CN108148346B - 一种轻质高透波复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高透波复合材料及其制备方法,属于材料技术领域。一种轻质高透波复合材料,包括以下重量份数的组分:聚醚酮材料55‑75份,聚醚砜5‑20份,增强体10‑40份,发泡剂1‑5份,分散剂0.2‑1份。并公开了其制备方法。本发明采用具有高耐热、高强度热塑性聚醚酮材料为基体,附以高强高模、高透波性的无机纤维为增强体,制备了高透波性热塑性复合材料,进一步,采用微发泡技术,在满足天线罩材料高透波、低损耗、耐高温、高刚高强、尺寸稳定等性能要求前提下,获得了更加轻质的高透波材料,实现材料比重下降超过25%,满足了产品减重要求。而且,本发明材料可直接进行挤出、注塑成型,产品效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种透波材料及其制备方法,尤其是一种轻质高透波复合材料及其制备方法,属于材料技术领域。
背景技术
透波材料是一种能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质(包括能量)的材料,主要应用于引导雷达天线罩、高超音速飞行器天线罩、航天飞机天线罩、卫星天线罩、警戒雷达天线罩、气象雷达天线罩、薄壁结构地面天线罩、移动通讯基站天线罩、车载天线罩等多种领域。在实际运用中,介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标,根据透波材料的使用环境,还需要考虑除透波率外的其它性能,如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化、比重等。
在关键使用性能保证的前提下,透波材料的比重越小,尤其对于机载雷达等制件,在机载载重量一定的前提下,它的重量减轻,意味着可以搭载更多机载设备。因此,作为重量占比最大的外罩透波材料的轻量化至关重要,轻量化近年来成为天线罩材料。但是,目前天线罩材料主要以玻璃钢材料为主,比重达到约2.4g/cm3。同时,此种热固性树脂目前采用手糊工艺为主,普遍存在制品加工工艺流程长、复杂、效率低问题,甚至污染环境。所以,急需一种轻量化的天线罩材料,同时该材料的制备方法需简单、高效率。
微发泡材料是一种具有独有的致密表层和发泡芯层结构的材料,在保证材料基本性能的前提下,显著减轻制件重量。
聚醚酮类材料是一种性能优异的特种工程塑料,具有超高耐热性、耐辐照、耐蠕变、抗疲劳性及良好透波性,长期使用温度超过250℃,且高温下具有优异的尺寸稳定性,满足极酷环境下雷达天线罩使用要求,其热塑加工工艺具有生产周期短、生产效率高、制品合格率高、制品尺寸精度好、环保无污染等优点。因此,可作为热塑性天线罩基材使用。然而,由于其特种工程塑料特有属性,目前还未其微发泡材料的报道,主要原因是目前市场上的普通发泡剂无法满足其超高温工艺匹配性要求。因此,这种兼具轻质和高性能透波性的聚醚酮类材料的开发具有重要意义。
发明内容
为解决以上问题,本发明采用具有高耐热、高强度热塑性改性聚醚酮材料为基体,附以高强高模、高透波性的无机纤维为增强体,制备了高透波性热塑性复合材料,在满足天线罩材料高透波、低损耗、耐高温、高刚高强、尺寸稳定前提下,可直接进行挤出、注塑成型,产品效率高。进一步,采用微发泡技术,获得了更加轻质的高透波材料,比重小于1.3g/cm3,实现材料比重下降超过25%,满足了产品减重要求。为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种轻质高透波复合材料,包括以下重量份数的组分:
聚醚酮材料55-75份
聚醚砜5-20份
增强体10-40份
发泡剂1-5份
分散剂0.2-1份。
进一步的技术方案,所述聚醚酮材料为聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮酮中的一种,其结晶度为20-40%;在360℃,2.16KG载荷条件下,熔融指数为20-100g/10min,优选熔融指数为50-90g/10min、结晶度为30-40%的聚醚醚酮。
进一步的技术方案,所述发泡剂为碳酸镁、氢氧化镁、硝酸钠、碳酸锌中的一种。
进一步的技术方案,所述发泡剂为碳酸镁。
进一步的技术方案,所述聚醚砜的抗拉强度≥85MPa,优选抗拉强度为90MPa以上聚醚砜。
进一步的技术方案,所述增强体为玄武岩纤维、石英纤维中的一种,优选玄武岩纤维,纤维的上浆剂为聚酰亚胺乳液、尼龙乳液、聚氨酯乳液中的一种,优选上浆剂为聚酰亚胺乳液。
进一步的技术方案,所述分散剂为硅酮、乙撑双月桂酸酰胺中的一种,优选乙撑双月桂酸酰胺。
所述的轻质高透波复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:准备原料:聚醚酮材料55-75份,聚醚砜5-20份,增强体10-40份,发泡剂1-5份,分散剂0.2-1份;
步骤二:将聚醚酮材料、聚醚砜、分散剂按照重量份数加入到混料机中,预混3-6min,得到混合物;
步骤三:将得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中,将增强体通过侧喂料机引入挤出机中,经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒,得到纤维增强聚醚酮复合材料;
步骤四:将纤维增强聚醚酮复合材料与发泡剂充分混合后,通过料斗加入到注塑机中,进行注塑成型,获得轻质高透波复合材料。
进一步的技术方案,所述步骤三中:所述挤出机的挤出温度是280-400℃。
进一步的技术方案,所述步骤四中:所述注塑机的注塑温度为380-450℃。
有益效果
与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:
1、本发明的发泡剂具有超高发泡分解温度,分解速度快、易于分散,成孔率高,泡孔均匀,发泡过程易控制等优点,产生气体主要为二氧化碳、水等无毒环保气体,绿色安全,关键是与聚醚酮复合材料超高温加工匹配性好,可在其注塑过程中实现迅速产生气体,扩散均匀,易获得更好的泡孔结构,以保证微发泡材料具有良好综合性能。
2、本发明采用具有高耐热、高强度热塑性聚醚酮材料为基体,附以采用耐高温上浆剂界面改性的高强高模、高透波性无机纤维为增强体,制备了高透波性热塑性复合材料,满足了天线罩材料低介电性能、耐高低温(长期使用温度-100℃至300℃)、高刚高强、尺寸稳定要求。
3、本发明材料在保证透波和介电性能前提下,取代目前玻璃钢天线外罩,以聚醚酮材料的热塑性工艺取代目前的玻璃钢热固成型,通过热塑工艺直接注塑,环境污染少,生产效率高;通过采用低密度的聚醚醚酮材料(1.4g/cm3)为基材,取代玻璃钢(2.4g/cm3),再进一步采用发泡工艺,密度再进一步降低,达到1.3g/cm3以下,实现了轻量化。
4、本发明采用微发泡技术,获得了更加轻质的增强高透波聚醚酮材料,比重小于1.3g/cm3,实现材料比重下降超过25%,满足了产品减重要求。
5、本发明高透波复合材料为热塑性复合材料,具有明显优于目前热固性玻璃钢材料的成型方法,如直接进行挤出、注塑成型,工艺操作易行、流程短、生产效率高、易于实现工业化且环保,降低产品制造成本。
附图说明
图1是本发明中实施例1的微发泡聚醚醚酮材料的截面放大示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种轻质高透波复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:准备原料:熔融指数为90g/10min、结晶度为30%的聚醚醚酮55份,抗拉强度为90MPa的聚醚砜5份,玄武岩纤维40份,碳酸镁5份,乙撑双月桂酸酰胺1份,其中,玄武岩纤维的上浆剂为聚酰亚胺乳液
步骤二:将聚醚醚酮、聚醚砜、乙撑双月桂酸酰胺按照重量份数加入到混料机中,预混3min,得到混合物;
步骤三:将得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中,将玄武岩纤维通过侧喂料机引入挤出机中,经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒,得到纤维增强聚醚酮复合材料,其中,挤出温度是280-400℃;
步骤四:将纤维增强聚醚酮复合材料与碳酸镁充分混合后,通过料斗加入到注塑机中,进行注塑成型,获得轻质高透波复合材料,其中,注塑温度为380-450℃。
实施例2
一种轻质高透波复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:准备原料:熔融指数为20g/10min、结晶度为20%的聚醚芳酮70份,抗拉强度为85MPa的聚醚砜20份,石英纤维10份,硝酸钠1份,硅酮0.2份,其中,石英纤维的上浆剂为尼龙乳液;
步骤二:将聚醚芳酮、聚醚砜、硅酮按照重量份数加入到混料机中,预混6min,得到混合物;
步骤三:将得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中,将石英纤维通过侧喂料机引入挤出机中,经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒,得到纤维增强聚醚酮复合材料,其中,挤出温度是280-380℃;
步骤四:将纤维增强聚醚酮复合材料与硝酸钠充分混合后,通过料斗加入到注塑机中,进行注塑成型,获得轻质高透波复合材料,其中,注塑温度为380-400℃。
实施例3
一种轻质高透波复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:准备原料:熔融指数为100g/10min、结晶度为40%的聚醚醚酮酮75份,抗拉强度为95MPa的聚醚砜10份,玄武岩纤维20份,氢氧化镁4份,乙撑双月桂酸酰胺0.5份,其中,玄武岩纤维的上浆剂为聚氨酯乳液;
步骤二:将聚醚醚酮酮、聚醚砜、乙撑双月桂酸酰胺按照重量份数加入到混料机中,预混5min,得到混合物;
步骤三:将得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中,将玄武岩纤维通过侧喂料机引入挤出机中,经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒,得到纤维增强聚醚酮复合材料,其中,挤出温度是280-390℃;
步骤四:将纤维增强聚醚酮复合材料与氢氧化镁充分混合后,通过料斗加入到注塑机中,进行注塑成型,获得轻质高透波复合材料,其中,注塑温度为380-450℃。
实施例4
一种轻质高透波复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:准备原料:熔融指数为90g/10min、结晶度为30%的聚醚醚酮57份,抗拉强度为90MPa聚醚砜15份,石英纤维30份,碳酸锌3份,硅酮0.7份,其中,玄武岩纤维的上浆剂为聚酰亚胺乳液;
步骤二:将聚醚醚酮、聚醚砜、硅酮按照重量份数加入到混料机中,预混4min,得到混合物;
步骤三:将得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中,将石英纤维通过侧喂料机引入挤出机中,经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒,得到纤维增强聚醚酮复合材料,其中,挤出温度是280-370℃;
步骤四:将纤维增强聚醚酮复合材料与碳酸锌充分混合后,通过料斗加入到注塑机中,进行注塑成型,获得轻质高透波复合材料,其中,注塑温度为380-440℃。
根据上述实施例的制备方法,将其具体配方制作如下表格,其中对比例1的制备方法与实施例1相同,选用的原材料相同,仅是组分的份数存在区别,以及对比例1中不含有发泡剂。
对上表中的产品进行性能检测,结果如下表:
本发明产品对比例与实施例性能表
检测项目 | 对比例1 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
密度/g/cm<sup>3</sup> | 1.71 | 1.23 | 1.25 | 1.20 | 1.21 |
拉伸强度/MPa | 163 | 168 | 166 | 165 | 163 |
弯曲模量/GPa | 9.0 | 10.6 | 9.8 | 9.5 | 9.9 |
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup>(23℃) | 9.0 | 9.5 | 9.2 | 9.3 | 9.0 |
透波率% | 97 | 98 | 98 | 98 | 98 |
介电常数ε | 3.6 | 2.0 | 2.1 | 2.1 | 2.0 |
介电损耗tanδ | 0.0026 | 0.0018 | 0.0021 | 0.002 | 0.0019 |
通过以上表格,可以看出,与对比例1相比,基本不损失材料机械和介电性能前提下,产品密度明显更低,具有明显轻量化特性,比重下降比例超过了25%,透波率超过97%,满足了天线罩部件对减重的要求。
同时,对实施例1中的产品的横截面放大观察,结果如图1所示,微发泡聚醚醚酮材料截面形态,具有明显“三明治”皮芯结构,芯层为发泡层,泡孔均匀,发泡效果好。
以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的技术人员根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种轻质高透波复合材料,其特征在于,包括以下重量份数的组分:
聚醚酮材料55-75份
聚醚砜5-20份
增强体10-40份
发泡剂1-5份
分散剂0.2-1份;
所述发泡剂为碳酸镁、氢氧化镁、硝酸钠、碳酸锌中的一种;
所述增强体为玄武岩纤维、石英纤维中的一种,纤维的上浆剂为聚酰亚胺乳液、尼龙乳液、聚氨酯乳液中的一种。
2.根据权利要求1所述一种轻质高透波复合材料,其特征在于:所述聚醚酮材料为聚醚醚酮、聚醚醚酮酮中的一种,其结晶度为20-40%;在360℃,2.16kg载荷条件下,熔融指数为20-100g/10min。
3.根据权利要求1所述一种轻质高透波复合材料,其特征在于:所述发泡剂为碳酸镁。
4.根据权利要求1所述一种轻质高透波复合材料,其特征在于:所述聚醚砜的抗拉强度≥85MPa。
5.根据权利要求1所述一种轻质高透波复合材料,其特征在于:所述分散剂为硅酮、乙撑双月桂酸酰胺中的一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的轻质高透波复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:准备原料:聚醚酮材料55-75份,聚醚砜5-20份,增强体10-40份,发泡剂1-5份,分散剂0.2-1份;
步骤二:将聚醚酮材料、聚醚砜、分散剂按照重量份数加入到混料机中,预混3-6min,得到混合物;
步骤三:将得到的混合物通过料斗加入双螺杆挤出机中,将增强体通过侧喂料机引入挤出机中,经啮合塑化、混合、挤出、拉条、风干、造粒,得到纤维增强聚醚酮复合材料;
步骤四:将纤维增强聚醚酮复合材料与发泡剂充分混合后,通过料斗加入到注塑机中,进行注塑成型,获得轻质高透波复合材料。
7.根据权利要求6所述的轻质高透波复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤三中:所述挤出机的挤出温度是280-400℃。
8.根据权利要求6所述的轻质高透波复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤四中:所述注塑机的注塑温度为380-450℃。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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