CN108148289A - 一种超材料基材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超材料基材，按质量份数，包括100份的生胶、0.5～10份的短切碳纤维以及1.5～13份的助剂。制备方法包括：将生胶、短切碳纤维和助剂按比例进行密炼共混，得到混合物；将混合物进行热压成型，制得超材料基材。本发明提供的制备超材料基材的方法，通过在生胶基体中添加短切碳纤维来调控最终制得的超材料基材的电磁参数，再将生胶热压成型，制得具有隐身作用的吸波超材料基材，再结合超材料微结构设计，可实现不同频段雷达波的高吸收以作为未来隐身武器装备的潜在应用材料。

Description

一种超材料基材及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，更具体地，涉及一种超材料基材及其制备方法。
背景技术
超材料一般包括基材及附着在基材上的人造微结构。在现有技术中，超材料微结构单元材质以金属为主，而基体材料通常使用聚四氟乙烯等低介电常数的高分子材料。这也是现有的超材料基材的电磁参数可调空间小、制备的吸波超材料吸收频带窄的一个主要原因。因此，开展对新型吸波超材料基材的研制和开发变得愈发重要。碳纤维是一种强度高、密度小、高模量、耐化学腐蚀的新型纤维材料，其导电性介于非金属和金属之间，通过改变纤维长度和分布可调控其电导率值，是一种优异的新型电磁吸波材料。因此，开展对碳纤维等新型吸波超材料的研制和开发变得愈发重要。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种超材料基材及其制备方法，以解决现有的超材料基材的性能较差的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种超材料基材，按质量份数，包括100份的生胶、0.5～10份的短切碳纤维以及1.5～13份的助剂。
在上述超材料基材中，生胶包括聚氨酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁基橡胶中的一种或多种组合。
在上述超材料基材中，短切碳纤维的长度为0.5mm～6mm。
在上述超材料基材中，助剂包括硫化剂和分散剂。
在上述超材料基材中，硫化剂和分散剂的质量比为1:4～10:1。
在上述超材料基材中，硫化剂包括过氧化二异丙苯或硫磺中的一种或两种。
在上述超材料基材中，分散剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或两种。
根据本发明的一方面，还提供了一种制备超材料基材的方法，包括以下步骤：将生胶、短切碳纤维和助剂按比例进行密炼共混，得到混合物；将混合物进行热压成型，制得超材料基材。
在上述方法中，在密炼机中，在60～100℃的温度下，实施密炼共混。
在上述方法中，采用热压机，在温度为150～200℃、压力为5～30MPa的条件下，实施热压成型，且热压成型的持续时间为10min～60min。
在上述方法中，在将生胶、短切碳纤维和助剂按比例进行密炼共混的步骤中，将100份的生胶、0.5～10份的短切碳纤维以及1.5～13份的助剂按比例进行共混，其中，各组分的份数为质量份数。
在上述方法中，生胶包括聚氨酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁基橡胶中的一种或多种组合。
在上述方法中，短切碳纤维的长度为0.5mm～6mm。
在上述方法中，助剂包括硫化剂和分散剂，且硫化剂和分散剂的质量比为1:4～10:1。
在上述方法中，硫化剂包括过氧化二异丙苯或硫磺中的一种或两种，分散剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或两种。
本发明提供的制备超材料基材的方法，通过在生胶基体中添加短切碳纤维来调控最终制得的超材料基材的电磁参数，再将生胶热压成型，制得具有隐身作用的吸波超材料基材，再结合超材料微结构设计，可实现不同频段雷达波的高吸收以作为未来隐身武器装备的潜在应用材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的实施例的制备超材料基材的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
制备超材料基材的方法
图1是根据本发明的优选实施例的制备超材料基材的方法的工艺流程图。如图1中的S101所示，将生胶、短切碳纤维和助剂按比例进行密炼共混，得到混合物，其中，按质量份数，各组分的比例为100份的生胶、0.5～10份的短切碳纤维以及1.5～13份的助剂。在优选实施例中，在密炼机中，在60～100℃的温度下，将各组分按比例进行密炼共混。其中，生胶包括聚氨酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁基橡胶中的一种或多种组合，生胶主要为超材料基材提供必要的柔性、高冲击模量、耐环境性。短切碳纤维的长度为0.5mm～6mm，由于碳纤维材料具有重量轻、厚度薄、柔性好等特点，因此粉末状的短切碳纤维主要用于调控超材料基材的电磁参数，且随着短切碳纤维长度增大，其吸收峰往低频移，加入的短切碳纤维的量越大，吸收效果越好。助剂包括硫化剂和分散剂，其中，硫化剂和分散剂的质量比为1:4～10:1，硫化剂包括过氧化二异丙苯或硫磺中的一种或两种，分散剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或两种，助剂主要是为提高短切碳纤维在生胶基体中的分散性，并通过与生胶发生硫化反应来提高制得的超材料基材的力学性能。
然后，如图1中的S103所示，将混合物进行热压成型，制得超材料基材。在优选实施例中，将混合物放入热压机，优选的平板热压计中，在温度为150～200℃、压力为5～30MPa的条件下，进行热压成型，且热压成型的持续时间为10min～60min，晾干，制得超材料基材。在优选实施例中，通过热压成型可制成不同厚度且可贴附的超材料基材。
本发明提供的制备超材料基材的方法，通过在生胶基体中添加短切碳纤维来调控最终制得的超材料基材的电磁参数，再将生胶热压成型，制得具有隐身作用的吸波超材料基材，再结合超材料微结构设计，可实现不同频段雷达波的高吸收以作为未来隐身武器装备的潜在应用材料。
实施例1
按质量份数，将100份三元乙丙橡胶生胶、0.5份长度为0.5mm的短切碳纤维、1份过氧化二异丙苯、0.5份硬脂酸以及0.5份硅烷偶联剂一并放入密炼机中，在70℃进行密炼共混，混合均匀后，将得到的混合物放入热压机中在温度为150℃、压力为25MPa的条件下进行热压成型，持续30min，晾干后即可获得轻质柔性的吸波超材料基体。将超材料基体切割成300mm*300mm的规格，暗室测试反射率，测试结果为4-5Ghz,-20dB。
实施例2
按质量份数，将100份三元乙丙橡胶生胶、3份长度为2mm的短切碳纤维、3份过氧化二异丙苯、1.5份硬脂酸以及1.5份硅烷偶联剂一并放入密炼机中，在60℃进行密炼共混，混合均匀后，将得到的混合物放入热压机中在温度为170℃、压力为25MPa的条件下进行热压成型，持续10min，晾干后即可获得轻质柔性的吸波超材料基体。将超材料基体切割成300mm*300mm的规格，暗室测试反射率，测试结果为4-5Ghz,-20dB。
实施例3
按质量份数，将100份三元乙丙橡胶生胶、7份长度为4mm的短切碳纤维、4份硫磺、3份硬脂酸以及3份硅烷偶联剂一并放入密炼机中，在60℃进行密炼共混，混合均匀后，将得到的混合物放入热压机中在温度为180℃、压力为5MPa的条件下进行热压成型，持续40min，晾干后即可获得轻质柔性的吸波超材料基体。将超材料基体切割成300mm*300mm的规格，暗室测试反射率，测试结果为4-5Ghz,-20dB。
实施例4
按质量份数，将100份三元乙丙橡胶生胶、10份长度为6mm的短切碳纤维、5份过氧化二异丙苯、4份硬脂酸以及4份硅烷偶联剂一并放入密炼机中，在70℃进行密炼共混，混合均匀后，将得到的混合物放入热压机中在温度为190℃、压力为25MPa的条件下进行热压成型，持续60min，晾干后即可获得轻质柔性的吸波超材料基体。将超材料基体切割成300mm*300mm的规格，暗室测试反射率，测试结果为4-5Ghz,-20dB。
实施例5
按质量份数，将100份三元乙丙橡胶生胶、0.5份长度为0.5mm的短切碳纤维、0.5份过氧化二异丙苯、0.5份硬脂酸以及0.5份硅烷偶联剂一并放入密炼机中，在100℃进行密炼共混，混合均匀后，将得到的混合物放入热压机中在温度为200℃、压力为30MPa的条件下进行热压成型，持续30min，晾干后即可获得轻质柔性的吸波超材料基体。将超材料基体切割成300mm*300mm的规格，暗室测试反射率，测试结果为4-5Ghz,-20dB。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种超材料基材，其特征在于，按质量份数，包括100份的生胶、0.5～10份的短切碳纤维以及1.5～13份的助剂。
2.根据权利要求1所述的超材料基材，其特征在于，所述生胶包括聚氨酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁基橡胶中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的超材料基材，其特征在于，所述短切碳纤维的长度为0.5mm～6mm。
4.根据权利要求1所述的超材料基材，其特征在于，所述助剂包括硫化剂和分散剂。
5.根据权利要求4所述的超材料基材，其特征在于，所述硫化剂和所述分散剂的质量比为1:4～10:1。
6.根据权利要求4所述的超材料基材，其特征在于，所述硫化剂包括过氧化二异丙苯或硫磺中的一种或两种。
7.根据权利要求4所述的超材料基材，其特征在于，所述分散剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或两种。
8.一种制备超材料基材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将生胶、短切碳纤维和助剂按比例进行密炼共混，得到混合物；
将所述混合物进行热压成型，制得超材料基材。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在密炼机中，在60～100℃的温度下，实施所述密炼共混。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，采用热压机，在温度为150～200℃、压力为5～30MPa的条件下，实施所述热压成型，且所述热压成型的持续时间为10min～60min。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将生胶、短切碳纤维和助剂按比例进行密炼共混的步骤中，将100份的生胶、0.5～10份的短切碳纤维以及1.5～13份的助剂按比例进行共混，其中，各组分的份数为质量份数。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生胶包括聚氨酯、三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁基橡胶中的一种或多种组合。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述短切碳纤维的长度为0.5mm～6mm。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述助剂包括硫化剂和分散剂，且所述硫化剂和所述分散剂的质量比为1:4～10:1。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述硫化剂包括过氧化二异丙苯或硫磺中的一种或两种，以及所述分散剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或两种。
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