CN109952009A - 双层复合吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了双层复合吸波材料及其制备方法。制备方法包括：将吸波剂、第一树脂材料、第一稀释剂、第一固化剂以及第一防沉剂搅拌混合，注模，固化成型，得到阻抗层；将炭粉、第二树脂材料、透波材料、第二稀释剂、第二固化剂以及第二防沉剂搅拌混合，注模，固化成型，得到匹配层；将匹配层形成在阻抗层上，得到双层复合吸波材料。本发明通过在匹配层中添加透波材料(例如SiO2)，改善了空气与匹配层的阻抗匹配，使空间入射来的电磁波尽可能多地进入阻抗层而被损耗吸收，从而增大了对电磁波的吸收效能。

Description

双层复合吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，更具体地，涉及双层复合吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场、机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院、移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。
目前常用的单层吸波材料，吸波的频率范围较窄，并不能满足吸波的越来越高的要求。依据阻抗匹配原理设计的多层吸波材料，在吸波性能上较传统的单层吸波材料有较大提高，但普遍因为涂层厚，质量大而影响了材料的使用性能；如果吸波材料的厚度太小，将会导致雷达波来不及损耗就反射出吸波体之外，起不到吸收雷达波的作用。
发明内容
本发明提供了一种双层复合吸波材料，通过选择合适的材料，满足吸波材料的阻抗匹配性。此外，通过在匹配层中加入透波材料，改善空气与匹配层的阻抗匹配，可增大电磁波的吸收效能。
本发明提供了一种制备双层复合吸波材料的方法，包括：将吸波剂、第一树脂材料、第一稀释剂、第一固化剂以及第一防沉剂搅拌混合，注模，固化成型，得到阻抗层；将炭粉、第二树脂材料、透波材料、第二稀释剂、第二固化剂以及第二防沉剂搅拌混合，注模，固化成型，得到匹配层；将所述匹配层形成在所述阻抗层上，得到所述双层复合吸波材料。
在上述方法中，所述吸波剂与所述第一树脂材料的质量比为1-4:6-9。
在上述方法中，所述炭粉、所述透波材料与所述第二树脂材料的质量比为4-6:1-4:10-14。
在上述方法中，还包括：在将所述吸波剂、所述第一树脂材料、所述第一稀释剂、所述第一固化剂以及所述第一防沉剂搅拌混合之前，对所述吸波剂进行球磨。
在上述方法中，还包括：在将所述炭粉、所述第二树脂材料、所述透波材料、所述第二稀释剂、所述第二固化剂以及所述第二防沉剂搅拌混合之前，对所述炭粉进行球磨。
在上述方法中，所述吸波剂包括羰基铁粉和铁氧体中的一种或两种。
在上述方法中，所述透波材料包括SiO2。
在上述方法中，所述第一树脂材料和所述第二树脂材料均包括环氧树脂、聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种。
在上述方法中，所述第一稀释剂和所述第二稀释剂均包括无水乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或两种；所述第一固化剂和所述第二固化剂均包括聚酰胺和间苯二胺中的一种或两种；所述第一防沉剂和所述第二防沉剂均包括有机膨润土和蓖麻油衍生物中的一种或两种。
本发明还提供了通过上述方法制备的双层复合吸波材料。
本发明通过在匹配层中添加透波材料(例如SiO2)，改善了空气与匹配层的阻抗匹配，使空间入射来的电磁波尽可能多地进入阻抗层而被损耗吸收，从而增大了对电磁波的吸收效能。本发明的双层吸波材料的复合，具有优异的吸收性能，有效增强了吸波材料的吸波性能，拓宽了吸波材料的吸波频带。
附图说明
图1示出了本发明的双层复合吸波材料的示意图。
具体实施方式
多层吸波材料可变化设计空间大，易于实现宽频带，但多层结构吸波材料的难点是阻抗匹配问题。优异的吸波材料既要满足阻抗匹配，又要使得吸收剂沿着电磁波的阐述路径有效分布，设计多层结构的吸波材料，可达到材料在宽频范围内的吸收。
本发明提供了双层复合吸波材料，如图1所示，双层复合吸波材料包括阻抗层1和位于阻抗层1上的匹配层2。本发明通过选择合适的材料，满足吸波材料的阻抗匹配性。此外，本发明通过在匹配层2中加入透波材料，改善空气与匹配层的阻抗匹配，可增大电磁波的吸收效能。在增大吸收效能的基础上，可以减小吸波材料厚度，从而实现在给定的工作频率和工作范围内。
在本发明中，阻抗层1为底层，匹配层2为面层。底层可以由吸波剂、树脂材料、稀释剂、固化剂以及防沉剂制成。吸波剂可以包括羰基铁粉、铁氧体等。树脂材料可以包括环氧树脂、氰酸酯树脂和聚酯树脂等。稀释剂可以包括无水乙醇、丙醇、异丙醇等。固化剂可以包括聚酰胺、间苯二胺等。防沉剂可以包括有机膨润土和蓖麻油衍生物等。首先将吸波剂在球磨机中球磨18～22h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。之后，将吸波剂与树脂材料、稀释剂、固化剂以及防沉剂混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入模具中，常温固化成型18～22h，得到底层阻抗层。其中，稀释剂的量足以使树脂材料分散即可，例如稀释剂与树脂材料的质量比为1-2:1。本发明的实施例中固化剂和防沉剂的量为阻抗层原料的总质量的1％～5％。
面层可以由炭粉、树脂材料、透波材料、稀释剂、固化剂以及防沉剂制成，树脂材料、稀释剂、固化剂以及防沉剂与底层选用的材料类似，在此不再重复。其中，稀释剂的量足以使树脂材料分散即可，例如稀释剂与树脂材料的质量比为1-2:1。本发明的实施例中固化剂和防沉剂的量为匹配层原料的总质量的1％～5％。透波材料可以为SiO2。首先将炭粉在球磨机中球磨7～9h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。之后将球磨后的炭粉、树脂材料、透波材料、稀释剂、固化剂以及防沉剂混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入模具中，常温固化成型，作为面层，即匹配层。通过层压等合适的方法将匹配层形成在阻抗层上，即可得到双层复合吸波材料。
本发明通过调整底层和面层的吸波剂填充量来调整电磁参数。另外，通过在匹配层中添加透波材料SiO2，提高双层吸波材料的表面与空气界面的阻抗匹配并且提高吸收效率。
下面结合具体的实施例进行说明，以更好地理解本发明。
实施例1
首先将炭粉在球磨机中球磨8h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。将羰基铁粉在球磨机中球磨20h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。
将羰基铁粉与环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺以及有机膨胀土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型20h，作为底层即阻抗层，其中羰基铁粉与环氧树脂的质量比为1:9，该层固化层厚度为1mm。底层固化后，将球磨后的炭粉与环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺以及有机膨胀土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型，作为面层即匹配层，其中炭粉与环氧树脂的质量比为3:7，该层固化层厚度为1mm，将匹配层层压在阻抗层上，由此得到双层复合吸波材料。
实施例2
首先将炭粉在球磨机中球磨7h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。将羰基铁粉在球磨机中球磨20h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。
将羰基铁粉与环氧树脂、丙醇、间苯二胺以及蓖麻油衍生物混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型20h，作为底层即阻抗层，其中羰基铁粉与环氧树脂的质量比为1:9，该层固化层厚度为1mm。底层固化后，将球磨后的炭粉、SiO2、环氧树脂、异丙醇、聚酰胺以及有机膨润土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型，作为面层即匹配层，其中炭粉、SiO2与环氧树脂的质量比为30:5:65，该层固化层厚度为1mm，将匹配层层压在阻抗层上，由此得到双层复合吸波材料。
实施例3
首先将炭粉在球磨机中球磨8h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。将铁氧体在球磨机中球磨20h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。
将铁氧体、环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺以及蓖麻油衍生物混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型22h，作为底层即阻抗层，其中铁氧体与环氧树脂的质量比为3：7，该层固化层厚度为1mm。底层固化后，将球磨后的炭粉、SiO2、环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺以及蓖麻油衍生物混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型，作为面层即匹配层，其中炭粉、SiO2、环氧树脂的配比为30:10:60，该层固化层厚度为1mm，将匹配层层压在阻抗层上，由此得到双层复合吸波材料。
实施例4
首先将炭粉在球磨机中球磨7h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。将羰基铁粉磁粉吸收剂在球磨机中球磨19h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。
将羰基铁粉、环氧树脂、丙醇、聚酰胺以及有机膨润土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型20h，作为底层即阻抗层，其中羰基铁粉与环氧树脂的质量比为3：7，该层固化层厚度为1mm。底层固化后，将球磨后的炭粉、SiO2、环氧树脂、丙醇、聚酰胺以及有机膨润土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型，作为面层即匹配层，其中炭粉、SiO2、环氧树脂的配比为30:20:50，该层固化层厚度为1mm，将匹配层层压在阻抗层上，由此得到双层复合吸波材料。
实施例5
首先将炭粉在球磨机中球磨8h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。将羰基铁粉在球磨机中球磨20h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。
将羰基铁粉、环氧树脂、丙醇、聚酰胺以及有机膨润土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型20h，作为底层即阻抗层，其中羰基铁粉与环氧树脂的质量比为4：6，该层固化层厚度为1mm。底层固化后，将球磨后的炭粉、SiO2、聚酯树脂、丙醇、聚酰胺以及有机膨润土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型，作为面层即匹配层，其中炭粉、SiO2、聚酯树脂的质量比为20:20:60，该层固化层厚度为1mm，将匹配层层压在阻抗层上，由此得到双层复合吸波材料。
实施例6
首先将炭粉在球磨机中球磨9h，达到细化的目的，然后用10％以下的稀盐酸浸渍、过滤、烘干。将羰基铁粉在球磨机中球磨20h，使得尺寸粒径更加细化，用乙酸乙酯浸渍，烘干。
将羰基铁粉、氰酸酯树脂、丙醇、间苯二胺以及蓖麻油衍生物混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，搅拌均匀后注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型20h，作为底层即阻抗层，其中羰基铁粉与氰酸酯树脂的质量比为4:6，该层固化层厚度为1mm。底层固化后，将球磨后的炭粉、SiO2、环氧树脂、异丙醇、聚酰胺以及有机膨润土混合，用搅拌器搅拌混合液30min以上，搅拌器转速为450r/min，注入规格为300*300*2mm的模具中，常温固化成型，作为面层即匹配层，其中炭粉、SiO2与环氧树脂的质量比为20:20:60，该层固化层厚度为1mm，将匹配层层压在阻抗层上，由此得到双层复合吸波材料。
之后，采用弓形反射法按照GJB2038标准对双层复合吸波材料在微波暗室内进行电磁性能参数测试，并测量材料的密度，测量的结果如表1所示。
表1
从表1的结果可以看出，随着透波材料SiO2的加入，相同厚度的样品反射率增大，能有效地吸收该频段的电磁波。随着SiO2比例的增加，反射率明显增强，填充浓度达到一定程度之后趋于稳定。随着吸波剂比例的增加，吸收效果呈增加趋势，面密度随着填料总体比例的增加而增加，但相对于单一羰基铁粉达到同样的吸收效果，具有质量轻、密度小的特点。总体而言，双层吸波材料的复合，具有优异的吸收性能，有效增强了吸波材料的吸波性能，拓宽了吸波材料的吸波频带。
另外，通过比较实施例1与实施例2-6可知，通过在匹配层中添加透波材料(例如SiO2)，吸波性能增强，这是由于透波材料SiO2的加入，改善了空气与匹配层的阻抗匹配，使空间入射来的电磁波尽可能多地进入阻抗层而被损耗吸收，从而增大了对电磁波的吸收效能。
本发明制备的双层复合吸波材料可以应用于航空航天、船舶舰艇、雷达天线以及电子屏蔽等诸多领域。

Claims (10)

1.一种制备双层复合吸波材料的方法，包括：
将吸波剂、第一树脂材料、第一稀释剂、第一固化剂以及第一防沉剂搅拌混合，注模，固化成型，得到阻抗层；
将炭粉、第二树脂材料、透波材料、第二稀释剂、第二固化剂以及第二防沉剂搅拌混合，注模，固化成型，得到匹配层；
将所述匹配层形成在所述阻抗层上，得到所述双层复合吸波材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸波剂与所述第一树脂材料的质量比为1-4:6-9。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炭粉、所述透波材料与所述第二树脂材料的质量比为4-6:1-4:10-14。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在将所述吸波剂、所述第一树脂材料、所述第一稀释剂、所述第一固化剂以及所述第一防沉剂搅拌混合之前，对所述吸波剂进行球磨。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在将所述炭粉、所述第二树脂材料、所述透波材料、所述第二稀释剂、所述第二固化剂以及所述第二防沉剂搅拌混合之前，对所述炭粉进行球磨。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸波剂包括羰基铁粉和铁氧体中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透波材料包括SiO2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一树脂材料和所述第二树脂材料均包括环氧树脂、聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一稀释剂和所述第二稀释剂均包括无水乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或两种；所述第一固化剂和所述第二固化剂均包括聚酰胺和间苯二胺中的一种或两种；所述第一防沉剂和所述第二防沉剂均包括有机膨润土和蓖麻油衍生物中的一种或两种。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法制备的双层复合吸波材料。
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