CN1767757B - 一种电磁波吸收材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁波吸收材料，尤其涉及相结构可调控的聚合物基单层电磁波吸收材料。所述的电磁波吸收材料是由两相或两相以上的聚合物基体与电磁波吸收剂通过共混的方法复合而成的高分子复合材料，所述的聚合物基体由两种或两种以上不相容的聚合物组成。所述的电磁波吸收材料具有良好的吸波性能，在防止电磁波污染以及军事对抗等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种电磁波吸收材料
(一)技术领域
本发明涉及一种电磁波吸收材料，尤其涉及相结构可调控的聚合物基单层电磁波吸收材料。
(二)背景技术
对于电磁波吸收材料而言，单一电磁波吸收剂吸波频带较窄，而且无法解决无反射问题，再综合考虑材料的尺寸和力学性能，所以一般采用电磁波吸收体的形式进行多元复合。电磁波吸收复合材料的设计通常主要解决以下两个问题：一是怎样使更多的电磁波进入材料的内部，而不是从表面反射回去，即必须考虑波阻抗匹配；另一个是如何在很短的距离内使电磁波在介质中被最大限度地吸收，即提高材料的电磁损耗效率。但在许多场合，实现波阻抗匹配和提高电磁损耗效率是一对矛盾。以电阻型吸波材料为例，电导率的增大可提高电磁损耗效率，但是却易使电磁波从材料表面反射回去，难以达到较佳的波阻抗匹配。因此，为了解决这对矛盾，国内外偏重于由透波层、吸波层组成的多层结构电磁波吸收材料的理论和应用研究。与多层结构相比，单层结构吸波材料具有可一次成型，施工方便、重量轻、厚度薄等优点，但是现在缺乏系统的理论指导和成熟的技术手段来控制电磁波吸收剂的分布，难以同时兼顾波阻抗匹配和提高电磁损耗效率问题。
(三)发明内容
为了同时解决单层电磁波吸收材料的波阻抗匹配和提高电磁损耗效率这两个难题，本发明通过电磁波吸收剂超微粒子在多相聚合物体系中的选择性富集来调控材料的相结构，并以此为基础，制备吸收频带宽、吸收效果好的单层电磁波吸收材料。
本发明所述的电磁波吸收材料是由两相或两相以上的聚合物基体与电磁波吸收剂通过共混的方法复合而成的高分子复合材料，所述的聚合物基体由两种或两种以上不相容的聚合物组成。
所述的聚合物可以选自于下列之一：塑料、橡胶、热固性树脂、热塑性弹性体，如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化聚烯烃、聚偏二氟乙烯、环氧树脂、丙烯酸树脂、三元乙丙橡胶，优选自于下列之一：高密度聚乙烯、等规聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。
所述的聚合物基体与电磁波吸收剂共混的方法可以为下列之一：双辊混炼、密炼、挤出、共聚、缩聚、溶液共混、交联固化，优选的方法为双辊混炼。
所述的电磁波吸收剂尺寸一般要求不大于100μm，可以为下列之一：碳黑、碳纤维、石墨、铁氧体粉、羰基铁粉、铁镍合金粉、多晶铁纤维、导电高分子，优选为导电碳黑或气相生长碳纤维。
所述的聚合物基体与电磁波吸收剂的用量优选应使高分子复合材料的体积电阻率为100～108Ω·cm。
本发明中，聚合物和电磁波吸收剂复合后，由于电磁波吸收剂表面与聚合物基体各组分表面之间相互作用力的不同，电磁波吸收剂在聚合物各相中不是均匀分布的，存在选择性富集的现象。调整聚合物的种类和配比，可形成不同的相结构。于是，电磁波吸收剂的富集相成为吸波相，电磁波吸收剂的非富集相为透波相，透波相可提供电磁波进入复合材料内部的通道，吸波相则起到吸收电磁波的作用，从而可兼顾单层电磁波吸收材料的波阻抗匹配和电磁损耗效率。同时，如果通过加入其他电磁波吸收剂产生协同效应，可进一步提高电磁损耗效率，拓宽吸收频率范围，以获得更好的吸波效果。
本发明所述的电磁波吸收材料具有良好的吸波性能，在防止电磁波污染以及军事对抗等领域具有广泛的应用前景。
(四)附图说明
图1为本发明实施例1、2、3制得电磁波吸收材料的相结构示意图，
其中：
a为电磁波吸收剂选择性富集在聚合物其中一相的结构示意图；
b为电磁波吸收剂选择性富集在聚合物两相界面的结构示意图；
c为电磁波吸收剂形成网络框架型结构的示意图。
图2中a、b、c分别为本发明实施例1、2、3制得电磁波吸收材料的微观结构SEM图。
图3为本发明实施例1、2、3和比较例1、2所制得电磁波吸收材料的反射率图。
(五)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例采用的材料：聚合物选取高密度聚乙烯(HDPE)和等规聚丙烯(iPP)，电磁波吸收剂选取导电碳黑(CB)。
首先使用双辊开炼机，在160℃将50g的HDPE和50g的iPP混炼5分钟，再加入5g CB混炼5分钟，然后在19.6MPa的压力下模塑5分钟，随后骤冷到水中，得到厚度为2毫米的吸波片材。材料相结构如图1a所示。从SEM图2a上可知，CB选择性富集于HDPE相。
实施例2
本实施例采用的材料：聚合物选取聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和等规聚丙烯(iPP)，电磁波吸收剂选用导电碳黑(CB)。
首先使用双辊开炼机，在180℃将50g的PMMA和50g的iPP混炼5分钟，再加入5g CB混炼5分钟，然后在19.6MPa的压力下模塑5分钟，随后骤冷到水中，得到厚度为2毫米的吸波片材。材料相结构如图1b所示。从SEM图2b上可知，CB选择性富集于PMMA与iPP的界面上。
实施例3
本实施例采用的材料：聚合物选取高密度聚乙烯(HDPE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，电磁波吸收剂选取气相生长碳纤维(VGCF)。首先使用双辊开炼机，在180℃将5g的HDPE和95g的PMMA混炼5分钟，再加入5g VGCF混炼5分钟，然后在19.6MPa的压力下模塑5分钟，随后骤冷到水中，得到厚度为2毫米的吸波片材。为了得到清晰的相结构照片，用氯仿抽提试样72小时，将PMMA溶解，得到HDPE/VGCF的混合物。材料相结构如图1c所示。从SEM图2c上可知，HDPE像“铆钉”一样将VGCF粘接在一起，形成网络框架型结构。
比较例1 单相聚合物基电磁波吸收材料的制备
本实施例采用的材料：聚合物选取高密度聚乙烯(HDPE)，电磁波吸收剂选取导电碳黑(CB)。
首先使用双辊开炼机，在160℃将100HDPE与5g CB炼10分钟，然后在19.6MPa的压力下模塑5分钟，随后骤冷到水中，得到厚度为2毫米的吸波片材。
比较例2 单相聚合物基电磁波吸收材料的制备
本实施例采用的材料：聚合物选取聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，电磁波吸收剂选用导电碳黑(CB)。
首先使用双辊开炼机，在180℃将100g的PMMA与5g CB混炼10分钟，然后在19.6MPa的压力下模塑5分钟，随后骤冷到水中，得到厚度为2毫米的吸波片材。
实施例1，2，3的吸波性能以反射率来表示，并在图3中给出，从图3中可以看出，三种相结构的吸波材料都有着不错的吸波性能。而与比较例1、2的比较可以看出，通过调控多相聚合物的相结构来设计的电磁波吸收材料的吸波性能比通常的单相聚合物基电磁波吸收材料有很大的提高。
最终吸波性能评价反射率的测定由北京航天部207所按以下方法测定：
1.测试构件：以180mm×180mm×5mm的铝合金板作为基板，将180mm×180mm的吸波材料粘贴到基板上，得标准RAM样板，采用RAM反射率远场RCS测试法测试材料的反射率。
2.测试依据：中华人民共和国国家军用标准GJB2038-94《雷达吸波材料反射率测试方法》
3.测试方法：RAM反射率远场RCS测试法
4.测试仪器：HP8720ES网络分析仪，EMCO3115型波导天线(两副)
5.测试条件：室内温度：20℃。

Claims (10)

1.一种电磁波吸收材料，其特征在于所述的电磁波吸收材料是由两相或两相以上的聚合物基体与电磁波吸收剂通过共混的方法复合而成的高分子复合材料，所述的聚合物基体由两种或两种以上不相容的聚合物组成，电磁波吸收剂表面与聚合物基体各组分表面之间相互作用力不同，电磁波吸收剂在聚合物基体各相中存在选择性富集的现象，电磁波吸收剂的富集相成为吸波相，电磁波吸收剂的非富集相为透波相。
2.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的聚合物选自于下列之一：塑料、橡胶、热固性树脂、热塑性弹性体。
3.如权利要求2所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的聚合物选自于下列之一：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化聚烯烃、聚偏二氟乙烯、环氧树脂、丙烯酸树脂、三元乙丙橡胶。
4.如权利要求3所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的聚合物选自于下列之一：高密度聚乙烯、等规聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。
5.如权利要求1～4之一所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的聚合物基体与电磁波吸收剂共混的方法为下列之一：双辊混炼、密炼、挤出、共聚、缩聚、溶液共混、交联固化。
6.如权利要求5所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的聚合物基体与电磁波吸收剂共混的方法为双辊混炼。
7.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的电磁波吸收剂尺寸不大于100μm。
8.如权利要求7所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的电磁波吸收剂为下列之一：碳黑、碳纤维、石墨、铁氧体粉、羰基铁粉、铁镍合金粉、多晶铁纤维、导电高分子。
9.如权利要求8所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的电磁波吸收剂为导电碳黑或气相生长碳纤维。
10.如权利要求1所述的电磁波吸收材料，其特征在于所述的聚合物基体与电磁波吸收剂的用量使得高分子复合材料的体积电阻率为100～108Ω·cm。
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