CN109338796B - 吸波胶液和结构一体化散射增强吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸波胶液和结构一体化散射增强吸波材料及其制备方法，该结构一体化散射增强吸波材料包括基材以及在基材上设置有由吸波胶液浸渍固化形成的吸波层，其中吸波胶液包含如下质量配比的组分：吸波剂10‑30份、胶粘剂10‑20份、阻燃剂3‑5份、润湿剂0.3‑0.5份、分散剂0.3‑0.5份和溶剂100份。本发明的结构一体化散射增强吸波材料灵活多变，可以增强来波方向的电磁波的散射，而且具有轻质、宽频、高强、耐高功率等综合性能，力学性能更优异，并且电磁波的来波方向和蜂窝材料承力方向可以平行或相互垂直，可广泛的应用于航空航天、船艇、高铁等领域。
Description
技术领域
本发明涉及吸波材料技术领域，具体涉及一种吸波胶液和结构一体化散射增强吸波材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种能够吸收、衰减一定频段内入射的电磁波，并使电磁能转换成热能或其他形式的能量消耗掉或使电磁波因干涉相消而无法被探测到的一类功能材料，它被广泛应用于国防军工装备、屏蔽暗室、屏蔽箱、民用电子产品、防辐射建筑等领域。随着各国军事力量和反隐身技术的发展以及民用电子产品等所面临电磁环境的日益恶化，要求吸波材料具有厚度薄、质量轻、吸收频带宽、力学强度和吸收强度好的“薄、轻、宽、强”的性能，在特殊的应用场合还要求吸波材料具有耐高温、耐高功率、耐酸碱、阻燃等性能。
提升吸波材料吸波性能通常有三条主要思路，一是实现吸波材料和入射端材料良好的阻抗匹配特性，使电磁能量尽可能进入材料内部，减少界面反射；二是增强材料内部对电磁波的损耗能力，使进入材料内部的电磁能量被快速消耗；三是增强材料对电磁波的散射效应，以增加电磁波与材料的作用次数以及减少沿来波方向反射回去的电磁波比重。要增强材料对电磁波的散射效应，需要在材料面内(垂直于入射电磁波的平面)不同区域实现不同的阻抗分配，最常用的散射构型是光栅结构，即面内的一种周期性的阻抗变化结构，它被广泛应用于光学、微机电等各行各业。在吸波材料领域，尖锥型吸波材料是使用光栅结构增强电磁散射效应的典型代表。然而目前几乎所有的光栅结构都破坏了材料表面的平整性特性，进而破坏了其力学性能特性，影响其应用范围，如尖锥型吸波材料虽然具有优异的吸波性能，然而通常只能用于微波暗室、屏蔽箱等民用场景。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸波胶液和结构一体化散射增强吸波材料及其制备方法，解决现有技术中增强电磁散射效应的尖锥型光栅结构吸波材料因破坏了材料表面的平整性特性进而破坏了其力学性能特性导致其应用受限等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种吸波胶液，包含如下质量配比的组分：吸波剂10-30份、胶粘剂10-20份、阻燃剂3-5份、润湿剂0.3-0.5份、分散剂0.3-0.5份和溶剂100份。
在本发明的吸波胶液中，所述吸波剂是导电炭黑和氧化石墨烯的混合物；所述胶粘剂是水性聚氨酯树脂PU113；所述阻燃剂是氢氧化铝或高岭土；所述润湿剂是PE100；所述分散剂是SN5040；所述溶剂是去离子水。
在本发明的吸波胶液中，所述导电炭黑和氧化石墨烯的质量比为4：3。
本发明还提供了上述的吸波胶液的制备方法，包括：
A、按质量配比将胶粘剂溶于水中，充分混合均匀得胶粘剂溶液；
B、将吸波剂、阻燃剂、润湿剂、分散剂按质量配比加入所述胶粘剂溶液中，充分混合均匀后得到吸波胶液。
本发明还提供了一种结构一体化散射增强吸波材料，包括具有蜂窝结构的基材以及在所述基材上设置有由上述的吸波胶液浸渍固化形成的吸波层。
在本发明的结构一体化散射增强吸波材料中，所述基材为芳纶纸或芳纶布。
在本发明的结构一体化散射增强吸波材料中，在所述吸波层外还形成有由胶溶液浸渍固化的固胶层，所述胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：3。
本发明还提供了上述的结构一体化散射增强吸波材料的制备方法，包括：
S1、制备吸波胶液；
S2、根据需要将基材的蜂窝沿垂直于孔洞的方向分成宽度不同的多个分区，采用分区浸渍：分别对不同的分区浸渍至少一次吸波胶液，且每次浸渍吸波胶液后进行干燥，直至完成每一分区需要的浸渍次数，形成吸波层。
在本发明的结构一体化散射增强吸波材料的制备方法中，在步骤S2之后还包括步骤S3：将完成吸波胶液浸渍的基材浸渍于胶溶液中，浸渍完成后，放入烘箱中在160℃条件下固化1h形成固胶层，其中胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：3。
在本发明的结构一体化散射增强吸波材料的制备方法中，在步骤S2中，实现分区浸渍的方法具体包括：分别将需要浸渍的分区的区域露出，不需要浸渍的区域用胶带封孔，然后将封孔后的基材放入装有吸波胶液的胶槽中进行浸渍，每次浸渍完后进行干燥，然后进行下一次浸渍，直至完成各分区需要的浸渍次数和所有分区的浸渍。
实施本发明的吸波胶液和结构一体化散射增强吸波材料及其制备方法，具有以下有益效果：本发明利用蜂窝结构基材的高轻、高强特性与吸波剂相结合，同时分区浸渍吸波剂，能够实现结构一体化的散射增强吸波材料，灵活多变，可以增强来波方向的电磁波的散射，而且具有轻质、宽频、高强、耐高功率等综合性能，力学性能更优异，并且电磁波的来波方向和蜂窝材料承力方向可以平行或相互垂直，可广泛的应用于航空航天、船艇、高铁等领域。
附图说明
图1为本发明的结构一体化散射增强吸波材料分区浸渍的前视示意图；
图2为本发明的结构一体化散射增强吸波材料分区浸渍的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的吸波胶液和结构一体化散射增强吸波材料及其制备方法作进一步说明：
本发明提出一种结构一体化散射增强吸波材料，该结构一体化散射增强吸波材料包括具有蜂窝结构的基材以及在基材上设置有由吸波胶液浸渍固化形成的吸波层。其中，基材可以是芳纶纸或芳纶布。
其中，吸波胶液包含如下质量配比的组分：吸波剂10-30份、胶粘剂10-20份、阻燃剂3-5份、润湿剂0.3-0.5份、分散剂0.3-0.5份和溶剂100份。其中，吸波剂是导电炭黑和氧化石墨烯的混合物；胶粘剂是水性聚氨酯树脂PU113；阻燃剂是氢氧化铝或高岭土；润湿剂是PE100；分散剂是SN5040；溶剂是去离子水。其中，导电炭黑和氧化石墨烯的质量比为4：3。
进一步地，在吸波层外还可以形成有由胶溶液浸渍固化的固胶层，其中，胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶溶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：3。
上述的结构一体化散射增强吸波材料的制备方法包括：
S1、制备吸波胶液：具体是按质量配比将胶粘剂溶于水中，利用高速分散机或球磨机等等充分混合均匀得胶粘剂溶液；然后将吸波剂、阻燃剂、润湿剂、分散剂按质量配比加入胶粘剂溶液中，利用高速分散机或球磨机等等充分混合均匀后得到吸波胶液；
S2、如图1-2所示，首先根据需要将蜂窝沿垂直于孔洞的方向分成宽度不同的分区，如A、B、C等，厚度分别为wA、wB、wC等，然后根据需要，分别对不同分区浸渍吸波胶液，浸渍次数分别为NA、NB、NC等，实现分区浸渍的方法是分别将需要浸渍的区域露出，不要浸渍的区域用美纹胶带封孔，然后将封孔后的蜂窝放入装有吸波胶液的胶槽中进行浸渍，每次浸渍完后进行晾干或烘干，然后进行下一次浸渍，直至完成各区需要的浸渍次数和所有分区的浸渍；
S3、将完成吸波胶液浸渍的基材再浸渍于胶溶液中，并在160℃条件下固化1h，该过程可以提高防掉粉性能；其中胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶溶液，且酚醛树脂与无机乙醇的质量比为1：3。
本发明利用芳纶蜂窝的分区浸渍法，可实现结构一体化的散射增强吸波材料，不仅分区设计(如分区宽度、各区浸渍次数、分区位置)灵活多变，可以增强从图1所示来波方向1的电磁波的散射，而且应用场合也更广泛、力学性能更优异，可用于如图1所示来波方向2的电磁波，实现多层阻抗渐变，且电磁波的来波方向和蜂窝材料承力方向相互垂直，比如隐身飞机机翼前后缘夹层结构。
下面通过具体实施例进行详细说明。
实施例1
(1)吸波胶液的配备：称取去离子水1000g、导电炭黑120g、氧化石墨烯90g、PU113为150g、氢氧化铝40g、润湿剂PE100 4g、分散剂SN50404g，将PU113倒入水中，利用高速分散机充分搅拌均匀得胶粘剂溶液；将导电炭黑、氧化石墨烯、氢氧化铝、PE100、SN5040加入上述胶粘剂溶液，利用高速分散机充分搅拌均匀，得到吸波胶液。
(2)结构一体化散射增强吸波材料的制备：根据需要将芳纶纸的蜂窝沿垂直于孔洞的方向分成宽度不同的分区A、B、C、D、E，厚度分别为wA＝4.5mm、wB＝6mm、wC＝7.5mm、wD＝7.5mm、wE＝3mm等，然后根据需要，分别对不同区域浸渍吸波胶液，浸渍次数分别为NA＝1、NB＝3、NC＝5、ND＝7、NE＝9。实现分区浸渍的方法是分别将需要浸渍的区域露出，不要浸渍的区域用美纹胶带封孔，然后将封孔后的蜂窝放入装有吸波胶液的胶槽中进行浸渍，每次浸渍完后进行晾干或烘干，然后进行下一次浸渍，直至完成各区需要的浸渍次数和所有分区的浸渍，形成吸波层；
将完成吸波胶液浸渍的芳纶纸再浸渍于胶溶液中，并在160℃条件下干燥固化1h，形成固胶层，其中胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：3。
(3)将得到的一体化蜂窝吸波材料背部粘上金属反射层，在拱形场内完成其吸波性能的测试，测试结果表明：当电磁波沿方向2入射时，该28.5mm厚一体化吸波蜂窝在2～18GHz范围反射率小于-10dB，在2～4GHz反射率小于-10dB；其中8～12GHz反射率小于-18dB，具有优良的吸波性能。
实施例2
(1)吸波胶液的配备：称取去离子水1000g、导电炭黑57.1g、氧化石墨烯42.9g、PU113为100g、高岭土30g、润湿剂PE100为3g、分散剂SN5040为3g，将PU113倒入水中，利用高速分散机充分搅拌均匀得胶粘剂溶液；将导电炭黑、氧化石墨烯、高岭土、PE100、SN5040加入上述胶粘剂溶液，利用高速分散机充分搅拌均匀，得到吸波胶液。
(2)结构一体化散射增强吸波材料的制备：根据需要将芳纶纸的蜂窝沿垂直于孔洞的方向分成宽度不同的分区A、B，宽度分别为wA＝5mm、wB＝3mm，然后根据需要，分别对不同区域浸渍吸波胶液，浸渍次数分别为NA＝1、NB＝3。，实现分区浸渍的方法是分别将需要浸渍的区域露出，不要浸渍的区域用美纹胶带封孔，然后将封孔后的蜂窝放入装有吸波胶液的胶槽中进行浸渍，每次浸渍完后进行晾干或烘干，然后进行下一次浸渍，直至完成各区需要的浸渍次数和所有分区的浸渍，形成吸波层；
将完成吸波胶液浸渍的芳纶纸再浸渍于胶溶液中，并在160℃条件下干燥固化1h，形成固胶层，其中胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：3。
(3)将得到的一体化蜂窝吸波材料背部粘上金属反射层，在拱形场内完成其吸波性能的测试，测试结果表明：当电磁波沿方向1入射时，由于此时吸波蜂窝类似于光栅，增强了高阶散射模式散射效率，该10mm厚(沿方向1的厚度)一体化吸波蜂窝在2～18GHz范围反射率小于-10dB，且在低频段4～6GHz引入强吸收峰，吸收峰值达-30dB。
实施例3
(1)吸波胶液的配备：称取去离子水1000g、导电炭黑171g、氧化石墨烯129g、PU113为200g、氢氧化铝50g、润湿剂PE100为5g、分散剂SN5040为5g，将PU113倒入水中，利用高速分散机充分搅拌均匀得胶粘剂溶液；将导电炭黑、氧化石墨烯、氢氧化铝、PE100、SN5040加入上述胶粘剂溶液，利用高速分散机充分搅拌均匀，得到吸波胶液。
(2)结构一体化散射增强吸波材料的制备：根据需要将芳纶纸的蜂窝沿垂直于孔洞的方向分成宽度不同的分区A、B、C、D、E，厚度分别为wA＝4.5mm、wB＝6mm、wC＝5mm、wD＝7.5mm、wE＝6.5mm等，然后根据需要，分别对不同区域浸渍吸波胶液，浸渍次数分别为NA＝1、NB＝2、NC＝5、ND＝7、NE＝10。实现分区浸渍的方法是分别将需要浸渍的区域露出，不要浸渍的区域用美纹胶带封孔，然后将封孔后的蜂窝放入装有吸波胶液的胶槽中进行浸渍，每次浸渍完后进行晾干或烘干，然后进行下一次浸渍，直至完成各区需要的浸渍次数和所有分区的浸渍，形成吸波层；
将完成吸波胶液浸渍的芳纶纸再浸渍于胶溶液中，并在160℃条件下干燥固化1h，形成固胶层，其中胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：3。
(3)将得到的一体化蜂窝吸波材料背部粘上金属反射层，在拱形场内完成其吸波性能的测试，测试结果表明：当电磁波沿方向2入射时，该28.5mm厚(沿方向2的厚度)一体化吸波蜂窝在4～12GHz范围反射率小于-20dB，在2～4GHz反射率小于-15dB；其中12～16GHz反射率小于-15dB，具有优良的吸波性能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种一体化散射增强吸波材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1、制备吸波胶液；
S2、根据需要将具有蜂窝结构的基材的蜂窝沿垂直于孔洞的方向分成宽度不同的多个分区，采用分区浸渍：分别对不同的分区浸渍不同次数的吸波胶液，且每次浸渍吸波胶液后进行干燥，直至完成每一分区需要的浸渍次数，形成吸波层；
所述步骤S1包括：
A、按质量配比将胶粘剂溶于水中，充分混合均匀得胶粘剂溶液；
B、将吸波剂、阻燃剂、润湿剂、分散剂按质量配比加入所述胶粘剂溶液中，充分混合均匀后得到吸波胶液，所述吸波胶液包含如下质量配比的组分：吸波剂10-30份、胶粘剂10-20份、阻燃剂3-5份、润湿剂0.3-0.5份、分散剂0.3-0.5份和溶剂100份，且所述吸波剂是导电炭黑和氧化石墨烯的混合物；
在步骤S2中，实现分区浸渍的方法具体包括：分别将需要浸渍的分区的区域露出，不需要浸渍的区域用胶带封孔，然后将封孔后的基材放入装有吸波胶液的胶槽中进行浸渍，每次浸渍完后进行干燥，然后进行下一次浸渍，直至完成各分区需要的浸渍次数和所有分区的浸渍。
2.根据权利要求1所述的一体化散射增强吸波材料的制备方法，其特征在于，所述胶粘剂是水性聚氨酯树脂PU113；所述阻燃剂是氢氧化铝或高岭土；所述润湿剂是PE100；所述分散剂是SN5040；所述溶剂是去离子水。
3.根据权利要求2所述的一体化散射增强吸波材料的制备方法，其特征在于，所述导电炭黑和氧化石墨烯的质量比为4：3。
4.根据权利要求2所述的一体化散射增强吸波材料的制备方法，其特征在于，所述基材为芳纶纸或芳纶布。
5.根据权利要求2所述的一体化散射增强吸波材料的制备方法，其特征在于，在所述吸波层外还形成有由胶溶液浸渍固化的固胶层，所述胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：2~5。
6.根据权利要求1所述的一体化散射增强吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2之后还包括步骤S3：将完成吸波胶液浸渍的基材浸渍于胶溶液中，浸渍完成后，放入烘箱中在160℃条件下固化1h形成固胶层，其中胶溶液为酚醛树脂和无水乙醇的混合胶液，且酚醛树脂与无水乙醇的质量比为1：2~5。
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