CN110205096A - 一种可调控微孔吸波超材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调控微孔吸波超材料的制备方法及应用，由以下组分按照重量份数制备而成：金属骨架材料30‑80份、高分子树脂粉末20‑70份、吸波散热材料20‑50份、碳纤维20‑50份、多元醇1‑3份、硫化锌0.2‑0.5份、润滑剂0.2‑1份。制备时将金属骨架和高分子树脂粉末、碳纤维、多元醇、硫化锌、润滑剂混合在一起做成预成型部件，然后用水把可溶部分溶解掉，获得所需微孔结构，然后再向微孔中填充吸波散热材料，增强其吸波特性。本发明的可调控微孔吸波超材料采用溶蚀法制得微孔金属结构，微孔中可以填充吸波散热材料，不仅减轻了材料比重、增强了吸波性以及结构稳定性，而且可以通过设计孔径大小来调控吸波带宽，填充吸波材料来增强吸波性，使合成材料成为一种质轻、频宽、性能优良的新颖吸波材料，可以广泛应用于电磁、军工、航天、通信、医用、民用等领域。

Description

一种可调控微孔吸波超材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及特种超材料领域，特别涉及一种可调控微孔吸波超材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前吸波材料有单层平板形，即制成的吸收体直接贴在金属屏蔽层上，其厚度薄、重量轻，但工作频率范围较窄；双层或多层平板形，吸收体可在很宽的工作频率范围内工作，且可制成任意形状，其缺点是厚度大、工艺复杂、成本较高。综上所述，吸波材料朝着厚度薄、质量轻，工作频率范围较宽的趋势发展，但是目前的吸波材料还无法满足质量轻、吸波范围宽、加工工艺简单的要求。

发明内容

针对上述现有技术的问题，本发明提供一种可调控微孔吸波超材料，其具有质轻、频宽、性能优良的特点，解决了现有吸波超材料厚度大、吸波范围窄、工艺复杂、成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种可调控微孔吸波超材料，其包括以下成分：金属骨架材料、高分子树脂粉末、吸波散热材料、碳纤维、多元醇、硫化锌、润滑剂。

上述材料的吸波原理为：首先，金属骨架材料中包含金属微粉(如羟基金属微分)，主要通过磁致损耗、涡流损耗衰减电磁波；其次，金属粉末与高分子树脂粉末粘结复合而成，可通过调节磁性金属粉末与高分子树脂粉末的混合比例来调节电磁参数使其达到较理想的吸波效果；最后在加工时将金属骨架材料中的可溶金属部分溶蚀并填充吸波散热的材料，进一步提高材料的吸波性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种可调控微孔吸波超材料包括以下成分：金属骨架材料30-80份、高分子树脂粉末20-70份、吸波散热材料20-50份、碳纤维20-50份、多元醇1-3份、硫化锌0.2-0.5份、润滑剂0.2-1份。

可选地，金属骨架材料为可溶金属粉末与铁磁性材料共混组成，其中可溶金属粉末为市场常售种类，铁磁性材料包括羰基铁粉、铁钴镍及其合金。

可选地，所述高分子树脂粉末为PLA、PVA、PC、PA、PET、PBT、PMMA、PPO、PPA等具有一定强度的高分子材料中的一种或几种，为使混料过程更加均匀，上述高分子树脂粉末的目数为80-150目。

可选地，所述吸波散热材料为石墨烯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯炔等导电高分子中的一种或几种。

可选地，所述碳纤维是由碳纤维经真空球磨制备而成的碳纤维粉末，其粒径为120-150目，有利于与其他材料进行共混。

可选地，所述多元醇分子量≥600，羟基质量≥400；所述润滑剂为常用高分子润滑剂，如烃蜡、酰胺蜡、脂肪酸、有机硅润滑剂、含氟润滑剂等。

本发明还提供了一种如上所述的可调控微孔吸波超材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1)将相应质量份数的金属骨架材料、高分子树脂粉末、碳纤维、多元醇、硫化锌、润滑剂按比例放入高混机中，高速搅拌混匀，得到物料1；

2)将混合均匀的物料1加入到挤出机造粒，温度在150-300℃，转速为400-600rpm，采用风冷热切粒造粒，得到物料2；

3)使用注塑机模压，将造粒的物料2预成型为预设形状，温度在150-300℃之间，得到预成型部件；

4)将预成型部件置于水浴中，进行溶蚀，形成具有微孔结构的微孔物料；

5)将微孔物料从水浴中取出后进行晾干后，向吸波散热材料注入微孔结构，然后高温融合外壁后冷却，制得可调控微孔吸波超材料。

制备时将金属骨架和高分子树脂粉末、碳纤维、多元醇、硫化锌、润滑剂混合混合在一起做成预成型部件，然后通过水浴处理，把预成型部件中的可溶金属部分溶解掉，获得所需微孔结构，然后再向微孔中填充吸波散热材料，增强材料的吸波特性。

本发明还提供如上所述的可调控微孔吸波超材料，在电磁、军工、航天、通信、医用、民用领域的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的可调控微孔吸波超材料，具有优异的吸波性能，对透过波进行更有效的吸收；可以调控吸收波的频带，拥有更宽的吸波范围；减轻了吸波材料的比重，具有优异的结构稳定性，使合成材料成为一种质轻、频宽、性能优良的新颖吸波材料，可以广泛应用于电磁、军工、航天、通信、医用、民用等领域。

2.本发明的可调控微孔吸波超材料采用溶蚀法制得微孔金属结构，微孔中可以填充吸波散热材料，不仅减轻了材料比重、增强了吸波性以及结构稳定性，而且可以通过调整可溶金属的比例，可以控制孔径大小，进而选择波长调控吸波带宽，微孔中还可填充吸波材料来增强吸波性，使合成材料成为一种质轻、频宽、性能优良的新颖吸波材料，极大地扩大了其应用范围。

具体实施方式

以下部分是具体实施方式对本发明做进一步说明，但以下实施方式仅仅是对本发明的进一步解释，不代表本发明保护范围仅限于此，凡是以本发明的思路所做的等效替换，均在本发明的保护范围，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

1、本实施例提供一种可调控微孔吸波超材料，有以下重量份数的各种成分制备而成：金属骨架材料80份、高分子树脂粉末20份、吸波散热材料20份、碳纤维50份、多元醇3份、硫化锌0.2份、润滑剂0.2份。

其中，金属骨架材料采用30份可溶金属与50份羟基铁粉；高分子树脂粉末采用10份PLA与10份PPA混合；吸波散热材料采用5份石墨烯和15份聚噻吩。

2、本实施例还提供一种上述可调控微孔吸波超材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将金属骨架材料80份、高分子树脂粉末20份、碳纤维50份、多元醇3份、硫化锌0.2份、润滑剂0.2份按比例放入高混机中，高速搅拌混匀；

2)将混合均匀的物料使用挤出机造粒，温度在150℃之间，转速为400rpm，采用风冷热切粒造粒；

3)将造粒的物料使用注塑机模压预成型为需要的形状即模具形状，温度在150℃之间；

4)将预成型物料置于水浴中，进行溶蚀，形成微孔结构；

5)将吸波散热材料20份注入微孔结构，然后高温融合外壁后冷却，制得可调控微孔吸波超材料。

实施例2

1、本实施例提供一种可调控微孔吸波超材料，有以下重量份数的各种成分制备而成：金属骨架材料30份、高分子树脂粉末70份、吸波散热材料50份、碳纤维20份、多元醇1份、硫化锌0.5份、润滑剂1份。

其中，金属骨架材料采用10份可溶金属与20份铁粉；高分子树脂粉末采用30份PA与40份PBT混合；吸波散热材料采用20份聚吡咯和30份聚苯胺。

2、本实施例还提供一种上述可调控微孔吸波超材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将金属骨架材料30份、高分子树脂粉末70份、碳纤维20份、多元醇1份、硫化锌0.5份、润滑剂1份按比例放入高混机中，高速搅拌混匀；

2)将混合均匀的物料使用挤出机造粒，温度在230℃之间，转速为500rpm，采用风冷热切粒造粒；

3)将造粒的物料使用注塑机模压预成型为需要的形状即模具形状，温度在230℃之间；

4)将预成型物料置于水浴中，进行溶蚀，形成微孔结构；

5)将吸波散热材料50份注入微孔结构，然后高温融合外壁后冷却，制得可调控微孔吸波超材料。

实施例3

1、本实施例提供一种可调控微孔吸波超材料，有以下重量份数的各种成分制备而成：金属骨架材料60份、高分子树脂粉末40份、吸波散热材料20份、碳纤维30份、多元醇3份、硫化锌0.5份、润滑剂0.5份。

其中，金属骨架材料采用25份可溶金属与35份铁粉；高分子树脂粉末采用15份PC与25份PMMA混合；吸波散热材料采用15份聚苯炔和5份聚苯胺。

2、本实施例还提供一种上述可调控微孔吸波超材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将金属骨架材料60份、高分子树脂粉末40份、碳纤维30份、多元醇3份、硫化锌0.5份、润滑剂0.5份按比例放入高混机中，高速搅拌混匀；

2)将混合均匀的物料使用挤出机造粒，温度在300℃之间，转速为600rpm，采用风冷热切粒造粒；

3)将造粒的物料使用注塑机模压预成型为需要的形状即模具形状，温度在300℃之间；

4)将预成型物料置于水浴中，进行溶蚀，形成微孔结构；

5)将吸波散热材料20份注入微孔结构，然后高温融合外壁后冷却，制得可调控微孔吸波超材料。

对比例

本实施例提供一种现有的吸波材料，其具体配方及制备方法为：

将200克的锰锌铁氧粉加入到100克的环氧树脂中，并加入2克过氧化二异丙苯、0.5克硬脂酸以及0.5克硅烷偶联剂进行70℃密炼机中混合均匀，然后将所得混合物置于平板热压机中，设置操作压力为25兆帕，在150℃热压30min，成型后晾干冷却，得到成品吸波材料。

性能测试

将3个实施例、以及对比例制备的吸波超材料分别进行下述性能测试，测试结果如下表：

项目	测试标准	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
						拉伸强度(MPa)	ASTMD638	290	298	294	220
弯曲强度(MPa)	ASTMD790	440	438	435	350
						冲击强度(KJ/m2)	ASTMD4812	790	681	739	592
介电强度(kV/mm)	IEC 60243-1	200	200	200	150
						电磁波反射率(dB)	GJB 2038-94	-9	-10	-8	-3

实施例1～3以及对比例所制备的可调控微孔吸波超材料性能来看，三个实施例的力学性能明显优于对比例，介电强度大于对比例，电磁波反射率小于对比例，所以实施例不仅力学性能优异，更具有极好的吸波性能。

上述实施例均为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可调控微孔吸波超材料，其特征在于，包括以下成分：金属骨架材料、高分子树脂粉末、吸波散热材料、碳纤维、多元醇、硫化锌、润滑剂。

2.根据权利要求1所述的可调控微孔吸波超材料，其特征在于，按照质量份数计，包括以下成分：金属骨架材料30-80份、高分子树脂粉末20-70份、吸波散热材料20-50份、碳纤维20-50份、多元醇1-3份、硫化锌0.2-0.5份、润滑剂0.2-1份。

3.根据权利要求1所述的可调控微孔吸波超材料，其特征在于，金属骨架材料为可溶金属粉末与铁磁性材料共混组成，其中可溶金属粉末为市场常售种类，铁磁性材料包括羰基铁粉、铁钴镍及其合金。

4.根据权利要求1所述的可调控微孔吸波超材料，其特征在于，所述高分子树脂粉末为PLA、PVA、PC、PA、PET、PBT、PMMA、PPO、PPA中的一种或几种，目数为80-150目。

5.根据权利要求1所述的可调控微孔吸波超材料，其特征在于，所述吸波散热材料为导电高分子材料，如石墨烯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯炔中的等中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的可调控微孔吸波超材料，其特征在于，所述碳纤维是由碳纤维经真空球磨制备而成的碳纤维粉末，其粒径为120-150目。

7.根据权利要求1所述的可调控微孔吸波超材料，其特征在于，所述多元醇分子量≥600，羟基质量≥400；所述润滑剂为常用高分子润滑剂，如烃蜡、酰胺蜡、脂肪酸、有机硅润滑剂、含氟润滑剂等。

8.一种如权利要求1-6中任一项所述的可调控微孔吸波超材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将相应质量份数的金属骨架材料、高分子树脂粉末、碳纤维、多元醇、硫化锌、润滑剂按比例放入高混机中，高速搅拌混匀，得到物料1；

2)将混合均匀的物料1加入到挤出机造粒，温度在150-300℃，转速为400-600rpm，采用风冷热切粒造粒，得到物料2；

3)使用注塑机模压，将造粒的物料2预成型为预设形状，温度在150-300℃之间，得到预成型部件；

4)将预成型部件置于50-120℃水浴中溶蚀0.5-2h，形成具有微孔结构的物料；

5)待微孔物料从水浴中取出晾干后，将吸波散热材料注入微孔结构，然后高温融合外壁后冷却，制得可调控微孔吸波超材料。

9.根据权利要求7制备的调控微孔吸波超材料，在电磁、军工、航天、通信、医用、民用领域的应用。