CN115678334B - 玻璃微珠包覆的吸波基体材料、制备方法及制备的涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玻璃微珠包覆的吸波基体材料、其制备方法和制备的吸波涂料，该材料为吸波粉末外包覆玻璃微珠层制成，然后将基体材料与树脂、辅料、稀料和固化剂混合制备吸波涂料。本发明将采用璃微珠包覆常规的吸波粉末，一方面玻璃微珠具有较高的电磁波透过性，不影响其中的吸波粉末中的吸波性能；另一方面玻璃微珠中的空心结构降低了吸波基体的密度，让吸波基体在涂层中不易沉降，能够混合分布均匀，保证涂层各个部分中吸波性能的均匀稳定性，也保证了涂层各个部位力学性能的稳定，不会出现局部因吸波粉末聚集过多导致的易磨损易断裂问题。该材料具有较好的耐腐蚀耐高温性能，能够保护吸波粉末不被腐蚀，可用于船舶舰艇的表面处理。
Description
技术领域
本发明涉及吸波材料领域，具体涉及一种玻璃微珠包覆的吸波基体材料、其制备方法和制备的吸波涂料。
背景技术
吸波材料又称隐身材料，在军事上有着重要的应用价值。可用于各类兵工产品，如隐身飞机、隐身舰艇等。有关隐身飞机上吸波材料的研究较多，但隐身舰艇方面较少。对于隐身舰艇，不仅需要满足暴晒时耐高温，经海水时耐腐蚀等要求，而且，在工程应用时还应具备耐冲击、抗疲劳和高柔韧性等特性。
常规的吸波粉末密度大，含吸波粉末的涂料采用喷涂工艺制备吸波涂层时，吸波粉末往往会出现沉降，导致涂层的底部区域的吸波粉末浓度大，而涂层表面浓度小，进而导致涂层吸波性能下降，底部则因吸波粉末浓度大导致力学性能下降。又如在对舰艇的垂直面进行喷涂作业时，则会出现上面涂层的吸波粉末浓度低，下面涂层的吸波粉末浓度高，导致上面涂层的吸波性能差，下面涂层吸波频宽范围变化以及力学性能下降，严重影响了舰艇的隐身效果。且吸波粉末中常规的合金或羰基铁粉在室外环境中极易受到盐雾酸雨等各种腐蚀，进而导致涂层性能不稳定，吸波性能降低和力学性能下降。而常规的轻质吸波材料碳系吸收剂如石墨烯等，其吸波频宽极窄，远不及常规的合金或羰基铁粉粉末的吸波频宽，无法满足实际工程应用的需求。
发明内容
本发明提供一种合金磁性吸波涂料及其制备方法和应用，该涂料可以作为舰艇上的吸波材料，具备耐高温，耐腐蚀，力学性能优异，且吸波性能稳定均匀的效果。
本发明的技术方案是，一种玻璃微珠包覆的吸波基体材料，吸波粉末外包覆有玻璃微珠层，具体包括以下原料：硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、吸波粉末和硅酸钠水玻璃；其质量比为1:0.05-0.2:0.05-0.12:0.01-0.02:2-4:25～30:17-25。
进一步地，所述吸波粉末是合金吸波粉末或羰基铁粉。优选的吸波粉末为片状。
进一步地，合金吸波粉末为铁硅铬或铁硅铝或铁镍粉末。
本发明还涉及制备所述玻璃微珠包覆的吸波基体材料的方法，包括以下步骤：
S1、将硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水和吸波粉末按比例混合均匀得到混合溶液1；
S2、将混合溶液1以喷雾的方式加入到搅拌的硅酸钠水玻璃中形成胶体溶液2；
S3、将制得的胶体溶液2进行喷雾干燥，得到玻璃微珠半成品；
S4、将玻璃微珠半成品3经气流分级机进行筛选，去除过轻的未包覆有吸波粉末的玻璃微珠和过重的未被包覆的吸波粉末，所得包覆有玻璃微珠的吸波粉末即为玻璃微珠包覆的吸波基体材料。优选的气流分级机的处理量为40-100kg/h。
本发明还涉及采用所述玻璃微珠包覆的吸波基体材料制备的吸波涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分包括按照重量份计的以下原料：树脂为100份，吸波基体为50-120份，辅料为0-20份、稀料50-500份；B组分为5-30份固化剂。
进一步地，所述树脂为丙烯酸树脂、环氧树脂、氟碳树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、有机硅树脂中的一种或多种。
进一步地，所述辅料为分散剂和/或偶联剂。
进一步地，所述稀料为二甲苯和/或环己酮。
本发明还涉及所述吸波涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将树脂、吸波基体、辅料、稀料搅拌均匀；
步骤二：在保持搅拌的状态下加入固化剂到步骤一所得的料液中，混匀得到吸波涂料。优选地，步骤一和步骤二所述搅拌转速为10rpm～800rpm，搅拌时间为1min～60min。
本发明还是涉及所述吸波涂料在舰艇上的应用，将吸波涂料用喷涂或涂覆的方法均匀附着于基材上，固化后即得到吸波涂层。
本发明具有以下有益效果：
本发明中采用玻璃微珠包覆常规的吸波粉末，如合金吸波粉末或羰基铁粉，一方面玻璃微珠具有较高的电磁波透过性，不影响其中的吸波粉末中的吸波性能；另一方面玻璃微珠中的空心结构降低了吸波基体的密度，让吸波基体在涂层中不易沉降，能够混合分布均匀，保证了涂层各个部分中吸波性能的均匀稳定性，也保证了涂层各个部位力学性能的稳定，不会出现局部因吸波粉末聚集过多导致的易磨损易断裂问题，该涂料制备的涂层耐高温和耐腐蚀性能有较大提升。最后，玻璃微珠具有较好的耐腐蚀耐高温性能，能够保护吸波粉末不被腐蚀，特别适用于船舶舰艇的应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例1：
一种玻璃微珠包覆的吸波基体材料，吸波粉末外包覆有玻璃微珠层，具体包括以下原料：硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、铁硅铬合金粉末，其中铁硅铬比例为86：6：8和硅酸钠水玻璃；其质量比为1:0.2:0.12:0.02:4:30:24。
制备时，包括以下步骤：
S1、将硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水和吸波粉末按比例混合均匀得到混合溶液1；
S2、将混合溶液1以喷雾的方式加入到搅拌的硅酸钠水玻璃中形成胶体溶液2；
S3、将制得的胶体溶液2进行喷雾干燥，得到玻璃微珠半成品；
S4、将玻璃微珠半成品3经气流分级机进行筛选，气流分级机的处理量为60kg/h，能够去除过轻的未包覆有吸波粉末的玻璃微珠和过重的未被包覆的吸波粉末，所得包覆有玻璃微珠的吸波粉末即为玻璃微珠包覆的吸波基体材料。
具体涂料制备时，
步骤一：将丙烯酸树脂(CTW-6012)100g、吸波基体100g、byk161分散剂10g、稀料二甲苯200g在200rpm搅拌20min；
步骤二：在保持搅拌的状态下加入称量好的固化剂(N75)20g到步骤一所得的混液体中，高速分散，200rpm搅拌20min得到吸波涂料。
采用喷涂工艺对标的物进行喷涂2mm，经固化后得到所需涂层。
A.涂层样板按照GJB2038A-2011《雷达吸波材料反射率测试方法》测试其1GHz～18GHz频段反射率。
B.涂层样板按照GB/T 1731-1993测试其柔韧性，按照GB/T 1732-1993测试其耐冲击强度。
测试结果如下：1-18GHz平均反射率-6.5dB，柔韧性10mm，耐冲击强度＞50kg*cm；经200℃耐高温试验100h，反射率，柔韧冲击不变，表面颜色光泽无变化；经盐雾试验48h，反射率，柔韧冲击不变，表面颜色光泽无变化。该涂料制备的涂层耐腐蚀、耐高温力学性能优异。
实施例2：
以实施例1为基础，与之不同的是，硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、铁硅铬合金粉末和硅酸钠水玻璃的其质量比为1:0.1:0.1:0.01:3:30:20。
实施例3：
以实施例1为基础，与之不同的是，硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、铁硅铬合金粉末和硅酸钠水玻璃的其质量比为1:0.05:0.05:0.01:2:28:18。
实施例4：
以实施例1为基础，与之不同的是，铁硅铬合金粉末替换为铁硅铝合金粉末，且铁硅铝比例为86：7：7。
实施例5：
以实施例1为基础，与之不同的是，铁硅铬合金粉末替换为铁镍粉末，且铁镍比例为：83：17。
对比例1：
以实施例1为基础，与之不同的是，硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、铁硅铬合金粉末和硅酸钠水玻璃的质量比为1:0.2:0.12:0.02:4:30:30。
对比例2：
以实施例1为基础，与之不同的是，硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、铁硅铬合金粉末和硅酸钠水玻璃的质量比为1:0.2:0.12:0.02:4:30:10。
对比例3：
吸波涂料的具体制备同实施例1，区别在于，玻璃微珠包覆的吸波基体材料采用未经处理的铁硅铬合金粉末，其中铁硅铬比例为86：6：8。
上述实施例和对比例制成的涂料进行测试，基底材料为铝合金板，厚度约5mm，长宽均为180mm，用喷涂装置将上述吸波涂料在基板上进行喷涂作业，待涂层固化，制备的涂层干膜厚度为1mm±0.1mm。测试获得的涂层在机械力学性能、耐高温性以及电磁波吸收效果。
A.涂层样板按照GJB2038A-2011《雷达吸波材料反射率测试方法》测试其1GHz～18GHz频段反射率。
B.涂层样板按照GB/T 1731-1993测试其柔韧性，按照GB/T 1732-1993测试其耐冲击强度。
测试结果如下表1；
表1
该涂料制备的涂层耐高温和耐腐蚀性能有较大提升。
Claims (9)
1.一种玻璃微珠包覆的吸波基体材料，其特征在于：吸波粉末外包覆有玻璃微珠层，具体包括以下原料：硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水、吸波粉末和硅酸钠水玻璃；其质量比为1:0.05-0.2:0.05-0.12:0.01-0.02:2-4:25~30:17-25；
具体制备时，包括以下步骤：
S1、将硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水和吸波粉末按比例混合均匀得到混合溶液1；
S2、将混合溶液1以喷雾的方式加入到搅拌的硅酸钠水玻璃中形成胶体溶液2；
S3、将制得的胶体溶液2进行喷雾干燥，得到玻璃微珠半成品；
S4、将玻璃微珠半成品经气流分级机进行筛选，去除过轻的未对吸波粉末进行包覆的玻璃微珠和过重的未被包覆的吸波粉末，所得包覆有玻璃微珠的吸波粉末即为玻璃微珠包覆的吸波基体材料。
2.根据权利要求1所述的玻璃微珠包覆的吸波基体材料，其特征在于：所述吸波粉末是合金吸波粉末或羰基铁粉。
3.根据权利要求2所述的玻璃微珠包覆的吸波基体材料，其特征在于：合金吸波粉末为铁硅铬或铁硅铝或铁镍粉末。
4.采用权利要求1~3任意一项所述玻璃微珠包覆的吸波基体材料制备的吸波涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分包括按照重量份计的以下原料：树脂为100份，吸波基体为50-120份，辅料为0-20份、稀料50-500份；B组分为5-30份固化剂。
5.根据权利要求4所述的吸波涂料，其特征在于：所述树脂为丙烯酸树脂、环氧树脂、氟碳树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、有机硅树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的吸波涂料，其特征在于：所述辅料为分散剂和/或偶联剂。
7.根据权利要求4所述的吸波涂料，其特征在于：所述稀料为二甲苯和/或环己酮。
8.权利要求5~7任意一项所述吸波涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将树脂、吸波基体、辅料、稀料搅拌均匀；
步骤二：在保持搅拌的状态下加入固化剂到步骤一所得的料液中，混匀得到吸波涂料。
9.权利要求5~7任意一项所述吸波涂料在舰艇上的应用，将吸波涂料用涂覆的方法均匀附着于基材上，固化后即得到吸波涂层。
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