CN110790978B - 一种吸波材料、制备方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸波材料、制备方法及设备，所述吸波材料的制备方法，包括以下步骤：称取重量配比如下的各组分：高纯鳞片石墨、氟化石墨、得克隆、硼酸锌和膨胀石墨、水和弹性聚氨酯乳液；将分散剂加入到水中分散后，再加入高纯鳞片石墨、氟化石墨、得克隆、硼酸锌和膨胀石墨进行第一次混合，最后加入弹性聚氨酯乳液第二次混合，得到裹敷料液；将裹敷料液加入到预发后的聚苯乙烯中混合，风干，模压成型得到吸波材料；所述预发后的聚苯乙烯与裹敷料液的重量比为100：70‑90。吸波材料的制备方法步骤科学、合理，制备得到的吸波材料机械性、阻燃性、抗老化性和吸波性能俱佳。

Description

一种吸波材料、制备方法及设备
技术领域
本发明涉及吸波材料技术，尤其涉及一种吸波材料、制备方法及设备。
背景技术
目前，国内微波暗室采用的吸波材料主要有：聚氨酯海绵吸波材料和无纺布吸波材料。聚氨酯海绵吸波材料是经浸渍吸波剂、阻燃剂、表面喷涂涂料等系列工艺加工制成的，因为，吸波剂和阻燃剂是通过浸渍处理吸附于聚氨酯泡沫孔内，吸波剂和阻燃剂随着使用年限的增加而易脱落，造成环境污染，影响使用性能；又因为：聚氨酯海绵属于开口气孔，容易吸潮，导致吸波性能下降。另外，聚氨酯海绵是软质结构，切割后受挤压、潮气等因素尺寸容易发生变化，不能保证外观尺寸完全一致。无纺布吸波材料是经涂布、压痕、折叠、装配等工序加工制成的，因为，制备工艺复杂，需要较多的劳动力，生产效率低；又因为，手工工序多，外观尺寸一致性不能保证，长时间使用也容易造成吸收剂和阻燃剂的脱落，污染环境，影响性能。
传统的吸波材料采用炭黑作为吸收剂，通过浸渍工艺实现吸波剂的均匀分布，然后进行晾晒或烘干。对于裹敷工艺，如何将吸波剂均匀裹敷并干燥，在行业并未见过报道。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前吸波材料的裹敷不均匀，导致吸波材料吸波性能差等问题，提出一种吸波材料的制备方法，该方法步骤科学、合理，制备得到的吸波材料机械性、阻燃性、抗老化性优异，且低频、高频吸波性能俱佳。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称取重量配比如下的各组分：
Figure BDA0002262094020000021
步骤2、将分散剂加入到水中分散后，再加入高纯鳞片石墨、氟化石墨、得克隆、硼酸锌和膨胀石墨进行第一次混合，最后加入弹性聚氨酯乳液第二次混合，得到裹敷料液；
步骤3、将裹敷料液加入到预发后的聚苯乙烯中混合，风干，模压成型得到吸波材料；所述预发后的聚苯乙烯与裹敷料液的重量比为100：70-90；所述模压成型的条件为：成型压力为0.7-0.9kg/cm2，加热时间为180-300s，冷却时间为240-360s。
进一步地，步骤1、称取重量配比如下的各组分：
Figure BDA0002262094020000022
进一步地，所述分散剂为改性聚醚。
进一步地，所述高纯鳞片石墨粒径小于等于5微米；所述氟化石墨粒径小于等于5微米；所述膨胀石墨碳含量大于等于99％，粒度小于等于80目。膨胀石墨在提供电性能的同时，提供阻燃性能。
进一步地，所述第一次混合的条件为：搅拌速度为1000-2000r/min，搅拌时间为60-120min。
进一步地，所述第二次混合的条件为：搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为30-60min。第一次混合采用高速混合是为了将粉料分散的更均匀；第二次混合为加入乳液后，为了防止乳液破乳，采用较低的低速搅拌。
进一步地，步骤3所述混合条件为搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为20-30min。
进一步地，所述预发后的聚苯乙烯与裹敷料液的重量比为100：75-85。
进一步地，发泡聚苯乙烯的阻燃等级为B1级、极限氧指数为35，预发后的聚苯乙烯的密度为20kg/m3、粒径为0.8-1mm。
进一步地，所述风干的条件为：风干温度为35-40℃，风干时间为40-60min。
本发明的另一个目的还公开了一种吸波材料，采用上述方法制备而成。
进一步地，所述吸波结构整体呈正四棱锥形，所述吸波结构包括：一体成形的锥身部以及锥尖部；
所述锥尖部整体呈圆锥曲面形，所述锥尖部包括：锥尖体和锥尖顶，所述锥尖体为圆锥曲面形，所述锥尖顶为旋转抛物面形。
进一步地，所述锥身部的底端设置安装卡扣。
进一步地，所述锥尖顶的焦准距小于等于4.5mm。
进一步地，所述锥尖顶的长度大于等于整个锥尖部的12％。
进一步地，所述吸波结构采用模具一次压制成型。
本发明的另一个目的还公开了一种吸波材料的制备设备，包括：混合设备、裹敷设备和风干床，所述裹敷设备包括搅拌釜，所述搅拌釜顶部设置有喷淋装置，底部设置有与搅拌装置，所述混合设备出口与裹敷设备的喷淋装置连通，所述裹敷设备出口通过输送带与风干槽连通；
所述风干床为通过隔板分隔的双层结构，上层空间用于烘干裹敷有裹敷物料的聚苯乙烯，下层空间为通风室，通风室与风机连通，所述隔板上均布着多条1毫米宽20毫米长的细缝，在通风的同时防止聚苯乙烯小球掉落；所述上层设置有搅拌杆，在风干的同时，搅拌裹敷有裹敷物料的聚苯乙烯，防止其结块。
喷淋装置能将裹敷料液均匀的喷洒在搅拌中聚苯乙烯颗粒表面，搅拌均匀后，再通过输送带，输送到风干床，进行风干。
进一步地，所述喷淋装置为圆形结构，喷淋装置上有30个喷淋口，同时往下喷淋料液，边搅拌边喷淋，可以将料液均匀的裹敷在聚苯乙烯表面。
进一步地，所述搅拌装置为设置在搅拌釜下方中心的搅拌棒，搅拌棒轴向上均布多根搅拌齿，通过搅拌齿的搅拌能实现聚苯乙烯从上到下的均匀混合。
本发明吸波材料是以发泡聚苯乙烯作为基础材料，在其表面裹敷裹敷料液，然后经模压成型，得到外观尺寸完全一致、不吸潮、不掉碳、不垂尖的吸波材料，具体地，本发明与现有技术相比较具有以下优点：
1)本发明裹敷料液的组分之一得克隆作为阻燃剂，具有低生烟量、无反应性、优良的阻燃性，不含离子型杂质，不影响体系的电性能。
氟化石墨表面能低，电活性高，配合高纯鳞片石墨使用，可提高产品的电磁波吸收性能及耐腐蚀、耐候性能，且模压过程中更易脱模。
2)本发明制备的吸波材料为硬质材料，结构牢固，机械性能好，抗张强度高，无垂尖显现；本发明制备的吸波材料阻燃性能优异，阻燃等级为GB8624B1级，极限氧指数为35；本发明制备的吸波材料重量轻、密度小，为相同规格的聚氨酯泡沫实心吸波材料重量的一半；本发明制备的吸波材料为闭孔结构，不吸潮吸水，不掉渣掉碳，无扬尘弊端，洁净性能好；本发明制备的吸波材料耐老化性能好，产品具有超长的生命周期，使用寿命不小于40年。
3)本发明制备的吸波材料低频性能优异，高度650毫米的吸波材料，在70MHz垂直入射的反射率可以达到-8dB。
4)本发明采用了吸波材料才用了特定的制备方法，裹敷料液制备过程中先加分散剂，待分散剂在水中分散均匀后，再依次加入各种组分，这样可以使分散更均匀。因为乳液在高速搅拌状态下，容易破乳，所以先将分散剂、高纯鳞片石墨、氟化石墨、得克隆、硼酸锌和膨胀石墨(均为粉料)高速分散均匀后，再在低速的情况下，加入水性聚氨酯乳液。
5)本发明所述吸波材料的制备设备结构简单、合理、紧凑，搅拌釜内喷淋装置和搅拌装置的设置，能实现裹敷料液与聚苯乙烯小球的充分混合，进而提高吸波材料均一性；风干床上搅拌杆的设置能在风干的同时，搅拌裹敷有裹敷物料的聚苯乙烯，防止其结块。
附图说明
图1为实施例1制备的吸波材料的结构示意图；
图2为实施例1制备的吸波材料的反射率测试曲线一，低频30-500MHz；
图3为实施例1制备的吸波材料的反射率测试曲线二，低频500-1000MHz；
图4为实施例1制备的吸波材料的反射率测试曲线三，1-18GHz；
图5为实施例1制备的吸波材料的反射率测试曲线四，18-26GHz；
图6为实施例1制备的吸波材料的反射率测试曲线五，26-40GHz；
图7为实施例2制备的吸波材料的主视图；
图8为实施例2制备的吸波材料的仰视图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种吸波材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1、称取重量配比如下的各组分：
改性聚醚1.2份；高纯鳞片石墨7.5份；氟化石墨0.5份；得克隆6.5份；硼酸锌1.3份；膨胀石墨5.5份；水42份；弹性聚氨酯乳液35.5份。所述高纯鳞片石墨粒径小于等于5微米；所述氟化石墨粒径5微米；所述膨胀石墨碳含量大于等于99％，粒度80目。在提供电性能的同时，提供阻燃性能。
步骤2、将分散剂加入到水中分散后，再加入高纯鳞片石墨、氟化石墨、得克隆、硼酸锌和膨胀石墨进行第一次混合，最后加入弹性聚氨酯乳液第二次混合，得到裹敷料液；所述第一次混合的条件为：搅拌速度为1000-2000r/min，搅拌时间为60-120min。所述第二次混合的条件为：搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为30-60min。
步骤3、将裹敷料液加入到预发后的聚苯乙烯中混合，风干，模压成型得到吸波材料；所述预发后的聚苯乙烯与裹敷料液的重量比为100：70-90；所述模压成型的条件为：成型压力为0.7-0.9kg/cm2，加热时间为180-300s，冷却时间为240-360s。发泡聚苯乙烯的阻燃等级为B1级、极限氧指数为35，预发后的聚苯乙烯的密度为20kg/m3、粒径为0.8-1mm。所述风干的条件为：风干温度为35-40℃，风干时间为40-60min。
本实施例制备的吸波材料的结构示意图如图1所示，吸波材料采用模块化设计，由基座与可拆卸式棱锥组合而成，便于安装、维护和更换，外观尺寸一致性好，棱锥排列方向可以为垂直或水平，通过调整角度改善反射性能，从而大大提升了吸波效果；上述吸波材料自体密闭，无扬尘弊端，洁净优异，完全符合ISO14644-1class4洁净室标准(10.000级)；上述吸波材料超长的产品生命周期，使用寿命大于40年。解决了聚氨酯海绵吸波材料因自重大易垂尖、掉碳粉污染环境、影响性能、使用寿命短的问题。
本发明制备得到的吸波材料为硬质材料，结构牢固，机械性能好，抗张强度高，无垂尖显现。本实施例制备的吸波材料的反射率测试曲如图2-6所示，高度650毫米的吸波材料在低频70MHz，垂直入射的反射率可以达到-8dB，在高频可以达到-60dB。
实施例2
本实施例公开了一种吸波材料采用实施例1相同的制备方法制备而成。其结构如图7和图8所示。
所述吸波结构整体呈正四棱锥形，所述吸波结构包括：一体成形的锥身部1以及锥尖部2；所述锥尖部2整体呈圆锥曲面形，所述锥尖部2包括：锥尖体和锥尖顶，所述锥尖体为圆锥曲面形，所述锥尖顶为旋转抛物面形。
所述锥尖顶的焦准距小于等于4.5mm。所述锥尖顶的长度大于等于整个锥尖部2的12％。所述吸波结构采用模具一次压制成型。
本实施例的聚苯乙烯材料的锥尖吸波结构，锥尖部2作为角锥吸波材料的一部分，在吸波材料组装时，应安装于锥身部1顶端。为便于安装，本发明放弃了传统的胶粘工艺，在锥身部1的底端设置榫卯结构的安装卡扣3。卡扣与锥尖为同一整体，在模具加工时，一体成型。参照图8，卡扣3设计为工字形，能够便于吸波结构的安装。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种吸波材料，其特征在于，所述吸波材料整体呈正四棱锥形，所述吸波材料包括：一体成形的锥身部以及锥尖部；
所述锥尖部整体呈圆锥曲面形，所述锥尖部包括：锥尖体和锥尖顶，所述锥尖体为圆锥曲面形，所述锥尖顶为旋转抛物面形，
所述锥身部的底端设置安装卡扣；
所述锥尖顶的焦准距小于等于4.5mm；
所述锥尖顶的长度大于等于整个锥尖部的12%；
所述吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称取重量配比如下的各组分：
分散剂 1-1.5份；
高纯鳞片石墨 7-8份；
氟化石墨 0.4-1份；
得克隆 6-7份；
硼酸锌 1-1.5份；
膨胀石墨 5-6份；
水 40-45份；
弹性聚氨酯乳液 35-40份；
所述分散剂为改性聚醚；所述高纯鳞片石墨粒径小于等于5微米；所述氟化石墨粒径小于等于5微米；所述膨胀石墨碳含量大于等于99%，粒度小于等于80目；
步骤2、将分散剂加入到水中分散后，再加入高纯鳞片石墨、氟化石墨、得克隆、硼酸锌和膨胀石墨进行第一次混合，最后加入弹性聚氨酯乳液第二次混合，得到裹敷料液；
步骤3、将裹敷料液加入到预发后的聚苯乙烯中混合，风干，模压成型得到吸波材料；所述预发后的聚苯乙烯与裹敷料液的重量比为100：75-85；所述模压成型的条件为：成型压力为0.7-0.9kg/cm2，加热时间为180-300s，冷却时间为240-360s；
所述吸波材料的制备设备包括：混合设备、裹敷设备和风干床，所述裹敷设备包括搅拌釜，所述搅拌釜顶部设置有喷淋装置，底部设置有搅拌装置，所述混合设备出口与裹敷设备的喷淋装置连通，所述裹敷设备出口通过输送带与风干槽连通；
所述风干床为通过隔板分隔的双层结构，上层空间用于烘干裹敷有裹敷物料的聚苯乙烯，下层空间为通风室，通风室与风机连通，所述隔板上均布多条细缝；所述上层空间内设置有搅拌杆；
所述搅拌装置为设置在搅拌釜下方中心的搅拌棒，搅拌棒轴向上均布多根搅拌齿。
2.根据权利要求1所述吸波材料，其特征在于，所述第一次混合的条件为：搅拌速度为1000-2000r/min，搅拌时间为60-120min；所述第二次混合的条件为：搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为30-60min；步骤3所述混合条件为搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为20-30min。
3.根据权利要求1所述吸波材料，其特征在于，发泡聚苯乙烯的阻燃等级为B1级、极限氧指数为35，预发后的聚苯乙烯的密度为20kg/m3、粒径为0.8-1mm。
4.根据权利要求1所述吸波材料，其特征在于，所述风干温度为35-40℃，风干时间为40-60min。
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