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一种宽带多层泡沫吸波材料及其制备方法 Download PDF

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一种宽带多层泡沫吸波材料及其制备方法，属于功能材料技术领域，涉及宽带电磁波吸波材料及制备技术。本发明由开孔聚氨酯泡沫材料和电磁波吸波材料构成单层，多个单层重叠构成多层泡沫吸收材料。本发明的有益效果是，本发明的性能指标可以根据厚度不同具有不同的电磁波吸收性能，总体上具有低频性能好、吸收频带宽、面密度轻和环境性能优越等特点。

Description

一种宽带多层泡沫吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及宽带电磁波吸波材料及制备技术。
背景技术
近年来，随着军用和民用电磁波吸波材料需求的增长，各种电磁波吸波材料应运而生，尤以铁氧体、金属粉、多晶/非晶纤维和泡沫吸波材料等为主。
对泡沫类吸波材料，传统尖劈大量应用于吸波暗室之中，其吸波性能根据高度的不同而不同，可达到-50dB以上。但是其缺点也是显而易见的：高度太高，占用空间太大；吸收剂长时间使用后易脱落；阻燃效果差等。
平板型泡沫吸波材料由于具有厚度薄的优点如今已广泛应用于飞行器的雷达舱和民用电磁兼容等方面，但是如何提高材料的吸收性能和环境物理性能成为当前的重心所在。
中国专利200510011177.2“一种含碳纳米管复合涂层型吸波材料及其制备方法”公开了使用不同粒径和不同含量的碳纳米管制备的吸波材料。但是该材料吸收频段很窄，且一般只有一个吸收峰值。
因而如何改进吸波涂料达到长时间的性能稳定和阻燃等效果，成为当前的研究重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带电磁波吸收材料以及制备方法，本发明的吸波材料能达到长时间的性能稳定和阻燃等效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种宽带多层泡沫吸波材料，其特征在于，由开孔聚氨酯泡沫材料和电磁波吸波材料构成单层，多个单层重叠构成多层泡沫吸收材料；所述电磁波吸波材料的组分包含炭黑和导电纤维；
吸波材料包括以下各层：
包含体积含量0.3％的炭黑和导电纤维、厚度为15mm的开孔聚氨酯泡沫材料层；
包含体积含量0.5％的炭黑和导电纤维、厚度为15mm的开孔聚氨酯泡沫材料层；
包含体积含量1.2％的炭黑和导电纤维、厚度为6mm的开孔聚氨酯泡沫材料层；
前述体积含量是指炭黑和导电纤维的体积含量之和。
在多层泡沫吸波材料的面层还有一层防火防水面膜。
本发明还提供一种宽带多层泡沫吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
a、根据设计要求选取相应厚度的开孔聚氨酯泡沫材料；
b、配制复合吸波涂料，并加入涂料中炭黑含量的5％重量比的导电纤维，混合均匀；
c、按涂料中炭黑和导电纤维的含量分别计算出其体积含量，将复合涂料按0.05％～5％的体积含量浸渍到开孔聚氨酯泡沫基体中，即以炭黑和导电纤维体积之和与开孔聚氨酯泡沫基体的体积之比为0.05％～5％；
d、将步骤c制备得到的单层材料用粘结剂逐层粘合，形成多层泡沫吸波材料；
所述步骤b中的吸波涂料的配置过程为：
步骤1先将重量比例为0.5％～2％的炭黑、0.5％～2％的TW水性分散剂、0.3％～1.0％的三氧化二锑、0.3％～1.0％的氧化锌、0.1％～0.5％的防老剂、0.1％～0.5％的促进剂、0.1％～0.5％的胺类防霉剂和上述配方中4倍炭黑重量的水混合，研磨；
步骤2将步骤1中研磨好的混合溶液和重量为上述配方中剩余重量比例的水放入高速搅拌机中，高速搅拌15～30分钟，搅拌速度为500r/m～600r/m；
步骤3将步骤2中高速搅拌后的溶液加入重量百分比为2％～32％的苯丙乳液和0.1％～0.5％的乳液型消泡剂，将混合溶液放入低速搅拌机中，低速搅拌10～15分钟，搅拌速度为50r/m～100r/m；
步骤4用200目过滤筛过滤，获得用于吸波材料制备的涂料。
所述步骤d中的粘接剂的组分包括：重量比为1∶1∶1的氧化锌、氧化镁和三氧化二锑，以及苯丙乳液，氧化锌、氧化镁和三氧化二锑的总重量与苯丙乳液的重量比为2∶98。
本发明的有益效果是，本发明的性能指标可以根据厚度不同具有不同的电磁波吸收性能，总体上具有低频性能好、吸收频带宽、面密度轻和环境性能优越等特点。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
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：
步骤1按设计要求选取相应厚度的开孔聚氨酯泡沫材料(37#或39#)，厚度在2mm～30mm之间。由于材料厚度对反射率性能会有较大影响，应精确控制泡沫材料的厚度，要求误差不超过0.5mm。
步骤2配制复合吸波涂料。按“一种宽带电磁波吸波涂料的制备方法”的要求配制完成，并加入涂料中炭黑含量的5％重量比的导电纤维，混合均匀。配制的涂料的重量根据制备材料的多少和含量确定。
步骤3按涂料中炭黑和导电纤维的含量分别计算出其体积含量，将复合涂料按0.05％～5％的体积含量浸渍到开孔聚氨酯泡沫基体中。不同体积含量的炭黑/导电纤维浸渍到不同厚度的泡沫中，其反射率吸收峰和吸收频带不同。
步骤4配制粘结剂。将氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)和三氧化二锑(Sb2O3)按1∶1∶1重量比混合，放入研钵研磨分散，并以氧化锌、氧化镁和三氧化二锑的总重量按2∶98和苯丙乳液混合，用低速搅拌机搅拌8～10分钟，搅拌速度为50r/m～80r/m。搅拌均匀后用200目的过滤网过滤即可获得粘结剂。
步骤5将步骤3制备的单层含炭黑和导电纤维吸收剂的泡沫吸波材料按设计要求，用步骤4制备的粘结剂涂覆在泡沫材料表面，将多层泡沫吸波材料粘合在一起，形成多层泡沫吸波材料。
步骤6在多层泡沫吸波材料的面层粘贴防火防水面膜。
本发明与现有吸波材料相比具有如下突出优点：
1、炭黑吸收剂与开孔聚氨酯泡沫基体附着紧密，经振动试验后不会脱落。
2、多层泡沫吸波材料抗菌性能稳定，抗菌效率高。
3、苯丙乳液和阻燃剂的共同作用使该吸波材料具有良好的防火性能。将该涂料浸渍于泡沫基体材料中制成的多层吸波材料，经测试，其阻燃性能达到FH-1级。
4、浸渍的涂料为水溶性涂料，无毒，制备过程和使用中无环境污染。
5、面层防火防水层使材料可以在雨天环境保证其吸收性能。
6、该吸波材料制备工艺简单，原料易得，成本较低，性价比高。
本发明制备的宽带电磁波吸波材料，三层12mm厚(三层厚度分别为5mm、5mm和2mm)吸波性能在3.8GHz～18GHz频率范围内小于-10dB。见实施例1。
本发明制备的宽带电磁波吸波材料，三层36mm厚(三层厚度分别为15mm、15mm和6mm)吸波性能在2.6GHz～18GHz频率范围内小于-15dB。见实施例2。
本发明制备的宽带电磁波吸波材料，四层64mm厚(三层厚度分别为20mm、20mm、20mm和4mm)吸波性能在2GHz～2.6GHz频率范围内小于-15dB，在2.6～18GHz频率范围内小于-20dB。见实施例3。
更具体的实施例：
实施例1
将厚度为5mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.05％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为5mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.5％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为2mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量1.0％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
用粘合剂涂覆在泡沫材料表面将上述三层泡沫材料粘合在一起，形成多层泡沫吸波材料。
该材料在4GHz～18GHz频率范围内反射率小于-10dB，吸收峰有两个位置，分别在6GHz和12GHz，峰值小于-20dB。
材料面密度为1.5kg/m2，阻燃性能达到FH-1级。
实施例2
将厚度为15mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.3％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为15mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.5％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为6mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量1.2％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
用粘合剂涂覆在泡沫材料表面将上述三层泡沫材料粘合在一起，形成多层泡沫吸波材料。
该材料在4GHz～18GHz频率范围内反射率小于-15dB，吸收峰有两个位置，分别在7GHz和14GHz，峰值小于-40dB。
材料面密度为2.1kg/m2，阻燃性能达到FH-1级。
实施例3
将厚度为20mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.1％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为20mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量0.5％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为20mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量1.0％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
将厚度为4mm的开孔聚氨酯泡沫材料浸渍体积含量1.5％的炭黑和导电纤维吸收剂的复合涂料并烘干。
用粘合剂涂覆在泡沫材料表面将上述三层泡沫材料粘合在一起，形成多层泡沫吸波材料。
该材料在2GHz～2.6GHz频率范围内小于-15dB，在2.6GHz～18GHz频率范围内反射率小于-20dB，吸收率最大处小于-50dB。
材料面密度为2.5kg/m2，阻燃性能达到FH-1级。

Claims (3)

1.一种宽带多层泡沫吸波材料，其特征在于，由开孔聚氨酯泡沫材料和电磁波吸波材料构成单层，多个单层重叠构成多层泡沫吸收材料；所述电磁波吸波材料的组分包含炭黑和导电纤维；
吸波材料包括以下各层：
包含体积含量0.3％的炭黑和导电纤维、厚度为15mm的开孔聚氨酯泡沫材料层；
包含体积含量0.5％的炭黑和导电纤维、厚度为15mm的开孔聚氨酯泡沫材料层；
包含体积含量1.2％的炭黑和导电纤维、厚度为6mm的开孔聚氨酯泡沫材料层；
前述体积含量是指炭黑和导电纤维的体积含量之和。
2.宽带多层泡沫吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
a、根据设计要求选取相应厚度的开孔聚氨酯泡沫材料；
b、配制复合吸波涂料，并加入涂料中炭黑含量的5％重量比的导电纤维，混合均匀；
c、按涂料中炭黑和导电纤维的含量分别计算出其体积含量，将复合涂料按0.05％～5％的体积含量浸渍到开孔聚氨酯泡沫基体中，即以炭黑和导电纤维体积之和与开孔聚氨酯泡沫基体的体积之比为0.05％～5％；
d、将步骤c制备得到的单层材料用粘结剂逐层粘合，形成多层泡沫吸波材料；
所述步骤b中的吸波涂料的配置过程为：
步骤1先将重量比例为0.5％～2％的炭黑、0.5％～2％的TW水性分散剂、0.3％～1.0％的三氧化二锑、0.3％～1.0％的氧化锌、0.1％～0.5％的防老剂、0.1％～0.5％的促进剂、0.1％～0.5％的胺类防霉剂和上述配方中4倍炭黑重量的水混合，研磨；
步骤2将步骤1中研磨好的混合溶液和重量为上述配方中剩余重量比例的水放入高速搅拌机中，高速搅拌15～30分钟，搅拌速度为500r/m～600r/m；
步骤3将步骤2中高速搅拌后的溶液加入重量百分比为2％～32％的苯丙乳液和0.1％～0.5％的乳液型消泡剂，将混合溶液放入低速搅拌机中，低速搅拌10～15分钟，搅拌速度为50r/m～100r/m；
步骤4用200目过滤筛过滤，获得用于吸波材料制备的涂料。
3.如权利要求2所述的宽带多层泡沫吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d中的粘接剂的组分包括：重量比为1∶1∶1的氧化锌、氧化镁和三氧化二锑，以及苯丙乳液，氧化锌、氧化镁和三氧化二锑的总重量与苯丙乳液的重量比为2∶98。
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