CN111748125B - 一种改性聚氨酯泡沫及用其制备低密度龙伯透镜的方法 - Google Patents

一种改性聚氨酯泡沫及用其制备低密度龙伯透镜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性聚氨酯泡沫及用其制备低密度龙伯透镜的方法，采用钛酸铜钙和铝银粉做改性剂，通过浸泡辊压法，对聚氨酯泡沫基材进行改性，使改性剂均匀地生长在聚氨酯软泡的三维网络结构中，通过改变改性剂配方比例得到不同介质常数的改性聚氨酯泡沫，用该方法有效降低了复合材料的密度和正切角损耗，提高了复合材料介电常数的均匀性。将其用本发明的制备方法制备龙伯透镜，损耗小，性能稳定，即使大尺寸重量也轻，单人可以搬动，方便运输、安装和使用，加工方式简单，出错率低，可实现大批量工业化生产。

Description

一种改性聚氨酯泡沫及用其制备低密度龙伯透镜的方法
技术领域
本发明涉及介质材料和龙伯透镜制造领域，特别是涉及一种改性聚氨酯泡沫及用其制备低密度龙伯透镜的方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，无线网络的丰富应用带动了无线数据业务的迅速增长。据权威机构预测，未来10年数据业务以每年1.6-2倍的速率增长，这将给无线接入网络带来了巨大的挑战，因此这就需要未来通信系统设计能够更加高效地利用带宽资源，大幅度提升频谱效率。中国移动、中国广电的5G频率分布在3GHz以下的低频段，中国广电的频率分布在1GHz以下的700MHz频段，虽然该频段适合远距离传输，由于波长长、体积大，不利于Massive MIMO波束赋型。
Massive MIMO(又称large scale MIMO)技术，是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术，该技术由贝尔实验室的Marzetta于2010年首次提出，目前已成为5G无线通信领域最具潜力的研究方向之一。相控阵天线与龙伯透镜天线是目前最为主流的Massive MIMO多波束天线形式。传统相控阵天线在进行波束赋型时只需改变各个单元的激励幅度与相位，在移相器精度足够的情况下可以使用较少的单元数目实现较高精度的赋型特性。但在实际应用中，32TR以上波束赋型后，天线互偶已经很严重，天线性能指标严重下降。在低频段(如700MHz频段)，目前市场上仅有2TR和4TR的板状MIMO天线。因该频段波长，天线尺寸大，重量重，传统板状MIMO天线无法实现8TR或16TR的Massive MIMO多波束天线，Massive MIMO难以在低频段5G通信领域发挥作用。而要实现相控阵天线与龙伯透镜天线的结合进而达到Massive MIMO多波束天线形式，龙伯透镜的制备是其中最重要的一环。
理论上，球形龙伯透镜其介电常数从内层到表面满足2到1的变化规律，经过多年研究，提出了材料制作工艺的一些基本方法和准则，其中最具代表性的有三种：第一：基于塑料树脂材料的热发泡技术；第二：基于等效介质理论达到的较低介电常数技术，主要通过开孔结构、渐削厚度结构、渐削式金属结构等实现；第三：基于光子带隙结构或渐变折射率超材料技术等。
由于本发明的透镜天线主要应用在5G低频段使用，因此天线的电性能尺寸要求比较大，后两种方式，不适合电大尺寸天线(≥600mm)，因此，主要针对第一种的材料制作工艺进行研究。而对于第一种方式，现有技术的龙伯透镜制备，通常采用单高介电常数添加剂进行制备，使得直径为1000mm的大尺寸透镜很重，在实际应用中，体积大，重量重，不便于安装和使用。
因此，如何解决现有发泡技术制备透镜存在的缺陷并能够适用于低频段(698-960MHz频段)5G Massive MIMO场景是现阶段需要解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种改性聚氨酯泡沫，通过本发明高介电常数复合改性剂对聚氨酯泡沫改性得到，密度小，降低了材料正切角损耗，可用于制备低密度的龙伯透镜，解决了现有通过发泡技术制备透镜存在的缺陷以及现有没有龙伯透镜应用到低频段(698-960MHz频段)的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
提供一种高介电常数复合改性剂，包括高介电常数添加剂和微量元素调节剂，高介电常数添加剂：微量元素调节剂的质量比为1.5～2.5:1，优选2:1；
所述高介电常数添加剂选自钛酸锶钡和/或钛酸铜钙，所述微量元素调节剂选自金属粉和/或导电非金属。
进一步地，所述金属粉选自金粉、银粉、铜粉、铝银粉中的一种或几种，所述导电非金属选自导电炭黑、石墨烯、碳纳管中的一种或几种。
进一步地，所述高介电常数添加剂为钛酸铜钙，所述微量元素调节剂为铝银粉。
所述高介电常数添加剂主要用于提高材料的介电常数，钛酸铜钙或钛酸锶钡相对与本领域常用的钛酸钡具有更高的介电常数，但其表观密度仍然较高，若直接应用与龙伯透镜，龙伯透镜体积大，重量重，不便于安装和使用的问题仍得不到解决。
因此，在本发明中，添加微量元素调节剂，在高介电常数添加剂的基础上进一步降低材料的密度，同时还能提高混合材料的介电常数。
经过大量实验，我们优选用铝银粉、银粉和石墨烯分别实验，在混合材料配方相同的情况下，混合材料的介电常数ε符合下面公式：
铝银粉ε＜银粉ε＜石墨烯ε
银粉容易氧化，碳纳管导电性能最好，电磁相应最快，但是价格太贵，经过综合考虑最后选用铝银粉。市场价格P符合：铝银粉P＜银粉P＜石墨烯P。
铝银粉因具有银白色金属光泽，所以俗称铝银粉或银粉，其化学成份实为“铝”，并非“银”。颜料用的铝银粉粒子呈鳞片状，表面包覆处理它使用起来简便，故产量和用量更大，价格便宜，容易获得。
本发明还提供了一种改性聚氨酯泡沫，是使用上述的高介电常数复合改性剂对聚氨酯泡沫进行改性得到，所述高介电常数改性剂均匀生长在聚氨酯泡沫的三维网络结构中。
进一步地，所述改性聚氨酯泡沫中，改性剂的用量为聚氨酯泡沫的质量的3～50％；更进一步地，所述聚氨酯泡沫是聚氨酯软泡。
聚氨酯软泡，俗称海绵，是一种具有高比表面积的多孔聚合物，具有密度低、弹性好、吸附能高和易于加工等优势。聚氨酯软泡为开孔结构，这些相互连通的开孔结构共同组成了聚氨酯三维网络结构，有较高的孔隙度和比表面积，吸附液体量很大，可使改性材料更均匀生长在聚氨酯泡沫的骨架中。
一般来讲，聚氨酯软泡的孔隙直径约500nm～50μm，属于大孔结构，这些相互连通的开孔结构共同组成了聚氨酯三维网络结构，而聚氨酯支撑骨架的粗度可以根据密度要求及机械强度进行调节。这些优异的特性使得聚氨酯海绵体成为本申请的理想有机支撑体。
在本发明中，所用的聚氨酯软泡密度为0.01～0.025g/mL，更优选密度为0.012～0.016g/mL的聚氨酯软泡。
本发明还提供了改性聚氨酯泡沫的制备方法，包括如下内容：
(1)改性剂的稀释：将高介电常数添加剂、微量元素调节剂、粘结剂、固化剂与稀释剂混合得稀释浆料；
(2)将聚氨酯泡沫浸润在稀释浆料中，通过挤压、翻动聚氨酯泡沫使稀释液与聚氨酯泡沫充分接触和混合，再将稀释剂去除后即得；
进一步地，是将聚氨酯泡沫预处理后再浸润在稀释浆料中，所述预处理为：将聚氨酯泡沫经过浓度15～30％的NaOH水溶液处理，并经0.5～2％的羧甲基纤维素水溶液处理和工业硅溶胶浸泡，优选20％的NaOH溶液和1％的羧甲基纤维素水溶液；
进一步地，所述粘结剂选自硅橡胶和/或树脂，优选硅橡胶；所述固化剂选自对羟基苯磺酸。
硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶。普通的硅橡胶主要由含甲基和少量乙烯基的硅氧链节组成。苯基的引入可提高硅橡胶的耐高、低温性能，三氟丙基及氰基的引入则可提高硅橡胶的耐温及耐油性能。硅橡胶耐低温性能良好，一般在-55℃下仍能工作。引入苯基后，可达-73℃。硅橡胶的耐热性能也很突出，在180℃下可长期工作，稍高于200℃也能承受数周或更长时间仍有弹性，瞬时可耐300℃以上的高温。由于透镜天线的工作环境为室外，本发明优选硅橡胶做粘结剂。
所述稀释液选自汽油、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、白油中的一种或几种，优选汽油、乙酸丁酯、白油中的一种或几种，更优选汽油和/或乙酸丁酯。
为了使高介电常数改性剂生长在聚氨酯三维网络结构上，必须先将高介电常数改性剂进行稀释。稀释剂有很多种可选，但是聚氨酯泡沫在改性后要求干燥，就要求稀释剂在稀释后能够挥发，不残留在聚氨酯泡沫内。
可选的可以稀释硅胶的溶剂如甲苯、二甲苯、乙酸乙酯，都具有挥发性，都可以与混合物充分溶解。但是在实际应用中甲苯、二甲苯都有一定的毒性，被卫生部列为致癌物质，乙酸乙酯虽然属于轻度致癌物质，在生产过程中，难免对工人有害。经过多次试验和选择，最终在本发明的具体实施方式中选用汽油作为稀释剂。
虽然汽油虽然不属于强致癌物质，但是在生产过程中属于易燃易爆危险品，需要做好防护。
汽油的英文名为Gasoline(美)/Petrol(英)，外观为透明液体，可燃，馏程为30℃至220℃，主要成分为C5～C12脂肪烃和环烷烃类，以及一定量芳香烃和硫化物，汽油具有较高的辛烷值(抗爆震燃烧性能)。汽油由石油炼制得到的直馏汽油组分、催化裂化汽油组分、催化重整汽油组分等不同汽油组分经精制后与高辛烷值组分经调和制得，主要用作汽车点燃式内燃机的燃料。
汽油标号：是实际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。标号越高，异辛烷含量越高，抗爆性能就越强。标准汽油是由异辛烷(100～0)和正庚烷(0～100)组成。并不是标号越高越好，要根据发动机压缩比合理选择汽油标号。2012年1月起，汽油牌号90号、93号、97号修改为89号、92号、95号，并规定硫含量不得超过0.001％。根据成本和实验要求，本发明优选89或92号汽油。
进一步地，所述粘结剂的质量用量为改性剂质量的1.5～2.5倍，优选2.0～2.2倍；
所述固化剂的质量用量为粘结剂质量的0.03～0.1倍，优选0.04～0.07倍；
所述稀释液的体积用量为聚氨酯泡沫体积的15％以上，优选15～30％，更优选20～25％。
本发明还提供了一种低密度人工介质龙伯透镜，是采用上述的改性聚氨酯泡沫制成。
本发明还提供了上述低密度人工介质龙伯透镜的制备方法，包括如下内容：将龙伯透镜分成多层的介质球壳和一个球核，将每层介质球壳分为若干组块，使其拼接后可形成完整的球或半球，将改性聚氨酯泡沫按照不同组块的形状和厚度、以及球核尺寸分别加工成型得到若干组块和球核，再将制得的组块和球核组装制成球形。
进一步地，组装方法为：先将最外层的介质球壳的组块在半球壳模具内拼接，再依次由外向内拼接各层介质球壳，最后球核装进半球壳内，将两个半球装配形成一个球体。
若直接将各个球壳生产成两个半球壳，工艺难度大，两个半球壳衔接处也难以完全契合，组装难度也较大，在本发明中，将每层球壳分为若干不同形状的组块，再通过拼接后成型，工艺更简单，组装也更方便。
在本发明的一个具体实施方式中，介质球壳组块的分割方式为：将每层介质球壳分为两个半球，并将每个半球分为若干绕半球顶点周向排布的扇形瓣。
本发明的有益效果是：
(1)本发明高介电常数复合改性剂改性效果好，添加量低，改性操作简单，改性剂可均匀地生长在聚氨酯泡孔壁上，材料的稳定性高，可将聚氨酯泡沫改性成所需介电常数的材料，不仅实现了材料的高介电系数，还保证了材料的低密度。
(2)本发明改性聚氨酯泡沫原料易得，加工难度低，成本低，可实现批量生产。
(3)本发明改性聚氨酯泡沫制备的龙伯透镜，各项性能指标优于同行厂家的板状天线，且密度低，重量轻，单人可以搬动，方便安装和使用。
(4)本发明龙伯透镜的制备方法，加工方式简单，出错率低，可实现大批量工业化生产。
附图说明
图1是聚氨酯软泡改性前的显微镜图；
图2是第一层介质球壳材料的显微镜图；
图3是第二层介质球壳材料的显微镜图；
图4是第四层介质球壳材料的显微镜图；
图5是第六层介质球壳材料的显微镜图；
图6是第八层介质球壳材料的显微镜图；
图7是本发明低密度人工介质龙伯透镜装配图；
图8是本发明低密度人工介质龙伯透镜天线的组装图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于透镜是由多层球壳组合而成，因此需要首先确定球的层数、每一层球壳的半径和厚度。
层数：介电常数的径向分布从2连续地过渡到1。介电常数的这种变化规律，很难实现，自然界并不存在介电常数均匀连续变化的介质，因此就产生了分层制造的构想。分层可选3～50层，可由本领域技术人员根据用途、球的大小和制造工艺等常规确定，因此在本发明方法中并未对此进行限定，表1为层数为7层或8层时每层球壳的外径、厚度、介电常数示例：
表1
Figure BDA0002568946160000051
Figure BDA0002568946160000061
本发明实施例中所示的各种组分用量确定的公式，均是发明人根据大量试验结果归纳总结，在使用本发明材料或用本发明材料制备龙伯透镜时，各组分的用量可以采用本发明的公式来确定，也可以采用本领域的其它技术手段来确定，本发明中的公式不起限定作用，只要是采用了本发明的改性剂、改性聚氨酯泡沫、龙伯透镜及其制备方法的，都属于本发明的保护范围内。
下面用层数为8层的方案举例说明本发明技术方案的实施方式：
实施例1
将龙伯透镜设计为8层，按照表1配方制备各介质球壳的组块和球核，其中CCTO：Al的质量比为2:1，制得的各层材料的介电常数、正切角损耗也见表1：
表1
Figure BDA0002568946160000062
在本发明中，为了使各层材料的介电常数满足要求，改性剂的质量用量采用如下公式确定：
透镜从外至内为1～n层。n为3～50层，更优取5～8层。
第一层改性剂的质量M1＝m×(V1/v)，单位为g或Kg。
其中V1为第一层材料的体积，单位mL(或L)。m为质量系数，取值为0.6～1.2，更优取0.8～1.0；v为体积系数，取值为100～150，更优取120～130。
第二层至第n层改性剂的质量为：
Mn＝(n-1)×[Vn/v×(Ma+Mb)]，n＞1
其中Mn为透镜各层改性剂的质量，单位为g(或Kg)；Vn为透镜各层的体积，单位为毫升mL或升L)；n为透镜的层数。
Ma为高介电常数添加剂钛酸铜钙的质量系数，Mb微量元素调节剂铝银粉的质量系数。其中Ma＝(1～2)×Mb，更优Ma＝1.5×Mb，Mb＝0.1～0.5，更优Mb＝0.1～0.125。
(1)高介电常数复合改性剂的制备
将钛酸铜钙和铝银粉按照一定比例进行混合，再添加硅橡胶(做粘合剂)，通过搅拌机搅拌，确保材料混合均匀，然后再添加对羟基苯磺酸(固化剂)。
在本发明中，粘结剂的质量用量满足如下公式即可：
Mn’＝γ×Mn
其中Mn’为粘结剂的质量，Mn为透镜各层改性剂的质量，单位为g(或Kg)；粘结剂可选用树脂或硅橡胶，优选用硅橡胶；γ为粘结剂的质量系数，取1.5～2.5，更优2.0～2.2。另外，由于树脂或硅橡胶都需要使用固化剂，固化剂的质量一般为0.03～0.1Mn’，更优0.04～0.07Mn’。
(2)改性聚氨酯泡沫的制备
①将可发性聚氨酯塑料进行物理发泡和熟化得到聚氨酯软泡。
②将步骤(1)得到的高介电常数复合改性剂通过汽油(稀释剂)稀释得到改性剂的稀释浆料。
在本发明中，稀释剂的体积用量满足如下公式即可：
Vn’＝δ×Vn
其中Vn’稀释剂的体积，Vn为透镜各层的体积，单位为mL(或L)；δ为稀释系数，取0.15～0.3，更优取0.2～0.25。
③聚氨酯泡沫的预处理：根据透镜各层厚度，通过泡沫横竖切机将聚氨酯泡沫切割成平板，将聚氨酯泡沫进行预处理。先将聚氨酯泡沫经过浓度20％的NaOH溶液处理，并经1％的羧甲基纤维素(CMC)处理和工业硅溶胶浸泡后，聚氨酯海绵表面粗糙度增加，亲水性能得到了改善，挂浆量也明显增加。
④聚氨酯泡沫的改性：将预处理后的聚氨酯泡沫浸入稀释后的浆料，通过专用泡沫挤压设备反复均匀挤压聚氨酯泡沫，让浆料与聚氨酯泡沫充分吸浆，通过对辊挤压装置，调节对辊间距，控制聚氨酯机泡沫挂浆的均匀性并除去多余的浆料。全程在密闭的空间内进行，确保改性剂的在聚氨酯泡沫网格中生长固化。
⑤改性聚氨酯泡沫的风干：改性后的聚氨酯泡沫输送到密闭的专用烘干机中加热强力风干，让稀释剂挥发，温度60～80℃。挥发后的稀释剂与热空气混合后，通过专用冷凝装置回收，稀释剂去除后即可得到不同介电常数的改性聚氨酯泡沫。
由于复合改性剂粒径在N个微米级，可以均匀地生长在聚氨酯软泡的大分子结构中。利用工业显微镜，对聚氨酯软泡的改性前后进行测试观察，发现改性剂均匀地生长在聚氨酯软泡的大分子结构，见图1～6。
从图1～6中可以看出，聚氨酯泡沫改性前(图1)的泡孔大小在0.2～0.5mm之间，均匀分布；第一层(图2)球壳的改性聚氨酯泡沫材料，颜色较浅，改性剂均匀生长在聚氨酯泡孔壁上，没有片状改性剂；第二层(图3)球壳的改性聚氨酯泡沫材料，由于改性剂含量有所增加，聚氨酯泡沫颜色开始加深，改性剂均匀生长在聚氨酯泡孔壁上，聚集成片状的较少，片状亮点为泡孔壁横断面，长条为泡孔壁竖断面；第四层(图4)球壳的改性聚氨酯泡沫材料，由于改性剂含量进一步增加，聚氨酯泡沫颜色开始变黑，改性剂均匀生长在聚氨酯泡孔壁上，聚集成片状的较少，图中片状亮点为泡孔壁横断面，长条为泡孔壁竖断面；第六层(图5)球壳的改性聚氨酯泡沫材料，由于改性剂含量增加，聚氨酯泡沫颜色变黑，改性剂均匀生长在聚氨酯泡孔壁上，聚集成片状较明显，片状亮点为泡孔壁横断面，长条为泡孔壁竖断面；第八层(图6)球壳的改性聚氨酯泡沫材料，由于改性剂含量增加明显，聚氨酯泡沫颜色变黑，改性剂均匀生长在聚氨酯泡孔壁上，聚集成片状非常明显，片状亮点为泡孔壁横断面，长条为泡孔壁竖断面。
从微观结构看，随着1～8层改性剂含量增加，聚氨酯泡沫颜色明显变黑，改性材料明显聚集越多，但是各层改性剂是均匀生长在聚氨酯泡孔壁上，实现了聚氨酯泡沫的改性。
(3)低密度龙伯透镜的制备
本发明低密度龙伯透的安装方法和步骤示意图见图7。
所述的低密度人工介质龙伯透镜的制备方法包括如下内容：将切割好的各层泡沫瓣和球核输送到预先加工成型的专用半球形玻璃钢罩内，依次由外向内拼接各层介质球壳。
优选将每层介质球壳分为两个半球壳，每个半球壳按照4～8瓣的扇形瓣平分。
根据透镜球的尺寸，通过CAD软件，再将各层球壳分为两个半球壳，每个半球壳平分4～8瓣组块，平面展开后，形成4～8瓣的异形扇形瓣。
将改性风干后的聚氨酯泡沫输送到数控横竖切割机切割。其形状对聚氨酯泡沫进行数控异形加工，获得n-1层的每层8～16瓣的聚氨酯泡沫基材板和一个球核。
以半球壳玻璃钢罩中心为圆心，用泡沫胶将第一层的4～8瓣泡沫依次粘接在玻璃钢罩内，以此类推，装配第2层、第3层直至第n-1层，当第n-1层装配完成后，送到竖切机，以半球玻璃钢罩外沿为基准，将半球壳泡沫切平，第一半球壳装配完成。用同样的办法将另外半球壳装配完成。最后将球核装进半球壳内，将两个半球装配形成一个球体。
根据天线大小设计直径为600mm/800mm/1000mm/12000mm/14000mm1600mm的厚度为1～2mm轻质高强度玻璃钢罩。
按照半球直径设计半球磨具，玻璃钢罩的基材为厚度为1～2mm蜂窝状玻璃纤维布，按照半球4～8瓣展开图，数控切割蜂窝状玻璃纤维布。切好后在半球壳磨具内拼接成一个半球，将调好的配方的环氧树脂均匀喷洒在蜂窝状玻璃纤维布上，再利用气泵和吸嘴将多余的环氧树脂均匀地吸走，直到环氧树脂凝固，修磨上凝胶漆后，玻璃钢罩晾干即可完成。
玻璃钢罩制备完成后，放在预先设计制作的半圆球壳支架上，将改性后的第一层的聚氨酯泡沫扇形瓣依次放进半球玻璃钢罩，调整位置，使各瓣尖对准玻璃钢罩的顶点，各瓣之间不能有间隙均匀放置，第一层制作完毕。
然后再将第二层的聚氨酯泡沫扇形瓣依次放进第一层的半球壳内，调整位置，使各瓣尖对准玻璃钢罩的顶点，各瓣之间不能有间隙均匀放置。第二层制作完毕。
以此类推，分别安装第三、四、五、六、七层，最后将第八层球核装进半球壳内固定。
最后将两个半球装配形成一个球体，再用预先制备的浸润环氧树脂的直条玻璃纤维布将两个半球的接缝粘牢，晾干，本发明低密度人工介质龙伯透镜即制作成功。
对本发明制备得到的低密度人工介质龙伯透镜的性能进行测试，照测试标准：GY/T5088-2013《电视和调频广播发射天馈线系统技术指标及测量方法》。电压驻波比采用网络分析仪直接测量；天线系统增益采用比较法测量，方向图采用符合测量要求的自由空间测试场的方法测试。测试结果见表3：
表3
Figure BDA0002568946160000091
从测试结果可以看出，本发明龙伯透镜天线的各项指标基本满足了700MHz 5G天线的各项要求，各项性能指标优于同行厂家的板状天线的技术指标。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种改性聚氨酯泡沫，其特征在于，使用高介电常数复合改性剂对聚氨酯泡沫进行改性得到，所述高介电常数复合改性剂均匀生长在聚氨酯泡沫的三维网络结构中；所述高介电常数复合改性剂包括高介电常数添加剂和微量元素调节剂，高介电常数添加剂：微量元素调节剂的质量比为 1.5~2.5:1；所述微量元素调节剂选自金属粉和/或导电非金属；
所述改性聚氨酯泡沫中，改性剂的用量为聚氨酯泡沫的质量的 3~50%；
所述聚氨酯泡沫是聚氨酯软泡；
所述的改性聚氨酯泡沫的制备方法包括如下内容：
（1）改性剂的稀释：将高介电常数添加剂、微量元素调节剂、粘结剂、固化剂与稀释剂混合得稀释浆料；
（2）将聚氨酯泡沫预处理后再浸润在稀释浆料中，所述预处理为：将聚氨酯泡沫经过浓度 15~30%的NaOH水溶液处理，并经 0.5~2%的羧甲基纤维素水溶液处理和工业硅溶胶浸泡，通过挤压、翻动聚氨酯泡沫使稀释液与聚氨酯泡沫充分接触和混合，再将稀释剂去除后即得；
所述粘结剂选自硅橡胶和/或树脂；所述固化剂选自对羟基苯磺酸；所述稀释液选自汽油、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、白油中的一种或几种。
2. 根据权利要求 1 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，所述高介电常数添加剂：微量元素调节剂的质量比为 2:1。
3. 根据权利要求 1 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，所述金属粉选自金粉、银粉、铜粉、铝银粉中的一种或几种，所述导电非金属选自导电炭黑、石墨烯、碳纳管中的一种或几种。
4. 根据权利要求 1 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，所述高介电常数添加剂为钛酸铜钙，所述微量元素调节剂为铝银粉。
5. 根据权利要求 1 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，预处理使用的是 20%的NaOH 溶液和 1%的羧甲基纤维素水溶液；所述粘结剂为硅橡胶；所述稀释液选自汽油、乙酸丁酯、白油中的一种或几种。
6. 根据权利要求 5 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，所述稀释液为汽油和/或乙酸丁酯。
7. 根据权利要求 1 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，所述粘结剂的质量用量为改性剂质量的 1.5~2.5 倍；
所述固化剂的质量用量为粘结剂质量的 0.03~0.1 倍；
所述稀释液的体积用量为聚氨酯泡沫体积的 15%以上。
8. 根据权利要求 7 所述的改性聚氨酯泡沫，其特征在于，所述粘结剂的质量用量为改性剂质量的 2.0~2.2 倍；
所述固化剂的质量用量为粘结剂质量的 0.04~0.07 倍；
所述稀释液的体积用量为聚氨酯泡沫体积的 15~30%。
9. 一种低密度人工介质龙伯透镜，其特征在于，采用权利要求 1~8 任一项所述的改性聚氨酯泡沫制成。
10. 权利要求 9 所述的低密度人工介质龙伯透镜的制备方法，其特征在于，包括如下内容：将龙伯透镜分成多层的介质球壳和一个球核，将每层介质球壳分为若干组块，使其拼接后可形成完整的球或半球，将改性聚氨酯泡沫分别按照不同组块的形状和厚度、以及球核尺寸加工成型得到若干组块和球核，再将制得的组块和球核组装制成球形。
11. 权利要求 10 所述的低密度人工介质龙伯透镜的制备方法，其特征在于，组装方法为：先将最外层的介质球壳的组块在半球壳模具内拼接，再依次由外向内拼接各层介质球壳，最后将球核装进半球壳内，将两个半球装配形成一个球体。
12. 权利要求 10 所述的低密度人工介质龙伯透镜的制备方法，其特征在于，介质球壳组块的分割方式为：将每层介质球壳分为两个半球，并将每个半球分为若干绕半球顶点周向排布的扇形瓣。
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