CN112358711A - 一种磁-热耦合可调谐吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁‑热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末47‑67份、磁性颗粒30‑50份、补强颗粒0.4‑0.9份、防老剂1.6‑2.1份；通过将热塑性粉末与磁性颗粒熔融共混，并将该材料置于磁场下并进行加热处理，其热塑性基体会熔融，磁性颗粒会在磁场作用下产生重构，实现磁‑热耦合可调谐吸波特性，且磁性颗粒能够均匀分布于吸波材料中。该吸波材料具有较高力学强度及韧性，宽频、能够根据温度以及磁场变化自主调节吸收频带，可满足结构功能一体化需求。

Description

一种磁-热耦合可调谐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，具体涉及一种应用于力学强度大、最大吸收频点以及频带宽度可调谐的一种磁-热耦合可调谐吸波材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种能够使入射电磁波最大限度地进入到材料内部，并且能够被有效吸收，并将其转化成热能等其它形式的能量损耗掉或使电磁波因干涉而消失的一种功能材料。它们在电子对抗技术中有着重要的应用。同时在防止各种电磁波源的泄漏和对人体伤害等方面也有广泛的应用。但是随着相关领域研究工作的逐渐深入，传统吸波材料性能提升空间越来越小，表现为吸波频带窄、频段单一，不能根据磁场和温度场的改变而调节自身的电磁波吸收特性。在实时性、可控性以及重复性等方面有着很大的局限性。
因此，需要一种宽频、能够根据温度以及磁场变化自主调节吸收频带的高效可控电磁吸波材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种频、能够根据温度以及磁场变化自主调节吸收频带的高效可控电磁吸波材料及其制备方法。
本发明的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末47-67份、磁性颗粒30-50份、补强颗粒0.4-0.9份、防老剂1.6-2.1份；
进一步，所述吸波材料原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末57份、磁性颗粒40份、补强颗粒0.7份、防老剂1.8份；
进一步，所述热塑性粉末为聚己内酯、聚乙二醇中的一种或两种；所述补强颗粒为白炭黑、氧化锌中的一种或两种；
进一步，所述磁性颗粒为羰基铁粉、钕铁硼颗粒中的一种或两种；
进一步，所述磁性颗粒的平均粒径为2.6-8μm；
进一步，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本发明公开一种磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将原料混合后进行熔融共混处理；
b.将步骤a中获得的材料进行加热处理并同时施加磁场对材料进行预结构处理；
进一步，步骤a中，熔融处理的温度为50-60℃，时间为15-25min；
进一步，步骤b中，加热处理的温度为60-80℃，时间为10-20min，施加磁场的磁感应强度为100-450mT，处理时间为20-30min；
进一步，步骤b中，预结构处理后冷却至25-30℃得到内部具有不同颗粒排列的磁-热耦合可调谐吸波材料。
本发明的有益效果是：本发明公开的磁-热耦合可调谐吸波材料及其制备方法，通过将热塑性粉末与磁性颗粒熔融共混，并将该材料置于磁场下并进行加热处理，其热塑性基体会熔融，磁性颗粒会在磁场作用下产生重构，实现磁-热耦合可调谐吸波特性，且磁性颗粒能够均匀分布于吸波材料中。该吸波材料具有较高力学强度及韧性，宽频、能够根据温度以及磁场变化自主调节吸收频带，可满足结构功能一体化需求。本发明的工艺简单，材料成品易于成型，容易产业化。所制得的吸波材料可以应用于超构材料的制备，且可重复利用，也可以用于军事以及航空航天等领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明实施例一的吸波材料；
图3为磁场控制实施例一制得的吸波材料的实物图；
图4为实施例一制得的吸波材料的不同磁场阵列分布测试结果图；
图5为表1N-S型结构，不同颗粒含量的反射损耗及频带宽度；
图6为实施例一制得的吸波材料的重复性测试结果图；
图7为表2为N-S型结构，不同加热时长的反射损耗及频带宽度。
具体实施方式
实施例一
本实施例的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料的原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末67份、吸波颗粒30份、补强颗粒0.9份、防老剂2.1份。
本实施例中，所述热塑性粉末为聚己内酯，本实施例中，按照重量份将聚己内酯替换为聚乙二醇，或者替换为聚己内酯与聚乙二醇的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述的吸波颗粒为羰基铁粉，外形为球形，且其平均粒径为2.6μm。本实施例中，按重同等重量份将羰基铁粉替换为钕铁硼颗粒，或者替换为钕铁硼颗粒与羰基铁粉的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述补强颗粒为白炭黑和氧化锌的混合物，本实施例中，按照同等重量份将白炭黑和氧化锌的混合物替换为白炭黑、氧化锌中的一种，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本实施例的磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
本实施例中，所述吸波材料的制备方法包括如下步骤：
a、将热塑性粉末、吸波颗粒、补强颗粒、防老剂搅拌均匀后熔融共混至70℃，持续搅拌10min；
b、将步骤a的产物倒入模具中，在N-N型磁场阵列下(在磁感应强度为400mT)、温度为70℃下加热10min，磁场预结构处理30min。随后降低温度至30℃，即可制得磁-热耦合可调谐吸波材料。
实施例二
本实施例的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料的原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末67份、磁性颗粒50份、补强颗粒0.9份、防老剂2.1份；
本实施例中，所述热塑性粉末为聚乙二醇，本实施例中，按照重量份将聚乙二醇替换为聚己内酯，或者替换为聚己内酯与聚乙二醇的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述的吸波颗粒为钕铁硼颗粒，且其平均粒径为5μm。本实施例中，按重同等重量份将钕铁硼颗粒替换为羰基铁粉，或者替换为钕铁硼颗粒与羰基铁粉的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述补强颗粒为氧化锌，本实施例中，按照同等重量份将氧化锌替换为白炭黑，或替换为白炭黑和氧化锌的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本实施例中，所述吸波材料的制备方法包括如下步骤：
a、将热塑性粉末、吸波颗粒、补强颗粒、防老剂搅拌均匀后熔融共混至65℃，持续搅拌20min；
b、将步骤a的产物倒入模具中，在磁感应强度为100mT、温度为80℃下加热20min，磁场预结构处理20min，随后降低温度至25℃，即可制得磁-热耦合可调谐吸波材料。
实施例三
本实施例的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料的原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末47份、吸波颗粒50份、补强颗粒0.9份、防老剂2.1份。
本实施例中，所述热塑性粉末为聚乙二醇，本实施例中，按照重量份将聚乙二醇替换为聚己内酯，或者替换为聚己内酯与聚乙二醇的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述的吸波颗粒为羰基铁粉，外形为片状，且其平均粒径为8μm。本实施例中，按重同等重量份将羰基铁粉替换为钕铁硼颗粒，或者替换为钕铁硼颗粒与羰基铁粉的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述补强颗粒为白炭黑，本实施例中，按照同等重量份将白炭黑替换为氧化锌，或替换为白炭黑和氧化锌的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本实施例中，所述吸波材料的制备方法包括如下步骤：
a、将热塑性粉末、吸波颗粒、补强颗粒、防老剂搅拌均匀后熔融共混至70℃，持续搅拌20min；
b、将步骤a的产物倒入模具中，在磁感应强度为450mT、温度为90℃下加热15min，预结构处理30min，随后降低温度至27℃，即可制得磁-热耦合可调谐吸波材料。
实施例四
本实施例的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料的原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末47份、磁性颗粒30份、补强颗粒0.4份、防老剂1.6份；
本实施例中，所述热塑性粉末为聚乙二醇和聚己内酯的混合物，本实施例中，按照重量份将聚乙二醇替和聚己内酯的混合物替换为聚己内酯、聚乙二醇中的一种，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述的吸波颗粒为钕铁硼颗粒和羰基铁粉的混合物，且其平均粒径为4μm。本实施例中，按重同等重量份将钕铁硼颗粒替和羰基铁粉的混合物替换为钕铁硼颗粒、羰基铁粉中的一种，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述补强颗粒为白炭黑，本实施例中，按照同等重量份将白炭黑替换为氧化锌，或替换为白炭黑和氧化锌的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本实施例中，所述吸波材料的制备方法包括如下步骤：
a、将热塑性粉末、吸波颗粒、补强颗粒、防老剂搅拌均匀后熔融共混至50℃，持续搅拌20min；
b、将步骤a的产物倒入模具中，在磁感应强度为400mT、温度为60℃下加热12min，磁场预结构处理10min，随后降低温度至28℃，即可制得磁-热耦合可调谐吸波材料。
实施例五
本实施例的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料的原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末50份、磁性颗粒50份、补强颗粒0.5份、防老剂1.6份；
本实施例中，所述热塑性粉末为聚乙二醇和聚己内酯的混合物，本实施例中，按照重量份将聚乙二醇替和聚己内酯的混合物替换为聚己内酯、聚乙二醇中的一种，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述的吸波颗粒为钕铁硼颗粒和羰基铁粉的混合物，且其平均粒径为7μm。本实施例中，按重同等重量份将钕铁硼颗粒替和羰基铁粉的混合物替换为钕铁硼颗粒、羰基铁粉中的一种，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述补强颗粒为白炭黑，本实施例中，按照同等重量份将白炭黑替换为氧化锌，或替换为白炭黑和氧化锌的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本实施例中，所述吸波材料的制备方法包括如下步骤：
a、将热塑性粉末、吸波颗粒、补强颗粒、防老剂搅拌均匀后熔融共混至55℃，持续搅拌16min；
b、将步骤a的产物倒入模具中，在磁感应强度为200mT、温度为75℃下加热18min，磁场预结构处理12min，随后降低温度至30℃，即可制得磁-热耦合可调谐吸波材料。
实施例六
本实施例的一种磁-热耦合可调谐吸波材料，所述吸波材料的原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末57份、磁性颗粒40份、补强颗粒0.7份、防老剂1.8份。
本实施例中，所述热塑性粉末为聚己内酯，本实施例中，按照重量份将聚己内酯替换为聚乙二醇，或者替换为聚己内酯与聚乙二醇的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述的吸波颗粒为羰基铁粉，外形为球形，且其平均粒径为6μm。本实施例中，按重同等重量份将羰基铁粉替换为钕铁硼颗粒，或者替换为钕铁硼颗粒与羰基铁粉的混合物，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述补强颗粒为白炭黑和氧化锌的混合物，本实施例中，按照同等重量份将白炭黑和氧化锌的混合物替换为白炭黑、氧化锌中的一种，均能实现本发明的目的。
本实施例中，所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
本实施例的磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
本实施例中，所述吸波材料的制备方法包括如下步骤：
a、将热塑性粉末、吸波颗粒、补强颗粒、防老剂搅拌均匀后熔融共混至58℃，持续搅拌20min；
b、将步骤a的产物倒入模具中，在磁感应强度为300mT下、温度为70℃下加热16min，磁场预结构处理15min。随后降低温度至26℃，即可制得磁-热耦合可调谐吸波材料。
对实施例一制得的一种磁-热耦合可调谐吸波材料进行性能测试，测试方法为弓形法，测试结果如图5所示。
由图5可知，在微波暗室的条件下，利用本发明制得的吸波材料在2-18GHz的范围内，反射损耗最小为-28.27dB，吸收率达到90％以上的频带宽度为10.32GHz，具有良好的吸波性能。而本发明其余实施例的效果均优于实施例一。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种磁-热耦合可调谐吸波材料，其特征在于：所述吸波材料原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末47-67份、磁性颗粒30-50份、补强颗粒0.4-0.9份、防老剂1.6-2.1份。
2.根据权利要求1所述的磁-热耦合可调谐吸波材料，其特征在于：所述吸波材料原料按重量份包括以下组分：热塑性粉末57份、磁性颗粒40份、补强颗粒0.7份、防老剂1.8份。
3.根据权利要求1所述的磁-热耦合可调谐吸波材料，其特征在于：所述热塑性粉末为聚己内酯、聚乙二醇中的一种或两种；所述补强颗粒为白炭黑、氧化锌中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的磁-热耦合可调谐吸波材料，其特征在于：所述磁性颗粒为羰基铁粉、钕铁硼颗粒中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的磁-热耦合可调谐吸波材料，其特征在于：所述磁性颗粒的平均粒径为2.6-8μm。
6.根据权利要求1所述的磁-热耦合可调谐吸波材料，其特征在于：所述防老剂为2-硫醇基苯骈咪唑。
7.根据权利要求1所述的磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将原料混合后进行熔融共混处理；
b.将步骤a中获得的材料进行加热处理并同时施加磁场对材料进行预结构处理。
8.根据权利要求7所述的磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，熔融处理的温度为50-60℃，时间为15-25min。
9.根据权利要求8所述的磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，加热处理的温度为60-80℃，时间为10-20min，施加磁场的磁感应强度为100-450mT，处理时间为20-30min。
10.根据权利要求9所述的磁-热耦合可调谐吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，预结构处理后冷却至25-30℃得到内部具有不同颗粒排列的磁-热耦合可调谐吸波材料。
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