CN112409936B - 一种低频磁介复合吸波贴片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低频磁介复合吸波贴片及其制备方法,该吸波贴片由磁介复合电磁波吸收剂、功能助剂与热塑性橡胶组成;其中磁介复合电磁波吸收剂为磁性片状金属合金粉和介电型MAX相陶瓷粉末的复合物,占所述吸波贴片总质量的40~80%。本发明还包括所述低频磁介复合吸波贴片的制备方法。本发明低频磁介复合吸波贴片不仅在2GHz‑9GHz的微波低频段具有反射损耗均优于‑10dB的宽频强吸收性能,也具有厚度薄、面密度低、耐高低温以及可贴附在任意形状目标表面的优点,在军事雷达隐身技术和民用电子产品的电磁兼容领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸波材料,尤其是涉及一种低频磁介复合吸波贴片及其制备方法。
背景技术
随着以5G通讯为代表的无线微波通讯技术的发展,通讯基站等工业电子设备及家用电脑、平板等电子产品数量日益增大且往功能多样化、体积小型化发展,工作频率多集中于微波低频段的L、S、C波段,单位空间内集成了更多的微波信号源势必引起电子产品内部的电磁干扰和造成周边生活空间电磁污染的问题;为了解决上述电磁干扰和电磁污染问题,提出了研制具有宽频吸收带宽、厚度薄、面密度低的吸波材料需求。
目前,微波低频段的吸波材料均存在厚度大和吸收带宽窄的问题,根据四分之一干涉相消理论模型,吸波材料在厚度较薄的情况下,若希望吸收峰值位于微波低频段,则需要吸波材料兼具强介电损耗和磁损耗能力。磁性金属合金微粉具有高饱和磁化强度和低矫顽力,在微波低频段仍可保持高磁导率和高磁损耗值,特别是具有形状各向异性的二维片状金属合金微粉更适合用做微波低频段的电磁波吸收剂材料,但片状金属合金微粉本身易氧化以及耐腐蚀性能不佳,在高温和酸碱环境使用时需要降低添加量。化学通式表达为MN+ 1AXN(M代表过渡金属元素,A代表主族族元素,X为碳或氮,N=1, 2, 3…)的新型三元层状碳化物或者氮化物(统称MAX相)兼具优异的导电性、强介电损耗以及优良的耐高温、抗氧化性、耐腐蚀性等性能,是颇具潜力的微波低频段电磁吸收剂材料。
但是,MAX相材料缺乏磁损耗机制,使其所述优良特性难以得到充分发挥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种在微波低频段(包括L、S、C波段)具有良好吸波特性,而且厚度薄、面密度低、耐高低温、阻燃等级高,可贴附在任意形状目标表面的低频磁介复合吸波贴片及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:一种低频磁介复合吸波贴片,由磁介复合电磁波吸收剂、功能助剂与热塑性橡胶组成;其中,磁介复合电磁波吸收剂为磁性片状金属合金粉和介电型MAX相陶瓷粉末的复合物。
进一步,所述磁性片状金属合金粉为二维片状软磁金属合金粉。
进一步,所述二维片状软磁金属合金粉包括但不限于二维片状FeCoZr合金粉、二维片状FeSi合金粉、二维片状FeSiAl合金粉、二维片状FeSiCr合金粉、二维片状FeSiAlCr合金粉等中的一种或几种;粉末粒径D50>80μm,占吸波贴片总质量的10~50%。
进一步,所述介电型MAX相陶瓷粉末为一类三元层状碳化物或者氮化物。
进一步,所述三元层状碳化物或者氮化物包括但不限于Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、V2AlC、Ti2AlN、Nb3As2C、Nb3P2C、Ta3P2C和V3As2C中的一种或几种,纯度98%以上,粒度过200目筛网,占吸波贴片总质量的30~60%。
进一步,所述功能助剂包括但不限于阻燃剂、润湿分散剂、流平剂、硫化剂、增塑剂、增韧剂中的一种或几种;占吸波片总质量的2~10%。
进一步,所述热塑性橡胶包括但不限于聚氨酯橡胶、丁晴橡胶、三元乙丙橡胶、聚稀烃橡胶、丙乙烯类橡胶和聚氯乙烯橡胶等弹性体材料中的一种或几种;占吸波片总质量的5~15%。
进一步,所述低频磁介复合吸波贴片的厚度和面密度,根据需要可调,作为优选,厚度为1mm~3mm、面密度为1.5kg/m2~3.5kg/m2。
本发明低频磁介复合吸波贴片的制备方法,包括但不限于流延法、涂布法、压延法、旋涂法等。
优选采用压延工艺,具体包括下列步骤:
(1)将橡胶颗粒、功能助剂及磁性片状金属合金粉和介电型MAX相陶瓷粉末放入密炼设备中加热至40℃~60℃,搅拌混合2h~4h,制得混炼均匀的预混料;
(2)将预混料进行破碎并过100目以上震动筛网,得到颗粒均匀的混合料;
(3)利用包括喂料机、开炼机、切膜机以及收卷机的压延设备生产线,基
于双辊开炼机的滚筒热压原理将混合料加工成设定厚度和宽度的吸波卷材;
(4)根据实际应用要求,对吸波卷材进行背胶并按所需尺寸和形状进行裁剪,即得到低频磁介复合吸波贴片产品。
进一步,所述压延设备生产线的工艺参数可调,包括有:双辊开炼机的滚筒直径和工作宽度分别为Φ150mm、400mm,滚筒间距1mm~3mm,滚筒工作温度为70℃~90℃、转动线速度0.5 m/min~1.5 m/min。
与现有技术相比,本发明具有以下突出优点:(1)本发明低频磁介复合吸波贴片采用具有高磁导率的磁性片状金属合金粉和高介电损耗的MAX相陶瓷粉复合材料作为电磁波吸收剂,在厚度较小(<2.0mm)的情况下,吸波贴片在2GHz-9GHz的微波低频段(包括L、S、C波段)具有反射损耗均优于-10dB的宽频强吸收性能,能很好满足现役电子产品应用需求;(2)本发明吸波贴片采用热塑性橡胶并填充有功能助剂,获得的吸波贴片产品耐温性能满足-30℃~120℃,且不脆化、不开裂,阻燃性能满足UL94-V0,符合RoHs、卤素、Reach等各行业环保要求,实际应用性更强;(3)本发明制备方法可实现连续批量制备,生产效率高,成本低,非常利于产业化应用。
附图说明
图1是本发明实施例1中使用的片状金属合金磁粉SEM图;
图2是本发明实施例1中使用的介电型MAX相SEM图;
图3是本发明实施例1产品在0.1GHz-18GHz频段的电磁参数图;
图4是本发明实施例1产品在0.1GHz-18GHz频段的反射损耗曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。需要指出的是,所描述的仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,这些实施例不得用于解释对本申请权利要求请求保护范围的限制。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变更或修饰,都属于本申请权利要求的保护范围。
实施例1
本实施例中,橡胶为聚氨酯橡胶弹性体,填充的功能助剂有阻燃剂、润湿分散剂、硫化剂、增塑剂和增韧剂,填充的电磁波吸收剂是片状FeSiCr磁粉和Ti3SiC2MAX相陶瓷粉,低频磁介复合吸波贴片厚度为1.5mm、面密度为3.2kg/m2。
本实施例低频磁介复合吸波贴片的制备方法,包括以下步骤:
(1)将1.0kg三元乙丙橡胶颗粒、1.5kg片状FeSiCr磁粉、2.0kgTi3SiC2 MAX
相陶瓷粉以及0.2kg阻燃剂、0.04kg润湿分散剂、0.03kg硫化剂和0.01kg增塑剂
放入密炼设备中加热至60℃,搅拌混合2h,制得混炼均匀的预混料;
(2)将所述预混料进行破碎,过150目震动筛网,得到颗粒均匀细小
的混合料;
(3)将直径为Φ150mm、工作宽度为400mm的双辊开炼机的滚筒间距调至
1.5mm,滚筒工作温度设置为80℃、转动线速度调至0.5 m/min;利用包括喂料机、开炼机、切膜机以及收卷机的压延设备生产线,基于双辊开炼机的滚筒热压原理将混合料加工成厚度为1.5mm、宽度为400mm的吸波卷材;
(4)根据实际应用要求对吸波卷材进行背胶,背胶厚度5μm,最后,进行裁剪,即得低频磁介复合吸波贴片产品。
图1为三元乙丙橡胶中填充的片状FeSiCr金属合金磁粉SEM图,从图1可以看出,磁粉呈现二维片状微观结构,具有大长径比。
图2为三元乙丙橡胶中填充的介电型Ti3SiC2 MAX相陶瓷粉SEM图,可见陶瓷颗粒均匀、粒度大小分布集中。
基于安捷伦型号为 N5230A的矢量网络分析仪,利用同轴法测试了本发明实施例1产品在0.1GHz-18GHz频段的电磁参数(复介电常数和复磁导率),测试结果如附图3所示。可知,实施例1产品具有较高复介电常数和高的复磁导率,表明既具有强介电损耗和强磁损耗能力,又可获得良好的阻抗匹配特性。
利用基于矢量网络分析仪搭建的弓形法测试系统测试了本发明实施例1产品在0.1GHz-18GHz频段的反射损耗值,如图4所示,实施例1产品在微波低频段2GHz-9GHz(S、C波段)的反射损耗值均优于-10dB,在1GHz-2GHz的L波段反射损耗优于-5dB,获得了优异的宽频强吸波性能。
实施例2
本实施例中,橡胶为聚烯烃弹性体橡胶,填充的功能助剂有阻燃剂、润湿分散剂、硫化剂和增塑剂,填充的电磁波吸收剂是片状FeSiAl和Ti3AlC2MAX相陶瓷粉,低频磁介复合吸波贴片厚度为1.5mm、面密度为3.2kg/m2。
本实施例低频磁介复合吸波贴片的制备方法,包括以下步骤:
(1)将1.2kg聚烯烃弹性体橡胶颗粒、1.0kg片状FeSiAl磁粉、1.5kgTi3AlC2
MAX相陶瓷粉以及0.4kg阻燃剂、0.03kg润湿分散剂、0.04kg硫化剂、0.01kg增塑剂和0.01kg增韧剂放入密炼设备中加热至50℃搅拌混合4h,制得混炼均匀的预混料;
(2)将所述预混料进行破碎,过120目震动筛网,得到颗粒均匀细小的混
合料;
(3)将直径为Φ150mm、工作宽度为400mm的双辊开炼机的滚筒间距调至
2.0mm,滚筒工作温度设置为70℃、转动线速度调至0.6 m/min;利用包括喂料机、开炼机、切膜机以及收卷机的压延设备生产线,基于双辊开炼机的滚筒热压原理,将所述混合料加工成厚度为2.0mm、宽度为400mm的吸波卷材;
(4)根据实际应用要求对吸波卷材进行背胶,背胶厚度5μm,最后进行裁剪,即得低频磁介复合吸波贴片产品。
实施例3
本实施例中,橡胶为聚氨酯橡胶弹性体,填充的功能助剂有阻燃剂、润湿分散剂、硫化剂和增塑剂,填充的电磁波吸收剂是片状FeCoZr磁粉和Ti3SiC2MAX相陶瓷粉,低频磁介复合吸波贴片厚度为1.0mm、面密度为2.8kg/m2。
本实施例低频磁介复合吸波贴片的制备方法,包括以下步骤:
(1)将0.8kg聚氨酯橡胶颗粒、1.2kg片状FeCoZr磁粉、1.5kgTi3SiC2 MAX
相陶瓷粉以及0.2kg阻燃剂、0.04kg润湿分散剂、0.02kg硫化剂、0.01kg增塑剂和0.01kg增韧剂放入密炼设备中加热至60℃搅拌混合3h,制得混炼均匀的预混料;
(2)将所述预混料进行破碎并过150目以上震动筛网,得到颗粒均匀
细小的混合料;
(3)将直径为Φ150mm、工作宽度为400mm的双辊开炼机的滚筒间距调至
1.0mm,滚筒工作温度设置为70℃、转动线速度调至0.8 m/min;利用包括喂料机、开炼机、切膜机以及收卷机的压延设备生产线,基于双辊开炼机的滚筒热压原理,将所述混合料加工成厚度为1.0mm、宽度为400mm的吸波卷材;
(4)根据实际应用要求对吸波卷材进行背胶,背胶厚度5μm,最后裁剪,即得到低频磁介复合吸波贴片产品。
Claims (7)
1.一种低频磁介复合吸波贴片,其特征在于:由磁介复合电磁波吸收剂、功能助剂与热塑性橡胶组成;其中磁介复合电磁波吸收剂为磁性片状金属合金粉和介电型MAX相陶瓷粉末的复合物;
所述磁性片状金属合金粉为二维片状FeCoZr合金粉、二维片状FeSi合金粉、二维片状FeSiAl合金粉、二维片状FeSiCr合金粉、二维片状FeSiAlCr合金粉中的一种或几种,粉末粒径D50>80μm,占吸波贴片总质量的10~50%;
所述介电型MAX相陶瓷粉末为Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、V2AlC、Ti2AlN、Nb3As2C、Nb3P2C、Ta3P2C和V3As2C中的一种或几种,纯度98%以上,粒度过200目筛网,占吸波贴片总质量的30~60%;
所述热塑性橡胶占吸波贴片总质量的5~15%。
2.如权利要求1所述的低频磁介复合吸波贴片,其特征在于:所述功能助剂为阻燃剂、润湿分散剂、流平剂、硫化剂、增塑剂、增韧剂中的一种或几种,占吸波片总质量的5~20%。
3.如权利要求1或2所述的低频磁介复合吸波贴片,其特征在于:所述热塑性橡胶为聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、聚烯烃橡胶中的一种或几种。
4.如权利要求1或2所述的低频磁介复合吸波贴片,其特征在于:所述低频磁介复合吸波贴片的厚度为1mm~3mm、面密度为1.5kg/m2~3.5kg/m2。
5.如权利要求3所述的低频磁介复合吸波贴片,其特征在于:所述低频磁介复合吸波贴片的厚度为1mm~3mm、面密度为1.5kg/m2~3.5kg/m2。
6.一种如权利要求1-5之一所述低频磁介复合吸波贴片的制备方法,其特征在于:包括下列步骤:
(1)将热塑性橡胶颗粒、功能助剂及磁性片状金属合金粉和介电型MAX相陶瓷粉末放入密炼设备中,加热至40℃~60℃搅拌混合2h~4h,制得混炼均匀的预混料;
(2)将所述预混料进行破碎并过100目以上震动筛网,得到颗粒均匀的混合料;
(3)利用包括喂料机、开炼机、切膜机以及收卷机的压延设备生产线,基
于双辊开炼机的滚筒热压原理将混合料加工成设定厚度和宽度的吸波卷材;
(4)根据实际应用要求对吸波卷材进行背胶,然后按所需尺寸和形状进行裁剪,即得到低频磁介复合吸波贴片产品。
7.如权利要求6所述低频磁介复合吸波贴片的制备方法,其特征在于:所
述压延设备生产线的关键工艺参数包括:双辊开炼机的滚筒直径和工作宽度分别为Φ150mm、400mm,滚筒间距1mm~3mm可调,滚筒工作温度为70℃~90℃、转动线速度0.5 m/min~1.5 m/min。
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