專利名稱：核-殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種核-殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材 料及其制備方法。
技術(shù)背景隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電子、通訊、計算機與電器設(shè)備等進入家庭，導(dǎo)致 城市空間人為電磁能量逐年增長，使有限空間內(nèi)的電磁環(huán)境更為惡化，電磁輻射(電磁波頻率一般在5 GHz內(nèi))已成為人類第四污染源，惡化的電磁環(huán)境不 僅對人們?nèi)粘５耐ㄓ?、計算機、運輸業(yè)和其它電子系統(tǒng)造成危害，而且會對人 們的身體健康帶來威脅。在軍事方面，雷達仍是探測目標最主要和最可靠的設(shè) 備，且不斷向高頻化和寬頻方向發(fā)展，其主要工作頻段在2 18 GHz內(nèi)。這就要求軍用目標在較高的寬頻范圍內(nèi)具備優(yōu)良的吸波性能，達 到干擾雷達探測，以避免敵方的軍事打擊。通常情況下用于軍事目標的吸波材 料的反射率小于-10 dB才有實際應(yīng)用價值，且反射率小于-10 dB的連續(xù)帶寬 越大越好；用于民用的電磁波防護材料，其反射率小于-7 dB就有一定的實際 使用價值。目前吸波材料的研究主要集中在鐵氧體、羰基鐵粉、納米材料、纖維和有 機聚合物等方面，其中鐵氧體和羰基鐵粉吸波材料已應(yīng)用到實際工程中。國內(nèi) 外針對羰基鐵粉吸波材料的研究主要有以下幾種，如《材料工程》2006, (4): 8-11， 上公開的單層雷達吸波材料研究，以羰基鐵粉與聚氯乙烯為原料，制備厚度為 3.2 mm的吸波貼片，在2~18 GHz波段內(nèi)反射率小于-10 dB的帶寬只有2 GHz; 北京科技大學(xué)學(xué)報，2006, 28(8): 766-769公開的復(fù)合型雷達吸波材料，公開了 一種由羰基鐵粉和導(dǎo)電聚苯胺(PAN)復(fù)合而成的新型寬頻帶雷達吸波材料，在 6-18GHz范圍內(nèi)，厚度為0.9mm的單層吸波涂層的吸收量達5dB，且通過設(shè) 計還可以進一步拓寬頻帶和增強吸收；把導(dǎo)電聚苯胺與羰基鐵粉以2:8的比例 制成復(fù)合粉，然后將復(fù)合粉與聚脲粘合劑以2:8的比例混合制成2.0 mm厚的 吸波涂料，在2 12GHz的頻段范圍可獲得優(yōu)于-10dB的吸波性能；《Polymer Degradation and Stability》，2001， 73: 1~5.公開的羰基鐵粉與碳黑復(fù)合的聚氯丁 二烯復(fù)合吸波材料，厚度為2.0 mm的復(fù)合材料在8~16 GHz的頻段范圍內(nèi)的反 射率均小于-5 dB，小于-10 dB的有效帶寬僅4 GHz左右。上述研究存在以下一些問題(1)吸波性能不理想，主要體現(xiàn)為較薄的吸波涂料其有效吸收頻帶不寬，除研究的一項復(fù)合材料反射率小于-10dB帶寬能 夠達到10GHz外，其它的僅有4GHz左右；(2)涂層密度偏大， 一般都在5.0 kg/m3以上，主要是羰基鐵粉用量偏多，且涂層厚度偏厚，理想的涂層密度應(yīng) 在3.5kg/n^以內(nèi)，厚度不太于1.0mm。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對上述存在的問題，通過以羰基鐵粉(CIP)作為 電磁波的磁損耗層，在其表層均勻包覆一層PMMA透波層，然后再在PMMA 上包覆一層PANI電損耗層，得到雙層包覆核-殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波劑 CIP/PMMA/PANI，以提高吸波性能和降低涂料密度與厚度。本發(fā)明所述核-殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料由羰基鐵粉CIP、聚甲基丙烯酸 甲脂PMMA、聚苯胺PANI和石蠟制成。其中羰基鐵粉、聚甲基丙烯酸甲脂和 聚苯胺形成雙層包覆核-殼型結(jié)構(gòu)，簡寫為CIP/PMMA/PANI，然后與石蠟混合 制成輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料。本發(fā)明所述核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料CIP與PMMA的質(zhì)量百分比為 33 40:67~60、 CIP/PMMA與PANI的質(zhì)量百分比為60 70:40~30 、 CIP/PMMA/PANI與石蠟的質(zhì)量百分比為30~50:70~50。本發(fā)明所述的核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料由以下制備方法制得(1)采 用原位復(fù)合技術(shù)使甲基丙烯酸甲酯(MMA)在CIP表面發(fā)生聚合反應(yīng)，所得 固體用鹽酸及蒸餾水清洗后置于烘箱內(nèi)烘干、研磨、磁選得到CIP/PMMA復(fù) 合材料；(2)利用化學(xué)氧化法和原位復(fù)合技術(shù)使苯胺單體在CIP/PMMA上發(fā) 生聚合反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾，依次用無水乙醇和蒸餾水洗滌；過濾物真空干 燥，磁選后得到CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料；(3) CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料 與熔融石蠟采用機械混合，制得吸波涂料。本發(fā)明所述的核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料制備方法包括以下步驟(1)CIP/PMMA復(fù)合材料的制備將羰基鐵粉加入含Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑的乙酸乙酯溶液中，強力 攪拌，得到硅垸偶聯(lián)劑處理過的CIP;將處理過的CIP加到乙醇水溶液中，超聲分散并攪拌，再加入甲基丙烯酸甲酯，加入量使PMMA:CIP的質(zhì)量比為2:1，升溫至65 7(TC時，滴加過硫酸胺，硫酸胺與苯胺的摩爾比為1:1，水溶液引發(fā)反應(yīng)，保溫1 1.5 h后反應(yīng)結(jié)束，將所得固體用鹽酸及蒸餾水清洗后置于80 85。C烘箱內(nèi)烘干10~12h、研磨15 20min、磁選得到CIP/PMMA復(fù)合材料；(2) CIP/PMMA/PANI雙層包覆核-殼型復(fù)合材料的制備將上述CIP/PMMA復(fù)合材料置于裝有鹽酸的燒杯中，超聲波分散并攪拌；再加入苯胺單體，加入量以CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料中的PANI質(zhì)量含量達40 wt %計算，然后緩慢滴 加過硫酸銨水溶液，溫度控制在8 10。C，反應(yīng)結(jié)束后過濾，依次用無水乙醇和 蒸餾水洗滌；過濾物在80 85'C真空干燥10 12h，磁選后得到CIP/PMMA/PANI 復(fù)合材料；(3)吸波涂層的制備將復(fù)合材料與熔融的石蠟均勻混合，然后倒 在截面為金屬鋁板上，抹平表面，形成厚度為1 2mm的吸波涂層。本發(fā)明由于CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料中的羰基鐵粉用量相應(yīng)較低，其減 少的量用密度較小的聚苯胺替代，使得復(fù)合材料的密度明顯降低。本發(fā)明復(fù)合 吸波材料具有雙層包覆核-殼型結(jié)構(gòu)，既有磁損耗層，又有電損耗層，且在這 兩層間設(shè)計了一個透波層，使其寬頻吸波性能得到明顯提高，在2 18GHz測 試頻率范圍內(nèi)，反射率均小于-7 dB，反射率小于-10 dB的連續(xù)帶寬達10.2 GHz，具有較好的寬頻吸波性能，且具有較小的密度，達到防止電磁輻射對人 體的危害和對設(shè)備的影響，同時還能干擾雷達探測，使軍事目標避免軍事打擊。


圖1為本發(fā)明復(fù)合材料的SEM圖；圖2為本發(fā)明復(fù)合材料的TEM圖；圖3為本發(fā)明復(fù)合材料厚度為l.Omm的吸波涂層反射率與頻率關(guān)系圖。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。 實施例1:1、 CIP/PMMA復(fù)合材料的制備取羰基鐵粉(CIP) 10克，將羰基鐵粉(CIP)加入到50ml含Y-氨丙基三乙氧 基硅烷偶聯(lián)劑的乙酸乙酯溶液中，強力攪拌，得到硅烷偶聯(lián)劑處理過的CIP; 將處理過的CIP加到乙醇水溶液中，超聲分散并攪拌，再加入甲基丙烯酸甲酯， 升溫至65'C時，滴加過硫酸胺水溶液引發(fā)反應(yīng)(2h滴完)，保溫lh后反應(yīng)結(jié) 束，將所得固體用鹽酸及蒸餾水清洗后置于8(TC烘箱內(nèi)烘干12h、研磨15min、 磁選得到CIP/PMMA復(fù)合材料，使CIP與PMMA的質(zhì)量百分比為33 :67。2、 CIP/PMMA/PANI雙層包覆核-殼型復(fù)合材料的制備將第1步中制得的CIP/PMMA復(fù)合材料置于裝有鹽酸的燒杯中，超聲波 分散并攪拌；再加入苯胺單體(加入量以CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料中的PANI 質(zhì)量含量達40wtn/。計算)，然后緩慢滴加過硫酸銨水溶液，溫度控制在1(TC， 滴完后繼續(xù)反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，依次用無水乙醇和蒸餾水洗滌；過濾 物在8CTC真空干燥12 h，磁選后得到CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料。 3、吸波涂層的制備CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料與石蠟的質(zhì)量百分比為30:70 ，將 CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料與熔融的石蠟均勻混合，然后倒在截面為180 mmX180mm的金屬鋁板上，抹平表面，形成厚度為1.0 mm的吸波涂層， 然后采用弓形反射法測其反射率，結(jié)果見圖3。 本發(fā)明復(fù)合材料的SEM圖見圖1、 TEM圖見圖2。 實施例2:本實施例CIP與PMMA的質(zhì)量百分比為40: 60、 CIP/PMMA與PANI的 質(zhì)量百分比為70: 30、 CIP/PMMA/PANI與石蠟的質(zhì)量百分比為50: 50;在 CIP/PMMA復(fù)合材料的制備過程中，加入甲基丙烯酸甲酯后，升溫至65 7(TC時， 滴加過硫酸胺；水溶液引發(fā)反應(yīng)，保溫1~1.5 h后反應(yīng)結(jié)束，將所得固體用鹽 酸及蒸餾水清洗后置于80 85。C烘箱內(nèi)烘干10 12h、研磨15 20min、磁選得 到CIP/PMMA復(fù)合材料。在CIP/PMMA/PANI雙層包覆核-殼型復(fù)合材料的制備 過程中，滴加過硫酸銨水溶液，溫度控制在8 1(TC，反應(yīng)結(jié)束后過濾，依次用 無水乙醇和蒸餾水洗滌；過濾物在80 85。C真空干燥10~12h，磁選后得到 CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料。其它工藝方法及參數(shù)與實施例1相同。 實施例3:本實施例CIP與PMMA的質(zhì)量百分比為35: 65、 CIP/PMMA與PANI的 質(zhì)量百分比為65: 35、 CIP/PMMA/PANI與石蠟的質(zhì)量百分比為40: 60，其它工藝方法及參數(shù)與實施例2相同。 實施例4:本實施例CIP與PMMA的質(zhì)量百分比為35: 65、 CIP/PMMA與PANI的 質(zhì)量百分比為65: 35、 CIP/PMMA/PANI與石蠟的質(zhì)量百分比為40: 60，其它工藝方法及參數(shù)與實施例1相同。 實施例5本實施例CIP與PMMA的質(zhì)量百分比為34: 66、 CIP/PMMA與PANI的 質(zhì)量百分比為68: 32、 CIP/PMMA/PANI與石蠟的質(zhì)量百分比為35: 65，其它 工藝方法及參數(shù)與實施例1相同。
權(quán)利要求
1、一種核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料，其特征在于由羰基鐵粉CIP、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA、聚苯胺PANI和石蠟制成，其中羰基鐵粉、聚甲基丙烯酸甲脂和聚苯胺形成雙層包覆核-殼型結(jié)構(gòu)，簡寫為CIP/PMMA/PANI，然后與石蠟混合制成輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料，其特征在于CIP 與PMMA的質(zhì)量百分比為33~40:67~60、CIP/PMMA與PANI的質(zhì)量百分比為 60~70:40~30、 CIP/PMMA/PANI與石蠟的質(zhì)量百分比為30 50:70 50。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料，其特征在于 由以下制備方法制得3. 1采用原位復(fù)合技術(shù)使甲基丙烯酸甲酯(MMA)在CIP表面發(fā)生聚合反 應(yīng)，所得固體用鹽酸及蒸餾水清洗后置于烘箱內(nèi)烘干、研磨、磁選得到 CIP/PMMA復(fù)合材料；3.2利用化學(xué)氧化法和原位復(fù)合技術(shù)使苯胺單體在CIP/PMMA上發(fā)生聚合 反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾，依次用無水乙醇和蒸餾水洗滌；過濾物真空干燥，磁 選后得到CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料；3. 1 CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料與熔融石蠟采用機械混合，制得吸波涂料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的核殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料，其特征在于按以 下步驟制得4. 1 CIP/PMMA復(fù)合材料的制備將羰基鐵粉加入含，氨丙基三乙氧基硅垸偶聯(lián)劑的乙酸乙酯溶液中，強力 攪拌，得到硅垸偶聯(lián)劑處理過的CIP;將處理過的CIP加到乙醇水溶液中，超聲分散并攪拌，再加入甲基丙烯酸甲酯，加入量使PMMA:CIP的質(zhì)量比為2:1， 升溫至65 70。C時，滴加過硫酸胺，硫酸胺與苯胺的摩爾比為1:1，水溶液引 發(fā)反應(yīng)，保溫1~1.5 h后反應(yīng)結(jié)束，將所得固體用鹽酸及蒸餾水清洗后置于 80 85。C烘箱內(nèi)烘干10 12h、研磨15 20min、磁選得到CIP/PMMA復(fù)合材料； 4. 2 CIP/PMMA/PANI雙層包覆核-殼型復(fù)合材料的制備將上述CIP/PMMA復(fù)合材料置于裝有鹽酸的燒杯中，超聲波分散并攪拌； 再加入苯胺單體，加入量以CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料中的PANI質(zhì)量含量達 40wty。計算，然后緩慢滴加過硫酸銨水溶液，溫度控制在8 10。C，反應(yīng)結(jié)束 后過濾，依次用無水乙醇和蒸餾水洗滌；過濾物在80 85。C真空干燥10 12h，磁選后得到CIP/PMMA/PANI復(fù)合材料；4.3吸波涂層的制備將復(fù)合材料與熔融的石蠟均勻混合，然后倒在截面為金屬鋁板上，抹平表面，形成厚度為1 2mm的吸波涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核-殼型輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料及其制備方法。該復(fù)合吸波材料由羰基鐵粉(CIP)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚苯胺(PANI)和石蠟組成，其中CIP、PMMA和PANI形成雙層包覆核-殼型結(jié)構(gòu)，然后與石蠟混合制成輕質(zhì)寬頻復(fù)合吸波材料。本發(fā)明復(fù)合吸波材料具有雙層包覆核-殼型結(jié)構(gòu)，既有磁損耗層，又有電損耗層，且在這兩層間設(shè)計了一個透波層，使其寬頻吸波性能得到明顯提高，在2～18GHz測試頻率范圍內(nèi)，反射率均小于-7dB，反射率小于-10dB的連續(xù)帶寬達10.2GHz，具有較好的寬頻吸波性能，且具有較小的密度，達到防止電磁輻射對人體的危害和對設(shè)備的影響，同時還能干擾雷達探測，使軍事目標避免軍事打擊。
文檔編號C08L33/12GK101235206SQ20081007059
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者徐玲玲, 曾東海, 熊國宣, 敏 鄧, 鄧雪萍, 陸春華 申請人:東華理工大學(xué)