CN1304497C - 一种含碳纳米管复合涂层型吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合涂层型吸波材料及其制备方法，该材料含有两部分，即基体部分和涂层部分。基体有以下两种组分：聚合物、碳纳米管，其重量配比为：聚合物30～99%，碳纳米管1～70%，涂层有以下两种组分：涂料、纳米氧化锌。其重量配比为：涂料40～99%，纳米氧化锌1～60%。所述的聚合物为橡胶、树脂、塑料中的至少一种。本发明具有如下优点：碳纳米管具有优良的导电性，其导电强度可达铜的10000倍以上，将它与聚合物复合，使其体积电阻大幅度降低。在电磁场的作用下，碳纳米管作为偶极子，会产生极化耗散电流，在周围基体作用下，耗散电流被衰减，将雷达波能量转换为热能。另外，在基体的表面涂覆一层纳米氧化锌涂层，可改变材料的介电参数和电磁参数，从而有效地调整吸波峰值的频率区间。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合型吸波材料及其制备方法，特别涉及一种含有碳纳米管的聚合物与其涂层(含有纳米氧化锌的聚合物)及其制备方法。属于吸波材料技术领域。
背景技术
吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的损耗转变为热能的一类材料。在应用上除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，尚要求材料具有重量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。先进的吸波材料是高技术和精良武器的物质基础，在航天、航空、兵器、舰艇等重要军事工业的应用上是必不可少的材料；对高技术和新一代高性能武器系统的发展有举足轻重的影响。吸波材料是现代武器装备的一种极重要的材料，对提高武器装备的生存和突防能力有决定性意义，是导弹、飞机、舰艇、坦克等现代武器的关键材料。例如，美国的F-117隐身战斗轰炸机、B2隐身战略轰炸机及其正在研制的最先进的第四代战斗机F-22隐身战斗机、战略巡航导弹等，都采用了特种吸波材料。
碳纳米管是空心的管状纤维结构，其直径一般为几纳米至几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。它具有很强的表面效应，量子尺寸效应，局域场效应和特殊的界面区等很多奇异的物理和化学特性。它具有类似金属的导电强度；其理论强度是钢的100倍，但重量仅是钢的1/7。此外，碳纳米管具有的比表面积适中、充放电能力强等物理及电学特性，可用于汽车、机械、电子、军事等领域的超级电容器制造，并可与各种金属、非金属及高分子材料复合组成综合性能优异的导电材料、高强度复合材料、屏蔽材料及隐身材料等。
中国专利1513589(公开号)分别公开了一种纳米级碳质材料分散液及其制备方法。该组合物由纳米级碳质材料、分散剂、稳定剂、余量的分散介质组成；其制备方法是将分散剂加入分散介质中，再加入纳米级碳质材料和稳定剂，用高速分散机或用超声波分散10-60分钟，制成纳米级碳质材料分散液。另外，中国专利1486927(公开号)公开了一种超支化聚合物接枝的碳纳米管及其制备方法。碳纳米管经强氧化性酸表面改性后得到酸化碳纳米管，然后作为特种添加剂均匀分散到塑料、橡胶、涂料中，制备纳米高强度复合材料和吸波材料。虽然上述两专利均宣称可以应用到吸波材料领域，但都没有具体的吸波性能指标参数。
沈曾民等对碳纳米管/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料的雷达波吸收性能进行研究显示(复合材料学报，第20卷，第2期，2003年4月)，该材料在5.39GHz至7.19GHz频率范围内的反射率小于-5dB，有吸波性能，在5.83GHz时材料的反射率达到了-10dB。缺点是吸波的波峰小、频率窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸波频率较宽的吸波材料。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明吸波材料含有两部分，即基体部分1和涂层部分2(结构描述为图1所示)。基体部分有以下两种组分：聚合物、碳纳米管，其重量配比为：聚合物30～99％，碳纳米管1～70％，涂层部分有以下两种组分：涂料、纳米氧化锌。其重量配比为：涂料40～99％，纳米氧化锌1～60％。所述的聚合物为橡胶、树脂、塑料中的至少一种。
所述的为橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶等。
所述的为树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂等。
所述的为塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。
所述的涂料为清漆、聚氨脂、环氧树脂等
所述的碳纳米管采用外径为0.4～100nm，长度为10nm～1mm的原始单壁碳纳米管、
多壁碳纳米管中的至少一种。
所述的纳米氧化锌采用平均粒径在5nm～100nm，颗粒的形状为棒状、球状、针状的至少一种。
本发明提供了一种吸波材料的制备方法，该方法按如下步骤进行：
a.预先取原始制备的碳纳米管(未经化学和物理处理)进行真空干燥，然后按上述比例将所用聚合物、碳纳米管一起加入到混料机中，使其混合均匀，然后成型；
b.将含有上述比例的纳米氧化锌放入涂料中进行均匀地分散；
c.将步骤b中制得的涂料均匀地涂覆在步骤a制备材料的表面，涂层的厚度为1μm-1mm。烘干温度为25-80℃。
本发明具有如下优点：碳纳米管具有优良的导电性，其导电强度可达铜的10000倍以上，将它与聚合物复合，使其体积电阻大幅度降低。在电磁场的作用下，碳纳米管作为偶极子，会产生极化耗散电流，在周围基体作用下，耗散电流被衰减，从而雷达波能量转换为其它形式的能量。另外，在基体的表面涂覆一层纳米氧化锌涂层，改变材料的介电参数和电磁参数，从而有效地调整吸波峰值的频率区间，而吸波材料的吸波曲线形状基本不变。
附图说明
图1为结构-涂层式复合吸波材料简图。
具体实施方式
实施例1：
将真空干燥后外径为2～30nm，长度为1～20μm的多壁碳纳米管1％，聚丙烯99％，先加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在17.03GHz出现一个峰值，反射率为-1.2dB。将平均粒径在5nm颗粒状氧化锌1％，清漆99％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1μm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在15.90GHz出现一个峰值，反射率为-1.1dB。
实施例2：
将真空干燥后外径为2～30nm，长度为1～50μm的多壁碳纳米管4％，酚醛树脂96％，先加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在7.6GHz出现一个峰值，反射率为-17.6dB。将平均粒径在30nm颗粒状氧化锌50％，环氧树脂50％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为2μm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在6.5GHz出现一个峰值，反射率为-14.6dB。
实施例3：
将真空干燥后外径为1～20nm，长度为1～100μm的单壁碳纳米管10％，三元乙丙橡胶90％，先加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在16.5GHz出现一个峰值，反射率为-10.2dB。将平均粒径在100nm棒状氧化锌50％，清漆50％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为50μm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在15.5GHz出现一个峰值，反射率为-9.1dB。
实施例4：
将真空干燥后外径为2～30nm，长度为1～50μm的多壁碳纳米管30％，环氧树脂70％，先加入到高速混合机中，再经双螺杆挤出机中挤出，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在15.2GHz出现一个峰值，反射率为-24.9dB。将平均粒径在50nm颗粒状氧化锌30％，聚氨脂70％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为5μm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在13.3GHz出现一个峰值，反射率为-23.6dB。
实施例5：
将真空干燥后外径为2～60nm，长度为1～100μm的多壁碳纳米管40％，丁苯橡胶60％，加入到开炼机中均匀混合，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在8.1GHz出现一个峰值，反射率为-17.5dB。将平均粒径在30nm颗粒状氧化锌60％，清漆40％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1mm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生了变化，在9.5GHz出现一个峰值，反射率为-16.3dB。
实施例6：
将真空干燥后外径为2～30nm，长度为1～50μm的多壁碳纳米管70％，丙烯酸树脂30％，加入到高速混合机中均匀混合，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在13.5GHz出现一个峰值，反射率为-20.9dB。将平均粒径在5nm～30nm颗粒状氧化锌30％，聚氨脂70％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为5μm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生变化，在11.2GHz出现一个峰值，反射率为-19.6dB。
实施例7：
将真空干燥后外径为2～60nm，长度为1～100μm的多壁碳纳米管40％，聚乙烯60％，加入到开炼机中均匀混合，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在6.1GHz出现一个峰值，反射率为-10.5dB。将平均粒径在30nm颗粒状氧化锌60％，清漆40％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1mm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生了变化，在5.0GHz出现一个峰值，反射率为-16.3dB。
实施例8：
将真空干燥后外径为2～60nm，长度为1～100μm的多壁碳纳米管20％，聚酰胺80％，加入到开炼机中均匀混合，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在10.2GHz出现一个峰值，反射率为-20.5dB。将平均粒径在30nm颗粒状氧化锌60％，清漆40％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1mm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生了变化，在8.2GHz出现一个峰值，反射率为-19.3dB。
实施例9：
将真空干燥后外径为2～60nm，长度为1～100μm的多壁碳纳米管40％，丁基橡胶60％，加入到开炼机中均匀混合，制备出长、宽、高分别为18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在8.2GHz出现一个峰值，反射率为-13.5dB。将平均粒径在30nm颗粒状氧化锌60％，清漆40％配制成涂料，然后将涂料喷在上述材料的表面，厚度为1mm。此材料经涂层后材料的吸波曲线形状基本不变，只是出峰的位置发生了变化，在7.3GHz出现一个峰值，反射率为-11.8dB。
Claims (2)
1.一种含碳纳米管复合涂层型吸波材料，其特征是该材料含有两部分，即基体部分和涂层部分、基体部分含有以下两种组分：聚合物、碳纳米管，其重量配比为：聚合物30～99％，碳纳米管1～70％；所述的碳纳米管采用外径为0.4～100nm，长度为10nm～1mm的原始单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；涂层部分含有以下两种组分：涂料、纳米氧化锌，其重量配比为：涂料40～99％，纳米氧化锌1～60％，所述的涂料为清漆、聚氨酯、环氧树脂中的任一种；所述的纳米氧化锌采用平均粒径在5nm～100nm，颗粒的形状为棒状，球状或针状的至少一种；所述的聚合物为橡胶、树脂、塑料中的至少一种；所述的橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶中的至少一种；所述的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂中的至少一种；所述的塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的任一种。
2.一种含碳纳米管复合涂层型吸波材料的制备方法，其特征是该方法按如下步骤进行：
a.预先取原始制备的碳纳米管进行真空干燥，然后按权利要求1所述配比将所用聚合物、碳纳米管一起加入到混料机中，使其混合均匀，然后成型；
b.将权利要求1所述配比将纳米氧化锌放入涂料中进行均匀地分散；
c.将步骤b中制得的涂料均匀地涂覆在步骤a制备材料的表面，涂层的厚度为1μm-1mm，烘干温度为25-80℃。
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