CN108976986B - 一种高固含量石墨烯吸波涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高固含量宽频石墨烯吸波涂料的制备方法，通过分散剂和环氧稀释增韧剂的应用，可以加入更多的吸波剂等粉料，固含量最高可达95％，解决了在低频段由于吸波剂含量不够造成吸波性能较低的问题，同时再与石墨烯、四针状氧化锌晶体等电损耗吸波剂配合，达到了较好的阻抗匹配效果，实现了宽频范围内的高效吸波。涂层机械性能良好，附着力、柔韧性及耐磨性均好于常规的产品。涂料的施工性能良好，不易流挂，一次喷涂成膜可达400um，减少了施工道数和损耗，极大地提高了施工效率，且应用的VOC很低，属于绿色环保功能涂料，具有很好的应用前景。

Description

一种高固含量石墨烯吸波涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能涂料领域，特别涉及一种高固含量石墨烯吸波涂料及其制备方法。

背景技术

目前军事上广泛采用的雷达隐身技术主要是指对工作在3MHz～300GHz范围内雷达的隐身技术，其中厘米波段(2～18GHz)是非常重要的雷达探测波段，也是现阶段世界各国力求突破的超宽频带雷达隐身技术研究的重点。原有的雷达隐身材料存在频带窄、效率低、密度大等缺点，应用范围受到一定限制，迫切需要开发新型吸波材料和相应的隐身技术。

吸波涂料的类型很多，并且有些已较为成熟，如铁氧体、超细金属微粉、陶瓷类吸波涂层等。但目前已研制的吸波涂层材料大多只能在某一频带起作用，在其他频段的隐身效果则变差。因此，研究高性能、宽频带吸波涂层以展宽有效频带，实现多频谱隐身材料兼容，是吸波涂层未来发展的一个主要方向。对于雷达吸波涂层，除要求厚度薄、质量轻、吸收频带宽、对雷达的吸收性和适应性强之外，还要求涂层具有较好的耐候性和粘结性。因此，制备应用性能好的吸波涂层是近年来关注的重点。

传统的吸波涂料很难兼顾全频段的吸波效果，往往是高频段吸收率可超过10dB，但在低频段只有2-3dB，在1–2GHz频段甚至更差。而低频段好，高频段效果则比较差。常规的方法是尽量采用低粘度低分子量的树脂，降低涂料粘度，增加固含量，由于效果有限，只能有限提高，一般情况下吸波剂的加入量不能超过70％。

发明内容

为了解决现有技术中吸波涂料存在的：固含量偏低，吸波剂含量低，影响吸波效果；低频段吸波效果较差，影响整个宽频段的吸波效果；涂料机械性能较差，附着力差，柔韧性达不到要求等问题，本发明提供了一种高固含宽频石墨烯吸波涂料及其制备方法。

本发明提供的高固含宽频石墨烯吸波涂料由A组分和B组分组成，所述A组分按重量份数的组成为：复合吸波剂50-80份、树脂基体10-20份、环氧增韧稀释剂2-10份、分散剂1-3份、防沉剂0.5-1份、防流挂剂0.3-1份、溶剂3-5份，其中，复合吸波剂由电损耗吸波剂和磁损耗吸波剂复合而成。

B组分为固化剂。

所述的电损耗吸波剂由石墨烯和四针状氧化锌晶须组成；其中，石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、还原氧化石墨烯或改性石墨烯中的一种或多种；

所述的磁损耗吸波剂为羰基铁粉、FeSiAl粉、铁氧体中的一种或几种；

所述的树脂基体为环氧树脂或聚氨酯树脂；

所述的环氧增韧稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂；

所述的分散剂为高分子共聚物或超分散剂中的一种或多种；

所述的防沉剂为改性有机膨润土、气相二氧化硅、聚乙烯蜡中的一种或多种；

所述的防流挂剂为氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或多种；

所述的溶剂为二甲苯、丁醇、异丙醇、醋酸丁酯、100#溶剂油、PMA、MIBK中的一种或两种以上的混合物。

所述B组分的组成和重量份数为：

聚酰胺固化剂 45份

酚醛胺固化剂 45份

溶剂 10份

所述的溶剂为二甲苯、丁醇、异丙醇、醋酸丁酯、100#溶剂油、PMA、MIBK中的一种或两种以上的混合物。

所述A组分按重量份数的组成优选为：

石墨烯浆料重量份数的组成为：

所述的辅助分散剂为高分子聚氨酯类、丙烯酸酯类、高分子共聚物铵盐类中的一种或多种；

所述的石墨烯浆料的配制方法为：

按配比加入石墨烯、分散剂，辅助分散剂和溶剂，混合均匀后用球磨机研磨20min，然后用超声波分散60min，得到石墨烯浆料。

本发明的环氧增韧稀释剂粘度低，增韧效果好，不仅可以降低涂料粘度，同时还可以降低环氧树脂的用量，润湿性能好，可以将加入的铁粉类吸波剂含量提高到80％。将其作为主要的降粘手段，同时配合高分子共聚物或超分散剂，辅助降粘，能使整个涂料的粘度下降到140KU，可以直接使用高压无气喷涂施工，2-3道就可达到规定膜厚，使吸波涂料的施工性能得到了极大的改善，施工效率很高。

采用石墨烯浆料作为微波电损耗的主要材料，充分发挥了石墨烯作为优良导电材料的性能，既减少了羰基铁粉等物质的加入量，减轻了吸波涂料的重量，也提高了吸波涂料在低频段的吸波效果，使吸波涂料在1-18GHz频段的吸波效果更加均衡和有效。

采用具有四针状特殊结构的氧化锌晶须，可以起到匹配电磁阻抗的作用，增加雷达波的透入涂层的效果，从而增加吸波效果，可以有效拓宽强吸波效果的频段宽度。

本发明优选以羰基铁粉、FeSiAl粉的组合为磁损耗吸波剂，以石墨烯、四针状氧化锌晶体作为电损耗吸波剂，在本发明用量范围内匹配使用，基本可以满足在吸波宽频段的良好吸波效果。

制得的吸波涂料固含量达到90％以上，产品中单独添加溶剂成分不超过5％。采用环氧增韧稀释剂，有效降低涂料粘度，能够制成高固含的吸波涂料，同时还提高了涂层的附着力和柔韧性。由于涂料已接近无溶剂涂料的要求，涂料的VOC很低。

高固含量石墨烯吸波涂料的制备工艺步骤如下：

(1)A组分的制备：

①按照重量称取各组分。

②将E51树脂、环氧增韧稀释剂、溶剂、分散剂、防沉剂、抗流挂剂和羰基铁粉、FeSiAl、特种氧化锌晶体等粉料，搅拌均匀后砂磨。

③砂磨前，观察浆料的粘度，粘度太大，补加环氧增韧稀释剂。

④砂磨至细度≤35μm。

⑤将石墨烯浆料加入砂磨好的料液中继续砂磨20min，将剩余的环氧增韧稀释剂补加完毕，搅拌均匀。检测合格后，过滤包装，即为A组份成品。

(2)B组分的制备：

按比例将各组分混合均匀，即为B组分成品。

(3)使用时，按A：B＝10:1–6:1的重量比混合均匀，得高固含石墨烯吸波涂料，采用高压无气喷涂,喷涂2-3道即可到达一般要求的规定膜厚1100um。

有益效果：

(1)本发明使用的环氧增韧稀释剂粘度极低，降粘效果特别明显，所以可以加入更多的吸波材料，提高吸波材料的含量，增强吸波效果。同时涂料的机械性能也得到大幅度提高，大幅度降低了VOC，降低了施工难度，可以与普通的高固含涂料一样进行施工。VOC较低，属于绿色环保涂料。

(2)通过对磁损耗材料羰基铁粉与FeSiAl粉的不同比例的吸波效果研究，确定了磁损耗材料的比例；通过电损耗材料石墨烯、四针状氧化锌晶体的加入对磁损耗材料的影响，确定了电磁损耗材料的相关关系，找到比较好的符合阻抗匹配的电磁损耗复合吸波剂的组成比例；综合各种吸波剂含量、配比对吸波效果的影响，确定了高固含石墨烯吸波涂料的最终配方。

具体实施方式

实施例1

A组分重量份数组成

石墨烯浆料重量份数的组成为：

B组分重量份数组成

聚酰胺固化剂 45份

酚醛胺固化剂 45份

溶剂 10份

具体工艺：

(1)A组分的制备：

①石墨烯浆料的制作：按配比加入石墨烯、分散剂、辅助分散剂和溶剂，混合均匀后用球磨机研磨20min，然后用超声波分散60min，得到石墨烯浆料。

②加入E51树脂、环氧增韧稀释剂、溶剂、分散剂、防沉剂、抗流挂剂和羰基铁粉、FeSiAl、特种氧化锌晶体等粉料，搅拌均匀后砂磨。

③砂磨前，观察浆料的粘度，粘度太大，补加环氧增韧稀释剂。

④砂磨至细度≤35μm。

⑤将石墨烯浆料加入砂磨好的料液中继续砂磨20min，将剩余的环氧增韧稀释剂补加完毕，搅拌均匀。检测合格后，过滤包装，即为A组份成品。

(2)B组分的制备：

按比例将各组分混合均匀，即为B组分成品。

(3)按A：B＝10:1的重量比混合均匀，即可得高固含石墨烯吸波涂料。

实施例2

A组分重量份数组成

石墨烯浆料重量份数的组成为：

B组分重量份数组成

聚酰胺固化剂 45份

酚醛胺固化剂 45份

溶剂 10份

A组分和B组分的制备工艺同实施例1：

按A：B＝7:1的重量比混合均匀，即可得高固含石墨烯吸波涂料。

实施例3

A组分重量份数组成

石墨烯浆料重量份数的组成为：

B组分重量份数组成

聚酰胺固化剂 45份

酚醛胺固化剂 45份

溶剂 10份

A组分和B组分的制备工艺同实施例1：

按A：B＝10:1的重量比混合均匀，即可得高固含石墨烯吸波涂料。

实施例4

A组分重量份数组成

其他组份及其工艺同实施例1。

实施例5

A组分重量份数组成

其他组份及其工艺同实施例1。A:B＝4:1

对比实施例1

A组分重量份数组成

其他组份及其工艺同实施例1。

对比实施例2

A组分重量份数组成

对比实施例3

A组分重量份数组成

其他组份及其工艺同实施例1。

对比实施例4

A组分重量份数组成

石墨烯浆料重量份数的组成为：

石墨烯 15份

分散剂 15份

溶剂 70份

其他组份及其工艺同实施例1。

表1

Claims (3)

1.一种高固含量石墨烯吸波涂料，其特征在于，所述吸波涂料由A组分和B组分组成，

所述的A组分按重量份数的组成为：

环氧树脂E51 10-20 份

活性稀释剂 2-10 份

羰基铁粉 30-80 份

FeSiAl粉 5-10 份

石墨烯浆料 3-8 份

四针状氧化锌晶体 1-5 份

分散剂 1-3 份

防沉剂 0.5-1 份

防流挂剂 0.3-1 份

溶剂 3-5 份

所述B组分按重量份数的组成为：

聚酰胺固化剂 45 份

酚醛胺固化剂 45 份

溶剂 10 份；

所述石墨烯浆料按重量份数的组成为：

石墨烯 10-20 份

超分散剂 10-20 份

辅助分散剂 5-10 份

溶剂 60-80 份；

石墨烯浆料的制备方法为：

按配比加入石墨烯、超分散剂，辅助分散剂和溶剂，混合均匀后用球磨机研磨20min，然后用超声波分散60min，得到石墨烯浆料；

所述的辅助分散剂为高分子聚氨酯类、丙烯酸酯类、高分子共聚物铵盐类中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的高固含量石墨烯吸波涂料，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯中的一种或两种；

所述的防沉剂为改性有机膨润土、气相二氧化硅、聚乙烯蜡中的一种或多种；

所述的防流挂剂为氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或多种；

所述的溶剂为二甲苯、丁醇、异丙醇、醋酸丁酯、100#溶剂油、PMA、MIBK中的一种或两种以上的混合物。

3.据权利要求1所述的高固含量石墨烯吸波涂料，其特征在于，A组分和B 组分的重量比为10:1-6:1。