CN107586359A - 一种泡沫吸波超材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泡沫吸波超材料及其制备方法，该方法包括：在由甲基丙烯酸和甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入碳纤维，使碳纤维均匀分散；加入引发剂、交联剂、发泡剂和其他助剂，进一步进行均匀分散，得到均相混合液；将均相混合液浇注到闭合模腔中，聚合得到共聚板；使共聚板的聚合反应彻底进行；预热共聚板，对共聚板进行发泡，得到泡沫吸波超材料。由于吸波剂碳纤维的加入，使得吸波超材料的吸收频率变宽，且进一步增强了吸波超材料的力学强度、耐湿热和耐腐蚀性。此外，本发明通过控制碳纤维的加入量，使得制备的吸波超材料也表现出良好地发泡且发泡较为均匀。
Description
技术领域
本发明属于超材料领域，更具体地，涉及一种泡沫吸波超材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种电磁隐身材料，在包括军事在内的诸多领域有广泛的需求。吸波材料的工作原理是，让投射到其表面的电磁波按照从低磁导率向高磁导率的规律传播，利用在谐振处损耗比较大的原理，使得进入吸波材料内的电磁波能迅速衰减，并通过耦合把电磁波的能量转化成热能或其他能量而耗散掉。
目前在制备泡沫吸波超材料时，在发泡过程中影响吸波剂的吸收、在单体混合液中处于悬浮状态。此外，由于引入的吸波剂未经过表面处理，吸波剂加入量少时，吸波性能差；加入多时往往对聚合反应影响较大，使可发泡的泡沫材料发泡不均匀甚至不能正常发泡。
此外，加入的吸波剂种类仅在某些频率范围内具有吸波性能，并不具有较宽的频率吸收性能。再者，传统的吸波材料由于密度大、吸收频段窄而使其应用受限。
发明内容
本发明提供了一种轻质宽频泡沫吸波超材料，其具有质量轻、耐高温、耐湿热、抗腐蚀、易成型加工成为各种复杂型面等特点，可使武器装备等系统明显减重、增强器件的机动性能。本发明使用的吸波剂使得吸波超材料的质量轻、吸收频率宽并且力学性能强。
本发明提供了一种制备泡沫吸波超材料的方法，包括：在由甲基丙烯酸和甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入碳纤维，使碳纤维均匀分散；加入引发剂、交联剂、发泡剂和其他助剂，进一步进行均匀分散，得到均相混合液；将所述均相混合液浇注到闭合模腔中，聚合得到共聚板；使所述共聚板的聚合反应彻底进行；预热所述共聚板，对所述共聚板进行发泡，得到泡沫吸波超材料。
在上述方法中，其中，在所述泡沫吸波超材料的制备中使用的材料的重量份如下：碳纤维0.1～10份，甲基丙烯酸42～58份，甲基丙烯腈42～58份，引发剂0.25-0.45份，发泡剂2～8份，交联剂2～8份，其它助剂0.1～0.6份。
在上述方法中，其中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述发泡剂为醋酸铵，所述交联剂为丙烯酰胺，其他助剂为成核剂和增粘树脂。
在上述方法中，其中，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散。
在上述方法中，其中，所述闭合模腔包括两块平板和密封条。
在上述方法中，其中，聚合得到所述共聚板的步骤包括置于40～60℃的水浴中聚合40～100h后得到所述共聚板。
在上述方法中，其中，使所述共聚板的聚合反应彻底进行的步骤包括将所述共聚板在80～120℃的温度下放置12h使聚合反应彻底进行。
在上述方法中，其中，预热所述共聚板的步骤包括将所述共聚板放在150～160℃的温度下预热1～2h。
在上述方法中，其中，对所述共聚板进行发泡的步骤包括在200～220℃的温度下发泡2～3h。
本发明还提供了一种根据以上方法制备的泡沫吸波超材料。
由于吸波剂碳纤维的加入，使得吸波超材料的吸收频率变宽，且进一步增强了吸波超材料的力学强度、耐湿热和耐腐蚀性。此外，本发明通过控制碳纤维的加入量，使得制备的吸波超材料也表现出良好地发泡且发泡较为均匀。
该硬质结构的泡沫吸波超材料具有很低的介电常数和低吸波性能，表现出很好的宽频稳定性，使之非常适合雷达天线结构等的制造。
附图说明
图1示出了制备本发明的吸波超材料的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明使用甲基丙烯酸、甲基丙烯腈为单体，偶氮二异丁腈为引发剂，丙烯酰胺为交联剂，一定量的成核剂、发泡剂等。在单体混合液中加入碳纤维吸波剂，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使吸波剂均匀分散；加入引发剂、增粘树脂等其它助剂，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。发泡剂可以使用醋酸铵。在制备过程中使用的各种材料的重量份配比如下：碳纤维0.1～10份，甲基丙烯酸42～58份，甲基丙烯腈42～58份，引发剂0.25-0.45份，发泡剂2～8份，交联剂2～8份，其它助剂0.1～0.6份。
然后将分散后的混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于40～60℃的水浴中聚合40～100h，得到共聚板，然后将共聚板在80～120℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在150～160℃下预热1～2h，再经过200～220℃发泡2～3h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
本发明的泡沫吸波材料是一种轻质、闭孔的硬质结构的泡沫塑料，具有突出的化学及结构稳定性，优异的力学性能和热变形温度，是制备泡沫夹芯型结构吸波超材料的理想芯材。
实施例一
在由42重量份的甲基丙烯酸和42重量份的甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入0.1重量份的吸波剂碳纤维，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散；加入0.25重量份的引发剂偶氮二异丁腈、2重量份的交联剂丙烯酰胺、0.1重量份的增粘树脂和2重量份的发泡剂醋酸铵，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。
然后将分散后的均相混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于40℃的水浴中聚合100h，得到共聚板，然后将共聚板在80℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在150℃下预热2h，再经过200℃发泡2h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
实施例二
在由45重量份的甲基丙烯酸和45重量份的甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入2重量份的吸波剂碳纤维，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散；加入0.35重量份的引发剂偶氮二异丁腈、5重量份的交联剂丙烯酰胺、0.2重量份的增粘树脂、0.1重量份的成核剂和5重量份的发泡剂醋酸铵，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。
然后将分散后的均相混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于50℃的水浴中聚合80h，得到共聚板，然后将共聚板在100℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在160℃下预热1h，再经过210℃发泡2.5h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
实施例三
在由50重量份的甲基丙烯酸和48重量份的甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入4重量份的吸波剂碳纤维，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散；加入0.45重量份的引发剂偶氮二异丁腈、8重量份的交联剂丙烯酰胺、0.3重量份的增粘树脂、0.1重量份的成核剂和8重量份的发泡剂醋酸铵，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。
然后将分散后的均相混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于60℃的水浴中聚合40h，得到共聚板，然后将共聚板在120℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在155℃下预热1.5h，再经过220℃发泡2h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
实施例四
在由55重量份的甲基丙烯酸和55重量份的甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入6重量份的吸波剂碳纤维，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散；加入0.4重量份的引发剂偶氮二异丁腈、6重量份的交联剂丙烯酰胺、0.4重量份的增粘树脂、0.2重量份的成核剂和6重量份的发泡剂醋酸铵，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。
然后将分散后的均相混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于50℃的水浴中聚合60h，得到共聚板，然后将共聚板在110℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在150℃下预热2h，再经过200℃发泡3h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
实施例五
在由58重量份的甲基丙烯酸和58重量份的甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入8重量份的吸波剂碳纤维，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散；加入0.45重量份的引发剂偶氮二异丁腈、8重量份的交联剂丙烯酰胺、0.5重量份的增粘树脂、0.1重量份的成核剂和8重量份的发泡剂醋酸铵，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。
然后将分散后的均相混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于40℃的水浴中聚合100h，得到共聚板，然后将共聚板在90℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在160℃下预热3h，再经过220℃发泡2h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
实施例六
在由56重量份的甲基丙烯酸和55重量份的甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入7重量份的吸波剂碳纤维，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散；加入0.3重量份的引发剂偶氮二异丁腈、7重量份的交联剂丙烯酰胺、0.5重量份的增粘树脂、0.1重量份的成核剂和7重量份的发泡剂醋酸铵，进一步进行高速均质和超声分散，得到均相混合液。
然后将分散后的均相混合液浇注到包括两块平板和密封条的闭合模腔中，置于50℃的水浴中聚合70h，得到共聚板，然后将共聚板在100℃的温度下放置约12h使聚合反应彻底进行。将共聚板先放在160℃下预热2.5h，再经过200℃发泡2.5h，即可获得发泡后的泡沫吸波超材料。
由于吸波剂密度较大，需要加入增粘剂来防止沉降，随着吸波剂加入量的增加，也需要相应地增大增粘剂的加入量，而增粘剂增大到一定程度，会造成单体混合液粘度过大而浇注难以控制，且碳纤维会分布在泡沫的泡孔之间，与泡棱相连，破坏了原有泡沫泡壁之间的粘结，使得泡沫的力学性能如拉伸强度有一定的下降。而本发明通过控制吸波剂碳纤维的含量，在达到良好的吸波性能的同时可以实现增强泡沫吸波超材料的力学性能。
此外，由于吸波剂碳纤维的加入，使得吸波超材料的吸收频率变宽，且进一步增强了吸波超材料的力学强度、耐湿热和耐腐蚀性。此外，本发明通过控制碳纤维的加入量，使得制备的吸波超材料也表现出良好地发泡且发泡较为均匀。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。
Claims (10)
1.一种制备泡沫吸波超材料的方法，其特征在于，包括：
在由甲基丙烯酸和甲基丙烯腈组成的单体混合液中加入碳纤维，使碳纤维均匀分散；
加入引发剂、交联剂、发泡剂和其他助剂，进一步进行均匀分散，得到均相混合液；
将所述均相混合液浇注到闭合模腔中，聚合得到共聚板；
使所述共聚板的聚合反应彻底进行；
预热所述共聚板，对所述共聚板进行发泡，得到泡沫吸波超材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述泡沫吸波超材料的制备中使用的材料的重量份如下：碳纤维0.1～10份，甲基丙烯酸42～58份，甲基丙烯腈42～58份，引发剂0.25-0.45份，发泡剂2～8份，交联剂2～8份，其它助剂0.1～0.6份。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述发泡剂为醋酸铵，所述交联剂为丙烯酰胺，其他助剂为成核剂和增粘树脂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过高速均质机和高功率超声波清洗器使碳纤维均匀分散。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闭合模腔包括两块平板和密封条。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚合得到所述共聚板的步骤包括置于40～60℃的水浴中聚合40～100h后得到所述共聚板。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述共聚板的聚合反应彻底进行的步骤包括将所述共聚板在80～120℃的温度下放置12h使聚合反应彻底进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预热所述共聚板的步骤包括将所述共聚板放在150～160℃的温度下预热1～2h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述共聚板进行发泡的步骤包括在200～220℃的温度下发泡2～3h。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的方法制备的泡沫吸波超材料。
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