CN110527224B - 一种聚偏氟乙烯基吸波材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚偏氟乙烯基吸波材料及其制备方法，其解决了现有吸波材料存在的化学稳定性差、高密度、不易加工的技术问题，其包括聚合物基体聚偏氟乙烯和无机功能填料铁酸锌@碳纳米管。本发明同时提供了其制备方法。本发明可广泛用于聚偏氟乙烯基吸波材料的制备领域。

Description

一种聚偏氟乙烯基吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸波材料，具体地说是一种聚偏氟乙烯基吸波材料及其制备方法。

背景技术

在当今社会，科技的迅猛发展带来人类生活水平的提高，各种先进的家庭电器、电子系统和通讯设备等也越来越成为人类生活的必需品。无论是民用设备还是军事设备，尽管它们使人类生活变得更加方便、快捷，但这些电子化、信息化的设备在广泛应用过程中仍然都要以电磁波作为载体，这必将会形成一个复杂的电磁环境，从而带来电磁干扰、电磁辐射等问题。对于设备所产生的特定频率和能量的电磁波，长时间的辐射会使人类感到倦怠、记忆力减退、焦虑、头痛、不安等，重者还会对人的中枢神经系统、免疫机能、视觉系统以及心血管系统等产生损害，甚至致癌。除此之外，电磁波相互间的干扰会影响电子器件的正常运行，给人们的生活和工作造成不便。传统解决方法是利用屏蔽材料把辐射源或者受辐射体给屏蔽起来，方法简单，缺点就是电磁波会发生多次反射从而造成电磁辐射的二次污染。而利用电磁吸波材料可以把入射的电磁波有效地吸收或衰减掉而产生污染。因此，研发出高性能的电磁波吸收材料，是解决这一问题的有效方案，对于我们赖以生存的环境、国家安防以及维护社会安定有着相当重要的意义。

作为传统的吸波材料，铁氧体因为具有较高的电阻，可以避免金属导体在高频下的趋肤效应，使电磁波能有效进入其内部，同时由于其较明显的分子自发极化效应而在介电损耗方面作用明显，而磁滞损耗和自然共振效应亦使其在磁性损耗方面的效用突出，从而，铁氧体吸波性能研究近年来受到了广泛关注。

碳材料作为吸波材料具有质量轻、吸收频带宽等特点，在电磁波屏蔽领域拥有广泛的应用前景，典型的例子就是碳纳米管及其复合物。吸波剂中引入碳纳米管不仅可以降低复合物的密度，还可以发挥铁氧体材料和碳材料的协同作用，实现优异的电磁波吸收性能。

聚偏氟乙烯具有较好的耐氧化、耐高温、耐腐蚀性和耐射线辐射等通用树脂的特性，而且它还具有通用树脂所不具备的介电、热电、压电等物理特性，其工业产量也非常高，在含氟的塑料中全球产量约为5.4万吨，排名第二。相对于其他高分子材料其价格更便宜。同时，由于聚偏氟乙烯具有较好的介电性能，在电磁激发下引起介电损耗，故通过将聚偏氟乙烯和无机吸波填料复合可以得到综合性能优异的吸波材料。

发明内容

本发明就是为了解决现有吸波材料存在的化学稳定性差、高密度、不易加工的技术问题，提供一种具有优异吸波性能的吸波材料。

为此，本发明提供一种聚偏氟乙烯基吸波材料，其包括聚合物基体，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯；还包括无机功能填料，所述无机功能填料为铁酸锌@碳纳米管无机功能填料。

优选的，所述无机功能填料在聚合物基体中的填充量为1-20wt％。

本发明同时提供一种柔性吸波材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)采用溶剂热法合成磁性纳米铁酸锌，通过超声方法将铁酸锌和碳纳米管复合，形成铁酸锌@碳纳米管二元结构；(2)将所述步骤(1)得到的铁酸锌@碳纳米管功能填料超声分散在N,N-二甲基甲酰胺中，再加入聚偏氟乙烯粉末，机械搅拌，再超声分散，干燥后，得到聚偏氟乙烯基吸波材料。

优选的，步骤(2)中，铁酸锌与碳纳米管的质量比为20:(1-5),超声时间为30-60min。

优选的，步骤(2)中，铁酸锌@碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺的比例为1g:(100-300)ml，机械搅拌时间为0.5-1.5h，超声时间为1-3h，干燥温度为60-160℃，干燥时间为8-15h。

本发明选用铁氧体材料铁酸锌和碳纳米管设计制备了二元复合功能填料，并与高分子材料聚偏氟乙烯结合制备聚偏氟乙烯基吸波材料，充分发挥各组分的协同作用，磁损耗来源于铁酸锌，介电损耗来源于铁酸锌与碳纳米管、铁酸锌与聚偏氟乙烯、碳纳米管与聚偏氟乙烯基产生的界面极化以及聚偏氟乙烯和碳纳米管产生的偶极极化。

本发明制备得到的聚偏氟乙烯基吸波材料相比普通无机吸波剂有着更优异的吸波性能，将聚合物材料与无机功能填料有机结合起来实现了性能的最优化，赋予材料“轻、薄、强”的特点。

附图说明

图1是本发明功能填料在聚偏氟乙烯基体中的填充量分别为3wt％， 5wt％，7wt％，10wt％时复合材料的介电损耗图。

图2是本发明功能填料在聚偏氟乙烯基体中的填充量分别为3wt％， 5wt％，7wt％，10wt％时复合材料的磁损耗图。

图3是本发明功能填料在聚偏氟乙烯基体中的填充量为7wt％的吸波性能图。

图4是本发明功能填料在聚偏氟乙烯基体中的填充量为10wt％的吸波性能图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发明。本文中“@”符号代表复合材料的复合结构，如“铁酸锌@碳纳米管”代表碳纳米管与铁酸锌的复合。

实施例1

二元结构铁酸锌@碳纳米管的制备：采用溶剂热法合成纳米铁酸锌，然后将1g铁酸锌和50mg碳纳米管超声分散在去离子水中，超声时间为30min，得到铁酸锌@碳纳米管复合结构。

聚偏氟乙烯基柔性吸波材料制备方法：将制备得到的铁酸锌@碳纳米管1g超声分散于100ml N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入聚偏氟乙烯粉末，铁酸锌@碳纳米管占聚偏氟乙烯基体质量的1％，常温机械搅拌0.5 h，再超声1h，倒入培养皿，放置入真空干燥箱中，干燥温度60℃，干燥时间8h，即可得到填充量为1wt％的聚偏氟乙烯基吸波材料。

实施例2

与实施例1相比，实施例2改变的部分为，将1g铁酸锌和100mg 碳纳米管超声分散在去离子水中，超声时间为45min，得到铁酸锌@碳纳米管复合结构。

聚偏氟乙烯基柔性吸波材料制备方法：将制备得到的铁酸锌@碳纳米管1g超声分散于200ml N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入聚偏氟乙烯粉末，铁酸锌@碳纳米管占聚偏氟乙烯基体质量的5％，常温机械搅拌1h，再超声2h，倒入培养皿，放置入真空干燥箱中，干燥温度100℃，干燥时间10h，即可得到填充量为5wt％的聚偏氟乙烯基吸波材料。其余操作和说明同实施例1。

实施例3

与实施例1相比，1g铁酸锌和250mg碳纳米管超声分散在去离子水中，超声时间为60min，得到铁酸锌@碳纳米管复合结构。

聚偏氟乙烯基柔性吸波材料制备方法：将制备得到的铁酸锌@碳纳米管1g超声分散于300ml N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入聚偏氟乙烯粉末，铁酸锌@碳纳米管占聚偏氟乙烯基体质量的20％，常温机械搅拌 1.5h，再超声3h，倒入培养皿，放置入真空干燥箱中，干燥温度160℃，干燥时间15h，即可得到填充量为20wt％的聚偏氟乙烯基吸波材料。其余操作和说明同实施例1。

各实施例的吸波材料裁剪成22.9*10.2mm的矩形后使用矢量网络分析仪进行吸波性能测试，测试波段为X波段，实验结果表明，材料吸波性能优异，原因在于充分发挥了铁酸锌@碳纳米管和聚偏氟乙烯相互间的协同作用，碳纳米管的引入降低了材料的密度，增强了阻抗匹配性，有效减少了电磁波的反射，通过铁酸锌和碳纳米管、铁酸锌与聚偏氟乙烯、碳纳米管与聚偏氟乙烯间产生的界面极化作用，磁核铁酸锌产生的磁损耗，碳纳米管与聚偏氟乙烯产生的偶极极化作用，以及碳纳米管与铁酸特殊复合结构增强了电磁波多重散射衰减作用，实现了优异的吸波性能。

从图1、图2可以看出，该复合材料中介电损耗和磁损耗发挥协同作用，由图3可以看出，当铁酸锌@碳纳米管在聚偏氟乙烯基体中填充量为7wt％、材料厚度为2.42mm时，反射损耗最低达到近-55dB，可吸收超过99.99％的电磁波，有效吸收频带为8.9–11.0GHz，性能优异。图4 可以看出，当填充量为10wt％时，反射损耗最低仅仅达到-10dB左右，性能较差，所以填料的填充量对材料性能影响很大。

Claims (2)

1.一种聚偏氟乙烯基吸波材料制备方法，其特征是包括如下步骤：

(1)采用溶剂热法合成纳米铁酸锌，通过超声方法将铁酸锌和碳纳米管复合，形成铁酸锌@碳纳米管二元结构；

(2)将所述步骤(1)中得到的铁酸锌@碳纳米管功能填料超声分散在N,N-二甲基甲酰胺中，再加入聚偏氟乙烯粉末，机械搅拌，再超声分散，干燥后，得到聚偏氟乙烯基吸波材料；

所述聚偏氟乙烯基吸波材料包括聚合物基体，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯；还包括无机功能填料，所述无机功能填料为铁酸锌@碳纳米管无机功能填料；

所述无机功能填料在聚偏氟乙烯基体中的填充量为7wt％；

所述步骤(2)中，铁酸锌@碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺的比例为1g:(100-300)ml，机械搅拌时间为0.5-1.5h，超声时间为1-3h，干燥温度为60-160℃，干燥时间为8-15h。

2.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯基吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铁酸锌与碳纳米管的质量比为20:(1-5),超声时间为30-60min。

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