CN114214871A - 一种涂覆型吸波芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种涂覆型吸波芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法，属于功能材料技术领域，该涂覆型吸波芳纶纸包括芳纶纸和涂覆于芳纶纸表面的吸波层，吸波层的成分包括吸收剂和树脂体系，厚度为0.02mm～0.1mm，其中吸收剂与树脂体系之间的体积比为1:1～1:5。该涂覆型吸波芳纶纸既具有高的电磁损耗、稳定的电磁参数、大的电磁参数调控范围，同时具有很好的力学性能。

Description

一种涂覆型吸波芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂覆型吸波芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
芳纶纸蜂窝是一种新型的轻质结构夹芯材料，具有密度低、力学性能高、耐热性能好等优点，主要用于轻质夹层结构中。芳纶纸蜂窝具有优异的电磁波透过性能，不具有电磁波吸收性能，无法直接用于吸波领域。通过物理或化学方法，对芳纶纸蜂窝进行改性处理，得到芳纶吸波蜂窝，应用于轻质夹层结构中，可满足结构/吸波一体化的需求。
基于上述背景，若要开发具有电磁损耗功能的芳纶纸吸波蜂窝，常规的思路则是通过在芳纶纸透波蜂窝壁上引入电磁波吸收剂的方式来实现。目前，现有芳纶纸吸波蜂窝大多通过先将不具有电磁损耗功能的普通芳纶纸制备成芳纶纸透波蜂窝，再在芳纶纸透波蜂窝的蜂窝壁上浸渍电磁波吸收剂胶液，最后固化成型的工艺过程实现。浸渍工艺无法应用大长径比碳纤维和磁性纤维类吸收剂，导致芳纶纸吸波蜂窝磁损耗性能低，另外浸渍工艺可控性差，造成芳纶纸吸波蜂窝的电磁性能稳定性不高。另外一种思路是在芳纶纸抄造过程中将碳纤维、磁性纤维或片状磁性吸收剂等混杂到纸浆中，制备具有介电损耗或磁损耗的吸波芳纶纸，再将吸波芳纶纸制备成芳纶纸吸波蜂窝。其中，掺混碳纤维形成的吸波蜂窝多针对高频电磁波吸收，而针对低频电磁波吸波则需要掺混磁性吸收剂。常用的磁性吸收剂主要为片状或纤维状，有利于掺混造纸工艺的实现，从而实现磁性吸收剂在芳纶纸吸波蜂窝中的应用，获得较高的磁损耗性能。该方法受制于掺混造纸工艺，只能加入纤维类或尺寸较大的片状吸收剂。还有一种思路是将吸收剂浆料涂覆于芳纶纸表面，形成吸波芳纶纸，再进行蜂窝的制备，获得芳纶吸波蜂窝。该方法适用于引入各种类型的吸收剂，满足不同的应用需求，且吸收剂加入量可控，可获得较高的电磁损耗能力。目前该种磁损耗芳纶纸吸波蜂窝还未见报道。
发明专利CN1570271A公开了一种磁性纤维芳纶纤维合成纸及湿法抄造方法，该合成纸由芳纶纤维、磁性纤维和粘结纤维组成，并且经过表面施胶处理，该合成纸并不适合制作吸波蜂窝，原因是该合成纸添加熔点较低的聚酯纤维或聚苯硫醚纤维作为粘结纤维，其热压后易收缩变形，导致基于该合成纸制造的蜂窝高温尺寸稳定性差，另外该合成纸表面进行施胶处理，其对树脂的浸透性降低，导致基于该合成纸制作的蜂窝力学性能差。发明专利申请CN110258172A公开了一种高性能磁性纤维/间位芳纶沉析纤维纸基复合材料及其制备方法，该纸基复合材料由芳纶沉析纤维和磁性纤维组成，该纸基复合材料也不适合制作吸波蜂窝，原因是该纸基复合材料不含芳纶短切纤维，其力学性能低，导致基于该纸基复合材料制作的蜂窝力学性能差。CN1570271A公开的合成纸和CN110258172A公开的纸基复合材料均不是面向吸波用途，因此均未公开如何根据所需吸收的电磁波波长选择磁性纤维的长度与添加量，无法直接用于芳纶纸吸波蜂窝制作。
发明专利申请CN112553942A公开了一种介电损耗芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法，是在芳纶纸造纸过程中加入碳纤维吸收剂。具体制备过程为将碳纤维、芳纶短切纤维、芳纶浆粕、水和分散剂进行混合，搅拌均匀后形成吸波纸浆，再造纸后获得吸波芳纶纸；利用吸波芳纶纸制备吸波蜂窝，蜂窝制备工艺包括粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干、固化等步骤。该专利中的吸波蜂窝仅加入了碳纤维吸收剂，因此仅具有介电损耗能力不具有磁性损耗能力，其主要针对高频电磁波的吸收
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种既具有高的电磁损耗、稳定的电磁参数、大的电磁参数调控范围，高的力学性能的吸波芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：
一种涂覆型吸波芳纶纸，包括芳纶纸和涂覆于芳纶纸表面的吸波层，吸波层的成分包括吸收剂和树脂体系，厚度为0.02mm～0.1mm，其中吸收剂与树脂体系之间的体积比为1:1～1:5。
进一步地，吸收剂为炭黑、碳纤维、羰基铁粉、铁氧体、片状或纤维状铁硅铝、铁纤维中的一种或几种。
进一步地，吸收剂具体根据吸收电磁波的频段进行选择，针对2GHz以下电磁波的吸收，选用片状、纤维状铁硅铝、羰基铁粉中的一种作为吸收剂；针对2～18GHz频段电磁波的吸收，选用羰基铁粉、铁氧体、炭黑、碳纤维一种或几种作为吸收剂；针对18GHz以上频段电磁波的吸收，选用炭黑或碳纤维中的一种作为吸收剂。
进一步地，树脂体系为氰酸酯树脂、双马树脂、酚醛树脂等耐高温树脂中的一种，本发明采用的树脂耐热性满足最终芳纶纸蜂窝制备要求，能在吸收剂和芳纶纸之间起到较强的结合力。
一种吸波蜂窝，由上述的涂覆型吸波芳纶纸通过蜂窝制备方法制备得到，该制备方法的步骤包括粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干及固化，属于公知技术，具体工艺参数，根据实际生产需要进行确定。
一种涂覆型吸波芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：
1)配置吸收剂浆料，吸收剂浆料的成分包括吸收剂、树脂体系和有机溶剂，其中吸收剂与树脂体系之间的体积比为1:1～1:5；本步骤通过有机溶剂的添加量来调节浆料的粘度，使吸收剂浆料具有良好的工艺性，适合于后续的涂覆工艺；
2)涂覆吸收剂浆料及烘干，采用喷涂或丝网印刷的方式，将吸收剂浆料涂覆于芳纶纸表面，待溶剂挥发后，进行烘干固化处理，获得吸波芳纶纸。根据吸波蜂窝的电性能设计，确定涂覆吸收剂浆料的量。本步骤采用的喷涂或丝网印刷方法为本领域公知技术，本领域技术人员根据实际情况选择合适的涂覆工艺。
进一步地，吸收剂浆料的粘度为500～50000cps。粘度的选择是为了满足涂覆工艺的要求，粘度值太大，浆料太粘稠，无法涂覆；而粘度值太小，浆料流动性好，很难成膜。
进一步地，有机溶剂为丙酮、二甲苯、正丁醇中的一种，其用量根据浆料工艺性要求确定。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明选用的芳纶纸为一般芳纶纸，其表面需为粗糙状态，可浸润吸收剂浆料，保证吸收剂浆料与芳纶纸的粘接力。在芳纶纸上直接涂覆吸收剂浆料，获得吸波芳纶纸，根据所需吸收的电磁波波长选择特定长度范围和特定含量范围的吸收剂，使吸波芳纶纸具有高的电磁损耗能力；其中，吸收剂是起到吸波作用；树脂是起到粘接作用，将吸收剂均匀的粘于芳纶纸表面；有机溶剂是起到稀释树脂，调节黏度的作用，保证吸收剂能够均匀的分散开。
(2)本发明中吸收剂的种类和形态无限制；吸收剂的含量可以更高，这是因为吸收剂不添加到芳纶纸中，仅是涂覆于表面，因此无造纸工艺的约束，而传统方法是在造纸过程中加入吸收剂，因此吸收剂含量过高会造纸难度大大增加，甚至无法造纸，因此就限定了吸收剂含量在交底水平。本发明由于可以提高吸收剂含量，可大大提高吸波蜂窝的电磁损耗能力，获得更加优异的吸波性能。本发明吸波芳纶纸的电磁特性可通过改变吸收剂的种类和添加量在较大范围内调控，使制备的芳纶纸吸波蜂窝的电磁特性可在大范围内调控，进而为芳纶纸吸波蜂窝在多层吸波材料中的应用提供了较大的设计空间，满足更广泛的应用需求。
(3)本发明吸波芳纶纸与普通芳纶纸相比仅仅增加了一层的吸收剂，使吸波芳纶纸除电磁性能外的其他性能与普通芳纶纸相当，进而使制备的芳纶纸吸波蜂窝保持了与芳纶纸普通蜂窝相当的力学性能。
附图说明
图1为本发明吸波蜂窝制备流程图；
图2A、2B为实施例1吸波蜂窝电磁参数测试曲线；
图3A、3B为实施例2吸波蜂窝电磁参数测试曲线；
图4A、4B为实施例3吸波蜂窝电磁参数测试曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
实施例1
本实施例选用炭黑作为吸收剂，酚醛树脂作为胶黏剂，炭黑与树脂的体积比为1:2，通过喷涂的方式将吸收剂浆料涂覆与芳纶纸表面，烘干固化后得到吸波芳纶纸，吸波层的厚度为0.02mm，吸波芳纶纸的定量为60g/m2，厚度为60μm。
将制得的吸波芳纶纸通过粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干、固化工艺，按照孔格边长1.83mm、密度55kg/m3控制工艺，制得吸波蜂窝，对其进行平压强度测试，结果为2.29MPa，对其进行2.6GHz～3.95GHz频段的电磁参数测试(介电常数实部，介电常数虚部)，结果如图2A，图2B所示。吸波蜂窝介电常数实部为2.0～2.4，介电常数虚部为3.0～4.2，介电损耗为1.5～1.75。该蜂窝在介电常数实部较低时，介电损耗较大，具有极高的介电损耗能力，不具备磁损耗能力。
实施例2
与实施例1不同的是，选用碳纤维作为吸收剂，与树脂的体积比为1:1，吸波层的厚度为0.05mm，其余过程与实施例1相同。
将制得的吸波芳纶纸通过粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干、固化工艺，按照孔格边长1.83mm、密度65kg/m3控制工艺，制得吸波蜂窝，对其进行平压强度测试，结果为2.63MPa，对其进行2.6GHz～3.95GHz频段的电磁参数测试(介电常数实部，介电常数虚部)，结果如图3A，图3B所示。吸波蜂窝介电常数实部为3.2～4.2，介电常数虚部为6.0～8.4，介电损耗为1.88～2.02。该蜂窝在介电常数实部较低时，介电损耗较大，具有极高的介电损耗能力，不具备磁损耗能力。
实施例3
本实施例选用碳纤维和铁粉作为吸收剂，双马树脂作为胶黏剂，碳纤维、羰基铁粉与树脂的体积比为1:1:10，通过喷涂的方式将吸收剂浆料涂覆与芳纶纸表面，烘干固化后得到吸波芳纶纸，吸波层的厚度为0.1mm，吸波芳纶纸的定量为80g/m2，厚度为65μm。
将制得的吸波芳纶纸通过粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干、固化工艺，按照孔格边长2.77mm、密度75kg/m3控制工艺，制得吸波蜂窝，对其进行平压强度测试，结果为3.29MPa，对其进行2.6GHz～3.95GHz频段的电磁参数测试(介电常数实部，介电常数虚部)，结果如图4A和图4B所示。吸波蜂窝介电常数实部为15～17.2，介电常数虚部为12.3～12.6，介电损耗为0.72～0.84。该蜂窝具有较高的介电损耗能力。同时该蜂窝还具有优异的的磁损耗能力，磁损耗为0.40～0.80。
对比例
采用现有技术，在芳纶纸造纸过程中加入碳纤维吸收剂。具体制备过程为将碳纤维、芳纶短切纤维、芳纶浆粕、水和分散剂进行混合，搅拌均匀后形成吸波纸浆，再造纸后获得吸波芳纶纸；利用吸波芳纶纸制备吸波蜂窝，蜂窝制备工艺包括粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干、固化等步骤。吸收剂为碳纤维，长度为6mm，碳纤维质量占介电损耗芳纶纸总质量的1.5％，制备得到的吸波蜂窝密度为54kg/m3。对其进行2.6GHz～3.95GHz频段的电磁参数测试(介电常数，介电损耗，磁导率和磁损耗)。吸波蜂窝在2.6GHz～3.95GHz频率范围内仅具有介电损耗能力，介电常数实部为2.5～4.8，介电损耗为0.20～0.35；不具备磁损耗能力。
本发明通过在芳纶纸表面涂覆吸波层，获得吸波芳纶纸，再制备得到吸波蜂窝。吸波蜂窝的介电常数实部为2.0～2.4时，其介电损耗为1.5～1.75，远高于对比例中0.20～0.35的介电损耗。本发明可获得电磁损耗能力更强，吸波性能更优异的吸波蜂窝。将磁性吸收剂涂覆于芳纶纸表面，制备得到的吸波蜂窝同时具有介电损耗和磁损耗的吸波能力；与对比例相比，本发明的吸波蜂窝介电损耗能力更强，兼具磁损耗能力。本发明中的吸波蜂窝电磁损耗能力优异，具有更强的电磁可设计性，可满足不同的应用需求。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。

Claims (10)

1.一种涂覆型吸波芳纶纸，其特征在于，包括芳纶纸和涂覆于芳纶纸表面的吸波层，吸波层的成分包括吸收剂和树脂体系，厚度为0.02mm～0.1mm，其中吸收剂与树脂体系之间的体积比为1:1～1:5。
2.如权利要求1所述的涂覆型吸波芳纶纸，其特征在于，吸收剂为炭黑、碳纤维、羰基铁粉、铁氧体、片状或纤维状铁硅铝、铁纤维中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的涂覆型吸波芳纶纸，其特征在于，针对2GHz以下电磁波的吸收，选用片状或纤维状铁硅铝、羰基铁粉中的一种作为吸收剂；针对2～18GHz频段电磁波的吸收，选用羰基铁粉、铁氧体、炭黑、碳纤维一种或几种作为吸收剂；针对18GHz以上频段电磁波的吸收，选用炭黑或碳纤维中的一种作为吸收剂。
4.如权利要求1所述的涂覆型吸波芳纶纸，其特征在于，树脂体系为氰酸酯树脂、双马树脂、酚醛树脂等耐高温树脂中的一种。
5.一种吸波蜂窝，由权利要求1-4任一项所述的涂覆型吸波芳纶纸通过蜂窝制备方法制备得到，该蜂窝制备方法的步骤包括粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干及固化。
6.一种涂覆型吸波芳纶纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置吸收剂浆料，吸收剂浆料的成分包括吸收剂、树脂体系和有机溶剂，其中吸收剂与树脂体系之间的体积比为1:1～1:5；
2)采用喷涂或丝网印刷的方式，将吸收剂浆料涂覆于芳纶纸表面，待溶剂挥发后，进行烘干固化处理，获得吸波芳纶纸。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，吸收剂为炭黑、碳纤维、羰基铁粉、铁氧体、片状或纤维状铁硅铝、铁纤维中的一种或几种；其中，针对2GHz以下电磁波的吸收，选用片状或纤维状铁硅铝、羰基铁粉中的一种作为吸收剂；针对2～18GHz频段电磁波的吸收，选用羰基铁粉、铁氧体、炭黑、碳纤维一种或几种作为吸收剂；针对18GHz以上频段电磁波的吸收，选用炭黑或碳纤维中的一种作为吸收剂。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，树脂体系为氰酸酯树脂、双马树脂、酚醛树脂等耐高温树脂中的一种。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，有机溶剂为丙酮、二甲苯、正丁醇中的一种。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，吸收剂浆料的粘度为500～50000cps。
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