CN114031927B - 一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料及其制备方法，该铁基磁性泡沫吸波材料，按重量份计包括以下原料组分：铁基磁粉50‑65份；树脂15‑20份；气凝胶10‑32份；分散剂10‑15份；有机溶剂80‑120份；其中，所述铁基磁粉与气凝胶的质量比为1：0.2‑0.5。本发明铁基磁性泡沫吸波材料以铁基磁粉为主要吸波材料，通过配合泡沫树脂、气凝胶等原料，得到的吸波材料材质均匀，密度低，吸波性能好；该制备方法工艺简单，易于加工，可适用于大规模生产。

Description

一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是一种使入射电磁波最大限度地进入到材料内部，并且能够有效吸收衰减入射电磁波，将其转化成热能等其它形式的能量而损耗掉或使电磁波因干涉而消失的一种功能材料。
吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：1)电阻型损耗，此类吸收机制和材料的导电率有关的电阻性损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流越大，从而有利于电磁能转化成为热能；2)电介质损耗，它是一类和电极有关的介质损耗吸收机制，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等；3)磁损耗，此类吸收机制是一类和铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应等，其主要来源是和磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。
随着电子信息技术的发展，人们的生活逐渐被各种电磁辐射所包围，电磁辐射产生的电磁污染，不仅会干扰其它电子设备的使用，同时对人体的健康造成一定的损害。因此，使用吸波材料解决电磁波的辐射问题是未来电子产品发展方向。而铁基吸波材料是一种传统磁性吸波材料，具有吸波强度大、体积小、吸波效果好、成本低的特点，但其具有密度大、高温特性差等缺陷，使得其在制备过程中容易沉淀分层，造成材料分布不均匀、加工困难等问题，从而影响吸波材料的效果。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料及其制备方法，该铁基磁性泡沫吸波材料以铁基磁粉为主要吸波材料，通过配合泡沫树脂、气凝胶等原料，得到的吸波材料材质均匀，密度低，吸波性能好；该制备方法工艺简单，易于加工，可适用于大规模生产。
为实现上述目的，本发明提供一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，按重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：铁基磁粉50-65份；树脂15-20份；气凝胶10-32份；分散剂10-15份；有机溶剂80-120份；
其中，所述铁基磁粉与气凝胶的质量比为1：0.2-0.5。
本技术方案中利用铁基磁粉增加低频吸收，通过控制铁基磁粉与气凝胶的比例，可提高铁基磁粉的悬浮性能，得到的吸波材料分布均匀，同时由于气凝胶的混入，能形成微观的层次结构，增加吸波材料的立体结构，吸波效果更好，通过加入树脂，可提高吸波材料的机械性能，同时可降低其密度，提高吸波性能。本发明气凝胶颗粒直径在5-25nm，空隙率高。
进一步地，上述技术方案中，所述铁基磁粉为铁粉、羰基铁粉、铁锰合金粉、铁硅铝粉中的一种或几种。本技术方案中以铁基磁性粉为主要吸波材料，不仅吸波性能好，还可增加低频吸收，降低吸波材料厚度。
进一步地，上述技术方案中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2-3：1的混合物。
聚氨酯树脂是一种高分子化合物，具有热塑性、耐化学性和力学性能，作为泡沫塑料的聚氨酯分为硬泡和软泡2种，具有优良的弹性、伸长率、压缩强度和柔软性，以及良好的化学稳定性；环氧树脂是一种热固性树脂，作为多元醇直接加入聚氨酯组分中，可使胶的初黏、耐热性以及水解稳定性等都得到提高。本技术方案中通过控制聚氨酯树脂和环氧树脂的比例，得到泡沫化的吸波材料不仅热稳定性好，其力学性能也得到提高。
进一步地，上述技术方案中，所述气凝胶为硅气凝胶、碳气凝胶中的任一种。气凝胶，具有纳米网格结构，不仅密度极低，还具有高弹性、强吸附的优越性能，可作为隔热保温材料、吸音吸波材料使用。本技术方案中通过在铁基磁性吸波材料引入气凝胶，不仅在加工时可带动铁基磁粉悬浮，更容易混匀，得到分布均匀的吸波材料，同时由于其具有纳米网格结构，得到的吸波材料更具有网格的立体结构，可增加磁的损耗，且可以引入硅、碳等多孔材料，增加界面极化损耗，吸波效果更好。
进一步地，上述技术方案中，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基苯磺酸钠中的任一种；所述有机溶剂为乙醇、丙酮、二甲苯中的任一种。
进一步地，上述技术方案中，所述基磁性泡沫吸波材料的吸波范围在1.2-15GHz。
本发明还提供一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉和分散剂加入到S2的树脂液中，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀2-4h，得到胶料；
S4.将一半的气凝胶加入到S3的胶料中，采用气泵搅拌2-3h，然后静置1-2h，得到一次悬浮胶料；
S5.将另一半的气凝胶加入到S4的一次悬浮胶料中，采用气泵搅拌2-4h，静置1-2h，得到二次悬浮胶料；
S6.将S5中二次悬浮胶料倒入模具中，然后置于真空干燥箱中烘干，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
进一步地，上述技术方案，S3中，所述铁基磁粉在使用前可预先进行表面处理，所述表面处理的方法为：将铁基磁粉加入到酸液中浸泡1-2h，期间搅拌2-3次，然后用清水冲洗2-3次，干燥即可。铁基磁粉表面疏松多孔，本技术方案中通过对铁基磁粉表面用酸液进行处理，可以增大其孔隙度，提高其悬浮性。
进一步地，上述技术方案S4、S5中，所述气泵搅拌的气量为0.1-0.2m3/h。本技术方案中采用气泵搅拌，产生的气泡吸附在铁基磁粉表面，可提高其悬浮性，有利于各原料的分布均匀。
进一步地，上述技术方案S7中，所述真空干燥温度为76-105℃，烘干时间为3-8h。
本发明具有的有益效果是：
本发明利用铁基磁粉为主要吸波材料可增加低频吸收；通过控制铁基磁粉与气凝胶的比例，可提高铁基磁粉的悬浮性能，有利于吸波材料的均匀分布，同时由于气凝胶的混入，形成立体纳米网格结构，可增加吸波材料的立体空间结构，增大吸波材料内部磁损耗，同时还可引入硅、碳等多孔材料，增加界面极化和磁损耗，吸波效果更好；通过加入泡沫树脂，不仅可提高吸波材料的机械性能和热稳定性，同时可增加其孔隙度、降低密度，提高吸波性能；
本发明制备方法通过对铁基磁粉预先进行表面处理，孔隙度增加，使得铁基磁粉更易于与其它原料混合，提高均匀性，同时还能提高其悬浮性；通过两次气凝胶悬浮，提高悬浮液的稳定性，采用气泵搅拌进一步提高其均匀性，同时可以引入一定的气泡，增加孔隙结构，提高吸波材料的吸波性能；该制备方法工艺简单，易于操作，得到的铁基磁性泡沫吸波材料材质均匀，密度低，吸波效果好。
具体实施方式
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶10份脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2：1的混合物。
其制备方法具体包括以下步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉和分散剂加入到S2的树脂液中，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀2h，得到胶料；
S4.将一半的气凝胶加入到S3的胶料中，采用气量为0.1m3/h的气泵搅拌3h，然后静置2h，得到一次悬浮胶料；
S5.将另一半的气凝胶加入到S4的一次悬浮胶料中，采用气量为0.1m3/h的气泵搅拌2h，静置1h，得到二次悬浮胶料；
S6.将S5中二次悬浮胶料倒入模具中，然后置于温度为76℃的真空干燥箱，烘干8h，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
实施例2
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶10份；脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2：1的混合物。
其制备方法具体包括以下步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉预先加入到酸液中浸泡1h，期间搅拌3次，然后用清水冲洗3次，干燥后加入到S2的树脂液中，同时加入分散剂，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀2h，得到胶料；
S4.将一半的气凝胶加入到S3的胶料中，采用气量为0.1m3/h的气泵搅拌3h，然后静置2h，得到一次悬浮胶料；
S5.将另一半的气凝胶加入到S4的一次悬浮胶料中，采用气量为0.1m3/h的气泵搅拌2h，静置1h，得到二次悬浮胶料；
S6.将S5中二次悬浮胶料倒入模具中，然后置于温度为76℃的真空干燥箱，烘干8h，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
实施例3
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：铁锰合金粉55份；树脂15份；碳气凝胶15份；十二烷基苯磺酸钠12份；丙酮100份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2.5：1的混合物。
其制备方法具体包括以下步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉预先加入到酸液中浸泡1h，期间搅拌3次，然后用清水冲洗2次，干燥后加入到S2的树脂液中，同时加入分散剂，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀3h，得到胶料；
S4.将一半的气凝胶加入到S3的胶料中，采用气量为0.15m3/h的气泵搅拌2.5h，然后静置1.5h，得到一次悬浮胶料；
S5.将另一半的气凝胶加入到S4的一次悬浮胶料中，采用气量为0.15m3/h的气泵搅拌3h，静置1.5h，得到二次悬浮胶料；
S6.将S5中二次悬浮胶料倒入模具中，然后置于温度为85℃的真空干燥箱，烘干5h，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
实施例4
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：铁硅铝粉65份；树脂20份；碳气凝胶32份；十二烷基苯磺酸钠15份；二甲苯120份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为3：1的混合物。
其制备方法具体包括以下步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉预先加入到酸液中浸泡2h，期间搅拌2次，然后用清水冲洗2次，干燥后加入到S2的树脂液中，同时加入分散剂，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀4h，得到胶料；
S4.将一半的气凝胶加入到S3的胶料中，采用气量为0.2m3/h的气泵搅拌2h，然后静置1h，得到一次悬浮胶料；
S5.将另一半的气凝胶加入到S4的一次悬浮胶料中，采用气量为0.2m3/h的气泵搅拌4h，静置2h，得到二次悬浮胶料；
S6.将S5中二次悬浮胶料倒入模具中，然后置于温度为105℃的真空干燥箱，烘干3h，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
对比例1
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶50份；脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2：1的混合物。其制备方法同实施例2。
对比例2
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶5份；脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2：1的混合物。其制备方法同实施例2。
对比例3
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶10份；脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为1：1的混合物。其制备方法同实施例2。
对比例4
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶10份；脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为4：1的混合物。其制备方法同实施例2。
对比例5
一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：羰基铁粉50份；树脂15份；硅气凝胶10份；脂肪醇聚氧乙烯醚10份；乙醇80份；其中，所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2：1的混合物。
其制备方法具体包括以下步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉预先加入到酸液中浸泡1h，期间搅拌3次，然后用清水冲洗3次，干燥后加入到S2的树脂液中，同时加入分散剂，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀2h，得到胶料；
S4.将气凝胶加入到S3的胶料中，采用气量为0.1m3/h的气泵搅拌3h，然后静置2h，得到悬浮胶料；
S5.将S4中悬浮胶料倒入模具中，然后置于温度为76℃的真空干燥箱，烘干8h，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
性能测试：
对实施例1-4和对比例1-5所制备的铁基磁性泡沫吸波材料的性能进行检测，结果如表1所示。
表1 测试结果表
Figure BDA0003376153060000101
从表1的测试结果可以看出，本发明实施例1-4方法制备的铁基磁性泡沫吸波材料结构分布均匀、孔隙度好，密度低，在1.2-15GHz吸波范围内，反射率可达到-36dB，吸波性能好；经过酸液表面处理后铁基磁性，综合性能更好。
对比例1中使用过量气凝胶，虽然孔隙度好，但是制备过程中出现轻微分层现象；对比例2中使用少量气凝胶，达不到悬浮铁基磁性的目的，制备过程中仍容易分层；对比例3中泡沫树脂聚氨酯使用过少，不利于泡沫化，孔隙度较差，增加吸波材料的密度；对比例4中泡沫树脂聚氨酯使用过量，虽然泡沫化效果好，但是加工性能整体不如实施例2；对比例5中制备过程中未分两次悬浮，得到的吸波材料其综合性能略差于实施例2。
综上可知，本发明铁基磁性泡沫吸波材料以铁基磁粉为主要吸波材料，通过配合泡沫树脂、气凝胶等原料，得到的吸波材料材质均匀，密度低，吸波性能好；该制备方法工艺简单，易于加工，可适用于大规模生产。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，按重量份计，所述铁基磁性泡沫吸波材料包括以下原料组分：铁基磁粉50-65份；树脂15-20份；气凝胶10-32份；分散剂10-15份；有机溶剂80-120份；
其中，所述铁基磁粉与气凝胶的质量比为1：0.2-0.5；
所述树脂为聚氨酯树脂和环氧树脂质量比为2-3：1的混合物；
所述铁基磁性泡沫吸波材料的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.按配比称取各原料，备用；
S2.将树脂溶于有机溶剂中，并充分搅拌均匀，得到树脂液；
S3.将铁基磁粉和分散剂加入到S2的树脂液中，搅拌均匀，然后用超声波继续混匀2-4h，得到胶料；
S4.将一半的气凝胶加入到S3的胶料中，采用气泵搅拌2-3h，然后静置1-2h，得到一次悬浮胶料；
S5.将另一半的气凝胶加入到S4的一次悬浮胶料中，采用气泵搅拌2-4h，静置1-2h，得到二次悬浮胶料；
S6.将S5中二次悬浮胶料倒入模具中，然后置于真空干燥箱中烘干，得到铁基磁性泡沫吸波材料。
2.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，所述铁基磁粉为羰基铁粉、铁锰合金粉、铁硅铝粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，所述气凝胶为硅气凝胶、碳气凝胶中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基苯磺酸钠中的任一种；所述有机溶剂为乙醇、丙酮、二甲苯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，所述铁基磁性泡沫吸波材料的吸波范围在1.2-15GHz。
6.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，S3中，所述铁基磁粉在使用前预先进行表面处理，所述表面处理的方法为：将铁基磁粉加入到酸液中浸泡1-2h，期间搅拌2-3次，然后用清水冲洗2-3次，干燥即可。
7.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，S4、S5中，所述气泵搅拌的气量为0.1-0.2m3/h。
8.根据权利要求1所述的一种低频吸波的铁基磁性泡沫吸波材料，其特征在于，S6中，所述真空干燥箱的温度为76-105℃，烘干时间为3-8h。
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