CN109972755A - 一种雷达微波辐射防护的复合材料结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，包括抹面抗裂层、消波导磁调温层、吸波屏蔽层、界面层、金属屏蔽网，其中，抹面抗裂层提供抗碱、抗裂性能；消波导磁调温层通过在水泥中掺杂消波剂、玻化微珠，优化阻抗匹配，提供电磁波反射消耗的封闭空腔，将更多电磁波转化为热能；吸波屏蔽层通过在水泥中掺杂氧化铁皮，提供致密均匀的屏蔽结构；界面层为金属屏蔽网反射提供界面，提高墙面与防护材料的结合能力；金属屏蔽网采用防锈处理的金属网，有效引导电流，反射屏蔽电磁波。本发明易操作、雷达微波辐射防护效果好、综合性能突出。

Description

一种雷达微波辐射防护的复合材料结构
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种雷达微波辐射防护的复合材料结构。
背景技术
雷达发射的电磁波有着功率大、频谱高且又多次谐波的特点，长期处于雷达辐射环境中，会使人体血液、淋巴液和细胞发生改变，影响循环、免疫、生殖和代谢系统功能，加速癌细胞增殖。近年来，随着武器装备快速发展，大功率、高增益的新型雷达不断出现，给住用人员身心健康造成很大隐患,因此，进行微波辐射防护材料结构研究意义重大。
相关专利，发明专利CN104628326A采用介电损耗型纳米复合吸波材料、磁损耗型纳米复合吸波材料等，制备了一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土，在2～18GHz内表现出良好的宽频吸波性能，混凝土施工适合新建，无法对已有的雷达营房进行防辐射改造；发明专利CN103903665A涉及一种带金属网的水泥砂浆宽频屏蔽/吸波复合结构电磁功能建筑材料，吸波剂(石墨)的掺入从外层到内层逐渐增大，但工程中如何使石墨掺量逐层增加，是一个难题；专利CN105523741A公开了一种防电磁辐射建筑用水泥基板材及其制备方法，其中水泥基板材包括顺序排列的透波层、吸波层和反射层。已有研究的重点主要集中在材料的电磁防护性能，对材料和防护技术的可操作性、功能复合性、耐久性、经济性综合考虑不够。
发明内容
本发明的目的是提供具备雷达微波辐射防护、保温、防火、防碱等性能的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构,主要目的是解决建筑物雷达微波辐射防护改造中存在的，对功能复合性、操作可行性、材料耐久性、经济性等综合考虑不足的问题。
为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：
本发明公开了一种雷达微波辐射防护的复合材料结构,由外到内依次包括抹面抗裂层、消波导磁调温层、吸波屏蔽层、界面层、金属屏蔽网。
其中，抹面抗裂层采用耐碱玻纤网格布和水泥砂浆制成，防止开裂，提高抗碱化能力，提高防护结构的耐久性。
其中，消波导磁调温层，采用拌和均匀的消波剂、轻质多孔保温材料、水泥等功能材料，优化阻抗匹配，透射更多的电磁波；通过多孔封闭腔，延长电磁波反射、传播途径；通过腔体内壁附着的消波剂，加大电磁波消耗，转化为热能，同时可实现保温、防火性能。
作为优选，消波导磁调温层的轻质多孔保温材料选用玻化微珠，干密度为240-300kg/m3，导热系数不大于0.07W/m·K。
作为优选，轻质多孔保温材料的掺量占总质量的30-40％。
作为优选，消波导磁调温材料掺有纤维素、短纤维、胶粉，规格与吸波屏蔽层相同，纤维素的含量占材料总量的3-5％，胶粉的含量占材料总量的1-2％，短纤维占材料总量的2-3％。
作为优选，消波导磁调温材料掺杂的消波剂主要包括碳化硅、石墨和乙炔炭黑粉，消波剂的掺量占材料总量的4-5％。
作为优选，碳化硅比重为3.2-3.25，显微硬度为2840-3300kg/m3，掺量占消波剂材料总量的20-30％。
作为优选，石墨为鳞片状，平均粒径为60～70μm,掺量占消波剂材料总量的20-30％；乙炔炭黑粉颗粒直径为40～50nm,掺量占消波剂材料总量的15-25％。
其中，吸波屏蔽层采用拌和均匀的水泥、短纤维、氧化铁皮等材料，提供均匀致密的电磁辐射屏蔽层，吸收消耗进入层内的电磁波，同时可反射由消波导磁调温层透射的电磁波，再次返回消波导磁调温层，并反射、消耗。
作为优选，吸波屏蔽层的氧化铁皮为鳞片状薄片，大小30目左右，Fe3O4的含量不小于氧化铁皮总量的75％。
作为优选，吸波屏蔽材料中，氧化铁皮的含量占总质量的70-80％。
作为优选，吸波屏蔽材料中还掺杂有纤维素、胶粉和短纤维，纤维素的含量占材料总量的0.4-0.5％，胶粉的含量占材料总量的1-2％，短纤维占材料总量的0.2-0.3％。
作为优选，纤维素长度不大于3mm，直径不大于18μm，抗拉强度400-500MPa。
作为优选，短纤维长度为15-25mm，直径不大于16μm，抗拉强度700-800MPa。
作为优选，胶粉堆积密度800-950g/L，粒径大于400μm，PH值为6-8。
作为优选，材料中涉及的水泥均采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5。
其中，界面层采用界面剂和水均匀拌和而成，可为金属屏蔽网反射电磁波提供反射界面，同时可提高吸波屏蔽层与建筑物墙面的结合能力。
作为优选，界面层的厚度为3-5mm，吸波屏蔽层的厚度为10-15mm，消波导磁调温层的厚度为20-40mm，抹面抗裂层的厚度为3-5mm。
作为优选，界面材料拌和时，界面剂与水的质量比为1:0.2，吸波屏蔽材料拌和时，材料与水的质量比为1:0.23，消波导磁调温材料拌和时，材料与水的质量比为1:0.8。
其中，金属屏蔽网采用防锈处理的金属网，反射屏蔽进入的电磁波，引导电流，工程中要进行接地处理。
作为优选，金属屏蔽网选用镀锌的钢丝或铁丝网，空径为20-30目。
与现有技术相比，本发明的有益成果在于：
本发明提出的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，可操作性强,消波导磁调温材料提供多孔密闭空腔的电磁波反射消耗场所，优化的阻抗匹配使电磁波更易进入并消耗，吸波屏蔽层致密的防护结构和均匀分布的Fe3O4，可有效消耗电磁波，连续的金属屏蔽网，可反射电磁波，传导电流，同时通过选用材料和设置抗裂层，防护材料的抗碱性、抗裂性、抗冻性、保温性、防火性等综合性能均衡突出，同时掺入的功能材料比例少，材料价格经济，应用效果明显，推广前景广阔，适合雷达站、发射基站等电磁辐射超标区域房屋的微波辐射防护。
附图说明
图1为本发明雷达微波辐射防护的复合材料结构示意图。
图中：1、抹面抗裂层；2、消波导磁调温层；3、吸波屏蔽层；4、界面层；5、金属屏蔽网。
具体实施方式
参见图1，本发明是一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，由外到内依次包括抹面抗裂层1、消波导磁调温层2、吸波屏蔽层3、界面层4、金属屏蔽网5。
抹面抗裂层1采用耐碱玻纤网格布和水泥砂浆制成，水泥砂浆采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5；
优选的，抹面抗裂层1的厚度为3-5mm。
消波导磁调温层2，采用拌和均匀的消波剂、轻质多孔保温材料和水泥,材料与水的质量比为1:0.8，其中,水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5，其中，轻质多孔保温材料选用玻化微珠，干密度为240-300kg/m3，导热系数≤0.07W/m·K，掺量占总质量的30-40％,其中,消波剂主要包括碳化硅、石墨、乙炔炭黑粉，消波剂的掺量占材料总量的4-5％，碳化硅比重为3.2-3.25，显微硬度为2840-3300kg/m3，掺量占消波剂材料总量的20-30％；石墨为鳞片状，平均粒径为60～70μm,掺量占消波剂材料总量的20-30％；乙炔炭黑粉颗粒直径为40～50nm，掺量占消波剂材料总量的15-25％，其中，消波导磁调温层掺有纤维素、短纤维、胶粉，规格与吸波屏蔽层相同，纤维素的含量占材料总量的3-5％，胶粉的含量占材料总量的1-2％，短纤维占材料总量的2-3％；
优选的，消波导磁调温层2的厚度为20-40mm。
吸波屏蔽层3，采用拌和均匀的水泥、短纤维和氧化铁皮，材料与水的质量比为1:0.23，其中，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5，其中，氧化铁皮为鳞片状薄片，大小30目左右，Fe3O4的含量不小于氧化铁皮总量的75％，氧化铁皮的含量占总质量的70-80％，其中，吸波屏蔽材料中还掺杂有纤维素、胶粉和短纤维，纤维素的含量占材料总量的0.4-0.5％，胶粉的含量占材料总量的1-2％，短纤维占材料总量的0.2-0.3％；
所述纤维素长度≤3mm，直径≤18μm，抗拉强度400-500MPa；
所述短纤维长度为15-25mm，直径≤16μm，抗拉强度700-800MPa；
所述胶粉堆积密度800-950g/L，粒径大于400μm，PH值为6-8；
优选的，吸波屏蔽层3的厚度为10-15mm。
界面层4采用界面剂和水均匀拌和而成，界面剂与水的质量比为1:0.2；
优选的，界面层4的厚度为3-5mm。
金属屏蔽网5，采用防锈处理的金属网；
优选的，金属屏蔽网5选用镀锌的钢丝或铁丝网，孔径为20-30目。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
如无特殊说明，本发明实施例中的百分含量均为质量百分含量。
参见图1，进行了材料微波辐射防护测试，过程如下：
抹面抗裂材料准备：耐碱玻纤网格布和水泥砂浆；
消波导磁调温材料准备：水泥、纤维素、短纤维、胶粉、消波剂、玻化微珠的质量比为：1:0.004:0.002:0.003:0.005:0.51；水灰比为：0.8；碳化硅比重为3.22-3.24，显微硬度为2900-3100kg/m3；鳞片状石墨平均粒径为67μm；乙炔炭黑粉颗粒直径为45～48nm；
吸波屏蔽材料准备：水泥、胶粉、纤维素、短纤维、氧化铁皮的质量比为1:0.07:0.02:0.01:3.4，水灰比为0.23；纤维素≤2.8mm，直径≤16μm，抗拉强度450MPa；短纤维长度为18-20mm，直径≤15μm，抗拉强度760MPa；胶粉堆积密度820-900g/L，粒径大于450μm，PH值为6-8；
界面剂与水的质量比为1:0.2；
金属屏蔽网5选用30目镀锌钢丝网；
抹面抗裂层1的厚度为5mm，消波导磁调温层2的厚度为30mm，吸波屏蔽层3的厚度为11mm，界面厚4度为5mm。
如表1所示：按照2m×2m×2m的比例搭建木模板房，其中底板和顶板为3mm厚的钢板固定在40mm×60mm×2mm的龙骨上，四个立面采用40mm×60mm×2mm的方管做主支撑龙骨，中间采用30mm×30mm×2mm的角钢做加强支撑龙骨，用10mm厚的木模板固定在龙骨上，将其首先变成为顶板底板为钢板结构、四面为木模板结构的封闭体，顶板上装有300mm×300mm的通风波导窗，侧面装有门框尺寸为630mm×820mm普通玻璃窗。
测试15M-18GHz频率范围内的吸波屏蔽效果如表1所示：
界面剂的抗拉性能的测试参照JGT158-2013《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》界面砂浆测试标准。吸波屏蔽材料和消波导磁调温材料性能测试依据GB-T25181-2010《预拌砂浆》中等强度等级M7.5普通干混抹灰砂浆测试标准。详细性能如表2所示：
表2分层防护结构材料基本性能测试
通过上述表1和表2所示，本发明提出的雷达微波辐射防护的复合材料结构，通过分层功能复合，从微波辐射防护技术的可操作性、功能性、经济性、耐久性等方面综合考虑，通过多层的入射、反射、消耗、导流，可有效屏蔽雷达微波辐射，材料同时具备抗裂、抗碱、防火、保温等性能，由于添加功能材料少、取材方便、经济高效，通过实例应用，屏蔽效能优良，可有效解决微波辐射超标问题，提供良好住用环境，应用前景十分广阔。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：包括抹面抗裂层、消波导磁调温层、吸波屏蔽层、界面层和金属屏蔽网；
消波导磁调温层，采用拌和均匀的消波剂、轻质多孔保温材料和水泥,材料与水的质量比为1:0.8，其中，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5，其中，轻质多孔保温材料选用玻化微珠，干密度为240-300 kg/m³，导热系数≤0.07 W/m·K，掺量占总质量的30-40%，其中, 消波剂主要包括碳化硅、石墨、乙炔炭黑粉，消波剂的掺量占材料总量的4-5%，碳化硅比重为3.2-3.25，显微硬度为2840-3300kg/m³，掺量占消波剂材料总量的20-30%；石墨为鳞片状，平均粒径为60～70μm, 掺量占消波剂材料总量的20-30%；乙炔炭黑粉颗粒直径为40～50nm，掺量占消波剂材料总量的15-25%，其中，消波导磁调温层掺有纤维素、短纤维、胶粉，规格与吸波屏蔽层相同，纤维素的含量占材料总量的3-5%，胶粉的含量占材料总量的1-2%，短纤维占材料总量的2-3%；
吸波屏蔽层，采用拌和均匀的水泥、短纤维和氧化铁皮，材料与水的质量比为1:0.23，其中，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5，其中，氧化铁皮为鳞片状薄片，大小30目左右，Fe3O4的含量不小于氧化铁皮总量的75%，氧化铁皮的含量占总质量的70-80%，其中，吸波屏蔽材料中还掺杂有纤维素、胶粉和短纤维，纤维素的含量占材料总量的0.4-0.5%，胶粉的含量占材料总量的1-2%，短纤维占材料总量的0.2-0.3%；
所述纤维素长度≤3mm，直径≤18μm，抗拉强度400-500 MPa；
所述短纤维长度为15-25mm，直径≤16μm，抗拉强度700-800 MPa；
所述胶粉堆积密度800-950g/L，粒径大于400μm，PH值为6-8。
2.如权利要求1所述的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：抹面抗裂层采用耐碱玻纤网格布和水泥砂浆制成，抹面抗裂层的厚度为3-5mm。
3.如权利要求2所述的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：所述水泥砂浆采用普通硅酸盐水泥，标号不低于42.5。
4.如权利要求1所述的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：所述界面层采用界面剂和水均匀拌和而成，界面剂与水的质量比为1:0.2，界面层的厚度为3-5mm。
5.如权利要求1所述的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：所述吸波屏蔽层的厚度为10-15mm。
6.如权利要求1所述的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：所述消波导磁调温层的厚度为20-40mm。
7.如权利要求1所述的一种雷达微波辐射防护的复合材料结构，其特征在于：所述金属屏蔽网选用防锈处理的钢丝或铁丝网，孔径为20-30目。
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