CN117979674A - 一种吸波气凝胶材料及其制备方法和在pmi吸波泡沫制备中的应用 - Google Patents

一种吸波气凝胶材料及其制备方法和在pmi吸波泡沫制备中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸波气凝胶材料及其制备方法和在PMI吸波泡沫制备中的应用，S1、将硅源、酸处理剂和混合溶剂混匀；S2、将无机碳源置于硅源水解溶液中浸渍；S3、将附着硅源的无机碳源进行固化处理；S4、将碳源‑硅源复合体置于带有感应线圈的热处理设备中，通入惰性气体进行热处理，得到SiC/C复合气凝胶；S5、对凝胶粉体进行表面改性。本发明采用无机碳源制备SiC/C复合气凝胶材料，在热处理过程中，凝胶内部分散的部分无机碳在感应线圈的作用下，快速升温并完成SiC的转化，与现有技术相比，省去了高温长时间处理的步骤，有效降低了能耗。并且这样的热处理方法能够在凝胶内部形成SiC/C复合体，有助于进行后续的表面改性，以提高粉体的分散性能。

Description

一种吸波气凝胶材料及其制备方法和在PMI吸波泡沫制备中 的应用
技术领域
本发明涉及吸波材料技术领域，具体涉及一种吸波气凝胶材料及其制备方法和在PMI吸波泡沫制备中的应用。
背景技术
随着电磁技术的快速发展，电磁辐射和干扰对人体免疫系统和神经系统造成的危害，以及对各种精密操作仪器的干扰和动植物生长的影响等问题引起了广泛的关注。目前常见的微波吸收剂材料主要包括微、超微磁性金属及合金粉末吸收剂、铁氧体吸收剂、导电高聚物吸收剂等。
铁氧体吸收材料，如铁氧体锂镉、铁氧体锂锌、镍镉铁氧体、陶瓷铁氧体等，这些材料不仅具有较高的吸波能力，而且在一定程度上解决了传统吸波材料吸收频带窄、密度大等问题。导电高聚物吸收剂是另一类重要的微波吸收剂，其吸波机理与传统吸波材料有所不同，它们通过特定的导电机制，有效地吸收和衰减电磁波。金属超细微粉也是常见的微波吸收剂之一。这些材料的粒度通常在10μm甚至1μm以下，主要包括金属铁粉、铁合金粉等，它们通过磁滞损耗、涡流损耗等机制吸收和衰减电磁波。
质量轻、匹配厚度合适、衰减性能好、阻抗匹配性好、较宽的有效吸收带宽、化学稳定性好、成本低、制备工艺简单是目前吸波材料的研究热点。近年来，具有良好微波吸收性能的低密度多孔隙的气凝胶材料受到了研究者的广泛关注，如纤维素气凝胶、碳纳米纤维气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、石墨烯气凝胶等。
碳基类的气凝胶因其良好的化学稳定性具有成为优异吸波材料的巨大潜力。 现有技术中记载有碳基类的气凝胶，见参考文献1和2。
参考文献1：公告号为CN114350159A的中国专利文献。
参考文献1记载了一种多功能吸波气凝胶及其制备方法，气凝胶包括石墨烯气凝胶主体和生长在石墨烯气凝胶主体内的桥联聚倍半硅氧烷气凝胶客体，所述桥联聚倍半硅氧烷气凝胶在多功能吸波气凝胶中的质量占比为90~96 wt%。克服了石墨烯基气凝胶功能单一难以满足实际应用需求的问题，开发出高强高弹、隔热、疏水的石墨烯基气凝胶吸波材料。
参考文献2：公告号为CN 113265223 A的中国专利文献。
参考文献2记载了一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料及其制备方法和应用，以铁盐和碳源为原料，将其均匀分散于水溶剂中，于80～100℃下，反应4～12小时，获得铁碳复合吸波材料前驱体；将获得的铁碳复合吸波材料前驱体与氮源混合均匀后，在氩气氢气混合气体氛围中，于700～900℃保温1～3小时，得到黑色固体状的粗产物，所述粗产物经后处理后即得到铁碳复合吸波材料。通过简单工艺原位成功制备了纳米碳管形貌且在X波段具有强吸收的铁碳复合吸波材料。
然而，碳基材料在作为吸波剂与基材进行复合过程中，由于纳米碳的分散性能较差，容易发生团聚现象，使得基材在与吸波剂的复合过程中，难以实现碳材料在基材中的均匀分布，吸波剂在吸波基材中分散不均匀会造成吸波效率降低，因为吸波效果往往依赖于吸波剂与电磁波的充分接触和相互作用，如果吸波剂聚集成团或分布不均，电磁波可能无法有效地被吸收，导致吸波效率下降。同时，吸波剂分散不均匀还有可能导致吸波频带变窄。理想的吸波材料应能在较宽的频率范围内有效吸收电磁波，但如果吸波剂分布不均，材料的吸波性能可能只在特定频率范围内表现良好，而在其他频率下吸波效果较差。并且，吸波剂的分散均匀性还会影响材料的电磁参数，如介电常数和磁导率。这些参数决定了材料与电磁波相互作用的方式和强度。分散不均匀可能导致这些参数在空间上发生波动，使得材料的吸波性能不稳定。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术中碳基材料作为吸波剂在制备吸波材料时分散性不好进而影响吸波效果的技术问题，提供一种吸波气凝胶材料及其制备方法和在PMI吸波泡沫制备中的应用。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种吸波气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硅源、酸处理剂和混合溶剂按照重量比为0.01-0.1：0.1-0.25：1混合均匀，得到硅源水解溶液；
S2、将无机碳源置于硅源水解溶液中浸渍，得到附着硅源的无机碳源；
S3、将附着硅源的无机碳源进行固化处理，得到碳源-硅源复合体；
S4、将碳源-硅源复合体置于带有感应线圈的热处理设备中，通入惰性气体，关闭感应线圈，控制处理压力为5-10MPa，处理温度为200-260℃热处理1-3min，然后打开感应线圈，继续处理0.5-1min，碳源-硅源复合体中分散的碳在感应线圈作用下快速升温，实现局部快速升温，部分碳转化为碳化硅，处理结束后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体；
S5、对SiC/C复合气凝胶粉体进行表面改性，即得到吸波气凝胶材料。
作为本发明一种吸波气凝胶材料的制备方法的进一步优化：所述硅源为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和六甲基二硅氧烷中的一种或任意混合物；酸处理剂为乙酸、草酸、硫酸或硝酸；混合溶剂为去离子水和乙醇的任意比混合物。
作为本发明一种吸波气凝胶材料的制备方法的进一步优化：所述碳源为碳纤维毡，碳纤维毡的密度为0.15-0.25g/cm3，厚度为0.05-0.15mm。
作为本发明一种吸波气凝胶材料的制备方法的进一步优化：所述固化处理具体为：在空气环境下100-120℃保温1-2h。
作为本发明一种吸波气凝胶材料的制备方法的进一步优化：所述热处理过程中，感应线圈的功率为1-3KW。
作为本发明一种吸波气凝胶材料的制备方法的进一步优化：所述表面改性具体为：将SiC/C复合气凝胶粉体和聚乙烯亚胺置于搅拌机中进行混合，控制固相含量为35-45%搅拌1-2h，搅拌结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
作为本发明一种吸波气凝胶材料的制备方法的进一步优化：所述表面改性具体为：将SiC/C复合气凝胶粉体、甲苯和硅烷偶联剂置于反应釜中进行混合，在惰性气氛下，控制温度为75-85℃搅拌反应3-5h，反应结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
本发明还提供一种吸波气凝胶材料，该材料通过上述制备方法制备得到。
本发明还提供一种上述吸波气凝胶材料在PMI吸波泡沫制备中的应用，具体的，先制备PMI泡沫板，并将PMI泡沫板切成薄片，以吸波气凝胶材料为吸波剂配制吸波剂溶液，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片逐层平压进蜂窝泡沫中，制得PMI吸波蜂窝泡沫。
其中，吸波剂溶液按重量份数包括：蒸馏水100-150份、硅丙树脂80-120份、吸波气凝胶材料10-15份、十二烷基苯磺酸钠0.2-0.5份以及甲基纤维素0.1-0.3份。
本发明具有以下有益效果：本发明采用无机碳源制备SiC/C复合气凝胶材料，在热处理过程中，凝胶内部分散的部分无机碳在感应线圈的作用下，快速升温并完成SiC的转化，与现有技术相比，省去了高温长时间煅烧的步骤，有效降低了能耗。并且这样的热处理方法能够在凝胶内部形成SiC/C复合体，一方面，碳化硅相较于碳更易进行表面改性，使得经过表面改性的气凝胶粉体材料在吸波剂溶液中具有较好的分散效果，另一方面，碳化硅分子结构中的离子和电子之间的相互作用也可以将微波能量转化为热能，通过介质损耗发热的方式实现辅助吸波。
附图说明
图1为实施例6制备得到吸波蜂窝泡沫的测试反射率曲线图；
图2为对比例1制备得到吸波蜂窝泡沫的测试反射率曲线图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。
<吸波气凝胶材料>
一种吸波气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硅源、酸处理剂和混合溶剂按照重量比为0.01-0.1：0.1-0.25：1混合均匀，得到硅源水解溶液。
其中，硅源为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和六甲基二硅氧烷中的一种或任意混合物。
其中，酸处理剂为乙酸、草酸、硫酸或硝酸，上述只是列举部分可以使用的酸，可以预见的是，还可以使用其他常规的无机酸和有机酸。
其中，混合溶剂为去离子水和乙醇的任意体积比混合物，较好的是，混合溶剂为去离子水和乙醇按照体积比为1:1的混合物。
S2、将无机碳源置于硅源水解溶液中浸渍，得到附着硅源的无机碳源。
碳源为碳纤维毡，碳纤维毡可以通过短切碳纤维随机分布得到非织造毡，也可以通过长丝束有序排布得到编织毡或连续毡，考虑到浸渍处理的效果，对碳纤维毡进行如下限定：碳纤维毡的密度为0.15-0.25g/cm3，厚度为0.05-0.15mm。
需要说明的是，浸渍时间并无特别要求，考虑到成本和效率，浸渍处理的时间应该在5-10min之间。在浸渍的过程中，可以加入氨水。
S3、将附着硅源的无机碳源进行固化处理，得到碳源-硅源复合体。
固化处理具体为：在空气环境下100-120℃保温1-2h。固化处理的主要目的是使增强无机碳源与硅源之间的结合力，方便进行后的热处理。
S4、将碳源-硅源复合体置于带有感应线圈的热处理设备中，通入惰性气体，关闭感应线圈，控制处理压力为5-10MPa，处理温度为200-260℃热处理1-3min，然后打开感应线圈，继续处理0.5-1min，碳源-硅源复合体中分散的碳在感应线圈作用下快速升温，实现局部快速升温，部分碳转化为碳化硅，处理结束后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体。
惰性气体可以为氮气或者氦气，考虑到成本问题，使用氮气即可，该处主要是为了在热处理过程中，避免碳与氧气之前发生反应。
热处理过程中，感应线圈的功率为1-3KW。碳具有较好的导电性，因此，在高频或中频的感应线圈产生的交变磁场作用下，碳材料可以感应出涡电流，进而发热。在热处理过程中，碳源-硅源复合体中的碳在感应线圈的作用下急速升温，控制硅源的使用量，使部分碳与硅源结合并转化为SiC，经过热处理后，形成了SiC/C共存的气凝胶。
需要说明的是，热处理设备有自带的加热组件，并不依靠感应线圈实现加热，感应线圈的设置主要是为了配合材料中的碳材料。
S5、对SiC/C复合气凝胶粉体进行表面改性，即得到吸波气凝胶材料。
表面改性处理主要是提高分体材料的分散性和流动性，消除团聚。可以预见得是，至少可以采用下面两种具体的改性方法：
第一种表面改性方法：将SiC/C复合气凝胶粉体和聚乙烯亚胺置于搅拌机中进行混合，控制固相含量为35-45%搅拌1-2h，搅拌结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
第二种表面改性方法：将SiC/C复合气凝胶粉体、甲苯和硅烷偶联剂（甲苯的加入量为SiC/C复合气凝胶粉体的1-2%，硅烷偶联剂的加入量为SiC/C复合气凝胶粉体的1-1.5%）置于反应釜中进行混合，在惰性气氛下，控制温度为75-85℃搅拌反应3-5h，反应结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
<吸波蜂窝泡沫>
先制备PMI泡沫板，并将PMI泡沫板切成薄片，以吸波气凝胶材料为吸波剂配制吸波剂溶液，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
其中，PMI泡沫是一种闭孔、各向同性的硬质结构泡沫材料，具有很高的比强度和比刚度，适合用作吸波材料的支撑结构，可以保持良好的机械稳定性，即使在极端环境条件下也能保持其形状和功能。PMI泡沫可通过在其表面涂覆吸波涂层来增强其电磁波吸收能力。在设计合适的吸波层结构和优化配方后，PMI泡沫基吸波材料可以在较宽的频率范围内表现出高效的吸波性能，减少雷达信号的反射，实现隐身效果。
PMI泡沫的主要原料是聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）树脂，这种树脂具有优异的热稳定性和机械性能。另外，制备过程中还会用到添加剂，添加剂包括发泡剂、催化剂、稳定剂和其他功能性填料，以调控泡沫的密度、孔隙结构和热性能等特性。
将PMI树脂与添加剂按照特定的比例混合均匀，确保在混合过程中所有的成分都能均匀分散。将混合好的树脂注入模具中，添加选定的发泡剂。在精确控制的温度和压力条件下，发泡剂在树脂中产生气体，使树脂体系膨胀形成泡沫结构。泡沫化的树脂随后在特定的温度和时间下进行固化，这一过程保证了树脂由液体变为坚硬而轻质的泡沫材料，形成稳定的三维网络结构。
本发明采用的吸波剂溶液为水性溶液，吸波剂溶液按重量份数包括：蒸馏水100-150份、硅丙树脂80-120份、吸波气凝胶材料10-15份、十二烷基苯磺酸钠0.2-0.5份以及甲基纤维素0.1-0.3份。
<实施例1>
取甲基三甲氧基硅烷50ml、乙酸90ml以及混合溶剂400ml，混合溶剂为去离子水和乙醇的1:1（体积比）混合物。先将甲基三甲氧基硅烷与混合溶剂进行混合，磁力搅拌均匀，然后再加入乙酸，继续搅拌均匀，得到硅源水解溶液，备用。
选用密度在0.15-0.25g/cm3之间，厚度在0.05-0.15mm之间的碳纤维毡，将碳纤维毡置于硅源水解溶液中浸渍5min，得到附着硅源的无机碳源。为了便于操作，可以将碳纤维毡分隔为尺寸较小的块状，需要说明的是，该操作并不会影响浸渍处理的效果。
将浸渍处理完成的碳纤维毡置于烘箱中，控制温度为100℃保温2h，完成固化处理。
将固化处理后的碳纤维毡置于带有感应线圈的热处理设备中，通入氮气，控制处理压力为5.5MPa，处理温度为220℃热处理3min，然后打开感应线圈，设置其功率为1KW继续处理1min，处理完成后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体。
将SiC/C复合气凝胶粉体和聚乙烯亚胺置于搅拌机中进行混合，控制固相含量为35-45%搅拌1-2h，搅拌结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
<实施例2>
取二甲基二甲氧基硅烷57ml、草酸70g以及混合溶剂1500ml，混合溶剂为去离子水和乙醇的2:1（体积比）混合物。先将二甲基二甲氧基硅烷与混合溶剂进行混合，磁力搅拌均匀，然后再加入草酸，继续搅拌均匀，得到硅源水解溶液，备用。
选用密度在0.15-0.25g/cm3之间，厚度在0.05-0.15mm之间的碳纤维毡，将碳纤维毡置于硅源水解溶液中浸渍8min，得到附着硅源的无机碳源。为了便于操作，可以将碳纤维毡分隔为尺寸较小的块状，需要说明的是，该操作并不会影响浸渍处理的效果。
将浸渍处理完成的碳纤维毡置于烘箱中，控制温度为120℃保温1h，完成固化处理。
将固化处理后的碳纤维毡置于带有感应线圈的热处理设备中，通入氮气，控制处理压力为6.5MPa，处理温度为240℃热处理5min，然后打开感应线圈，设置其功率为2KW继续处理3min，处理完成后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体。
将SiC/C复合气凝胶粉体、甲苯和硅烷偶联剂置于反应釜中进行混合，在惰性气氛下，控制温度为75℃搅拌反应5h，反应结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
<实施例3>
取六甲基二硅氧烷65ml、硝酸36ml以及混合溶剂1000ml，混合溶剂为去离子水和乙醇的1:2（体积比）混合物。先将甲基三甲氧基硅烷与混合溶剂进行混合，磁力搅拌均匀，然后再加入乙酸，继续搅拌均匀，得到硅源水解溶液，备用。
选用密度在0.15-0.25g/cm3之间，厚度在0.05-0.15mm之间的碳纤维毡，将碳纤维毡置于硅源水解溶液中浸渍10min，得到附着硅源的无机碳源。为了便于操作，可以将碳纤维毡分隔为尺寸较小的块状，需要说明的是，该操作并不会影响浸渍处理的效果。
将浸渍处理完成的碳纤维毡置于烘箱中，控制温度为110℃保温1.5h，完成固化处理。
将固化处理后的碳纤维毡置于带有感应线圈的热处理设备中，通入氮气，控制处理压力为10MPa，处理温度为200℃热处理2min，然后打开感应线圈，设置其功率为1KW继续处理3min，处理完成后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体。
将SiC/C复合气凝胶粉体和聚乙烯亚胺置于搅拌机中进行混合，控制固相含量为35-45%搅拌1-2h，搅拌结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
<实施例4>
取二甲基二甲氧基硅烷57ml、乙酸66ml以及混合溶剂1200ml，混合溶剂为去离子水和乙醇的2:1（体积比）混合物。先将二甲基二甲氧基硅烷与混合溶剂进行混合，磁力搅拌均匀，然后再加入草酸，继续搅拌均匀，得到硅源水解溶液，备用。
选用密度在0.15-0.25g/cm3之间，厚度在0.05-0.15mm之间的碳纤维毡，将碳纤维毡置于硅源水解溶液中浸渍8min，得到附着硅源的无机碳源。为了便于操作，可以将碳纤维毡分隔为尺寸较小的块状，需要说明的是，该操作并不会影响浸渍处理的效果。
将浸渍处理完成的碳纤维毡置于烘箱中，控制温度为120℃保温1h，完成固化处理。
将固化处理后的碳纤维毡置于带有感应线圈的热处理设备中，通入氮气，控制处理压力为8.5MPa，处理温度为260℃热处理1min，然后打开感应线圈，设置其功率为3KW继续处理1min，处理完成后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体。
将SiC/C复合气凝胶粉体、甲苯和硅烷偶联剂置于反应釜中进行混合，在惰性气氛下，控制温度为85℃搅拌反应3h，反应结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
<实施例5>
取六甲基二硅氧烷65ml、硫酸30ml以及混合溶剂1500ml，混合溶剂为去离子水和乙醇的1:1（体积比）混合物。先将甲基三甲氧基硅烷与混合溶剂进行混合，磁力搅拌均匀，然后再加入乙酸，继续搅拌均匀，得到硅源水解溶液，备用。
选用密度在0.15-0.25g/cm3之间，厚度在0.05-0.15mm之间的碳纤维毡，将碳纤维毡置于硅源水解溶液中浸渍10min，得到附着硅源的无机碳源。为了便于操作，可以将碳纤维毡分隔为尺寸较小的块状，需要说明的是，该操作并不会影响浸渍处理的效果。
将浸渍处理完成的碳纤维毡置于烘箱中，控制温度为110℃保温1.5h，完成固化处理。
将固化处理后的碳纤维毡置于带有感应线圈的热处理设备中，通入氮气，控制处理压力为9.3MPa，处理温度为220℃热处理6min，然后打开感应线圈，设置其功率为1KW继续处理2min，处理完成后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体。
将SiC/C复合气凝胶粉体和聚乙烯亚胺置于搅拌机中进行混合，控制固相含量为35-45%搅拌1-2h，搅拌结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
<制备PMI泡沫板>
取丙烯酸100g、丙烯腈90g、过氧化苯甲酰2g、正丁醇20g、丙烯酰胺5g、超细碳酸钙粉末2.5g加入到反应釜中，机械搅拌2h，得物料混合液，然后将所得的物料混合液注模具中，水浴升温至55℃进行聚合反应，结束后转移至烘箱，加热至195℃发泡1.5h，得到PMI泡沫板。该PMI泡沫板作为实施例6-7以及对比例1-3的基材使用。
<实施例6>
取蒸馏水500g、硅丙树脂350g、实施例1制得的吸波气凝胶材料45g、十二烷基苯磺酸钠2g以及甲基纤维素2.5g，搅拌均匀后得到吸波剂溶液。
将PMI泡沫板切成2mm的薄片，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片（20片）逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
测试吸波蜂窝泡沫的反射率（GJB2038-1994），结果如下：在8-18GHz区间内，雷达反射率曲线均在-10dB以下，雷达反射率曲线在14GHz左右出现峰值-31dB。
<实施例7>
取蒸馏水500g、硅丙树脂350g、实施例2制得的吸波气凝胶材料55g、十二烷基苯磺酸钠2g以及甲基纤维素2.5g，搅拌均匀后得到吸波剂溶液。
将PMI泡沫板切成2mm的薄片，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片（20片）逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
测试吸波蜂窝泡沫的反射率（GJB2038-1994），结果如下：在8-18GHz区间内，雷达反射率曲线均在-10dB以下，雷达反射率曲线在14.8GHz左右出现峰值-31dB。
<实施例8>
取蒸馏水500g、硅丙树脂350g、实施例3制得的吸波气凝胶材料50g、十二烷基苯磺酸钠2g以及甲基纤维素2.5g，搅拌均匀后得到吸波剂溶液。
将PMI泡沫板切成2mm的薄片，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片（20片）逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
测试吸波蜂窝泡沫的反射率（GJB2038-1994），结果如下：在8-18GHz区间内，雷达反射率曲线均在-10dB以下，雷达反射率曲线在14.4GHz左右出现峰值-30dB。
<对比例1>
取蒸馏水500g、硅丙树脂350g、石墨烯粉50g、十二烷基苯磺酸钠2g以及甲基纤维素2.5g，搅拌均匀后得到吸波剂溶液。
将PMI泡沫板切成2mm的薄片，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片（20片）逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
测试吸波蜂窝泡沫的反射率（GJB2038-1994），结果如下：在8-18GHz区间内，雷达反射率曲线均在-6dB以下，雷达反射率曲线在14.2GHz左右出现峰值-16dB。
<对比例2>
取蒸馏水500g、硅丙树脂350g、炭黑粉50g、十二烷基苯磺酸钠2g以及甲基纤维素2.5g，搅拌均匀后得到吸波剂溶液。
将PMI泡沫板切成2mm的薄片，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片（20片）逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
测试吸波蜂窝泡沫的反射率（GJB2038-1994），结果如下：在8-18GHz区间内，雷达反射率曲线均在-6dB以下，雷达反射率曲线在14.5GHz左右出现峰值-15dB。
<对比例3>
取蒸馏水500g、硅丙树脂350g、碳纤维粉50g、十二烷基苯磺酸钠2g以及甲基纤维素2.5g，搅拌均匀后得到吸波剂溶液。
将PMI泡沫板切成2mm的薄片，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片（20片）逐层平压进蜂窝泡沫中，制得吸波蜂窝泡沫。
测试吸波蜂窝泡沫的反射率（GJB2038-1994），结果如下：在8-18GHz区间内，雷达反射率曲线均在-7dB以下，雷达反射率曲线在14.4GHz左右出现峰值-19dB。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将硅源、酸处理剂和混合溶剂按照重量比为0.01-0.1：0.1-0.25：1混合均匀，得到硅源水解溶液；
S2、将无机碳源置于硅源水解溶液中浸渍，得到附着硅源的无机碳源；
S3、将附着硅源的无机碳源进行固化处理，得到碳源-硅源复合体；
S4、将碳源-硅源复合体置于带有感应线圈的热处理设备中，通入惰性气体，关闭感应线圈，控制处理压力为5-10MPa，处理温度为200-260℃热处理1-3min，然后打开感应线圈，继续处理0.5-1min，碳源-硅源复合体中分散的碳在感应线圈作用下快速升温，实现局部快速升温，部分碳转化为碳化硅，处理结束后自然冷却，得到SiC/C复合气凝胶，将SiC/C复合气凝胶粉碎成SiC/C复合气凝胶粉体；
S5、对SiC/C复合气凝胶粉体进行表面改性，即得到吸波气凝胶材料。
2.如权利要求1所述一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述硅源为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和六甲基二硅氧烷中的一种或任意混合物；酸处理剂为乙酸、草酸、硫酸或硝酸；混合溶剂为去离子水和乙醇的任意比混合物。
3.如权利要求1所述一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述碳源为碳纤维毡，碳纤维毡的密度为0.15-0.25g/cm3，厚度为0.05-0.15mm。
4.如权利要求1所述一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述固化处理具体为：在空气环境下100-120℃保温1-2h。
5.如权利要求1所述一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述热处理过程中，感应线圈的功率为1-3KW。
6.如权利要求1所述一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述表面改性具体为：将SiC/C复合气凝胶粉体和聚乙烯亚胺置于搅拌机中进行混合，控制固相含量为35-45%搅拌1-2h，搅拌结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
7.如权利要求1所述一种吸波气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述表面改性具体为：将SiC/C复合气凝胶粉体、甲苯和硅烷偶联剂置于反应釜中进行混合，在惰性气氛下，控制温度为75-85℃搅拌反应3-5h，反应结束后，经抽滤、水洗及干燥，得到吸波气凝胶材料。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述方法制备得到的吸波气凝胶材料。
9.如权利要求8所述吸波气凝胶材料在PMI吸波泡沫制备中的应用，先制备PMI泡沫板，并将PMI泡沫板切成薄片，以吸波气凝胶材料为吸波剂配制吸波剂溶液，将薄片浸入吸波剂溶液中进行浸渍处理，最后将浸渍处理完的PMI泡沫薄片逐层平压进蜂窝泡沫中，制得PMI吸波蜂窝泡沫。
10.如权利要求9所述吸波气凝胶材料在PMI吸波泡沫制备中的应用，其特征在于：所述吸波剂溶液按重量份数包括：蒸馏水100-150份、硅丙树脂80-120份、吸波气凝胶材料10-15份、十二烷基苯磺酸钠0.2-0.5份以及甲基纤维素0.1-0.3份。
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Assignee: Zhengzhou HITEC Polymer Technology Co.,Ltd.

Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

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Denomination of invention: A microwave absorbing aerogel material and its preparation method and application in the preparation of PMI microwave absorbing foam

Granted publication date: 20240611

License type: Common License

Record date: 20240701

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