要求1～4中任一项所述的吸波浆料制得。

6.根据权利要求5所述的吸波材料，其特征在于，所述吸波材料为吸波涂层。

7.根据权利要求6所述的吸波材料，其特征在于，所述吸波涂层的厚度为2～3mm。

8.权利要求5～7中任一项所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将碳包铁纳米颗粒、硅树脂、消泡剂、固化剂和溶剂混合，得到吸波浆料；

b)将所述吸波浆料经涂膜机涂膜，得到吸波材料。