本發(fā)明涉及一種具有類多層結(jié)構(gòu)的吸波劑的制備方法。

背景技術(shù)：

以碳納米管-中空多孔碳纖維，納米磁性粒子制備類多層結(jié)構(gòu)吸波劑的制備方法，在國內(nèi)外還未見相關(guān)的報道，下面對本發(fā)明的研究背景做介紹。

在當(dāng)今的武器戰(zhàn)爭中，隱身技術(shù)的使用能夠打破現(xiàn)有的戰(zhàn)略布局，武器裝備的作戰(zhàn)能力也會得到顯著的提升。雷達(dá)隱身技術(shù)是研究最早、發(fā)展最快、使用最廣泛的隱身技術(shù)。常用的改善隱身技術(shù)的方式主要有：(a)對武器進(jìn)行外形改造；(b)采用雷達(dá)吸波材料。因為吸波材料的制備難度小，成本低，已經(jīng)成為目前隱身技術(shù)領(lǐng)域研究的熱門。高性能的吸波材料應(yīng)具有厚度薄、質(zhì)量輕、吸收頻帶寬、吸波能力強(薄、輕、寬、強) 的特征。然而，因為單一的吸波組分和結(jié)構(gòu)會限制材料電磁參數(shù)的可調(diào)范圍，這就使得吸波材料的吸收頻帶比較窄，很難獲得吸收頻帶較寬的吸收頻帶。多層吸波材料由于其可設(shè)計自由度大、電磁參數(shù)可調(diào)范圍大等優(yōu)勢，能夠提高吸波性能的同時顯著拓寬吸收頻帶，具有廣闊的發(fā)展前景。本發(fā)明制備的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑集電磁損耗吸波劑于一體，將多層結(jié)構(gòu)濃縮于微米范圍的吸波劑中，不僅具有良好的吸波強度，同時大大拓寬了吸波頻帶寬度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決現(xiàn)有吸波材料吸波頻帶較窄的問題，而提供一種具有類多層結(jié)構(gòu)的吸波劑的制備方法。

本發(fā)明涉及一種類多層結(jié)構(gòu)吸波劑的制備方法，所述吸波劑為三層結(jié)構(gòu)，在中空多孔活性碳纖維表面生長碳納米管，得到中空多孔活性碳纖維-碳納米管，其為兩層介電損耗層吸波劑，將納米磁性粒子和環(huán)氧樹脂混合注入到碳纖維的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所述納米磁性粒子/環(huán)氧樹脂作為磁損耗層吸波劑；具體步驟如下：

（1）中空多孔活性碳纖維-碳納米管介電損耗層吸波劑的制備：以中空多孔活性碳纖維為基體，在其表面采用電鍍的方式負(fù)載納米金屬催化劑顆粒，電鍍時間為1s-10min，而后用蒸餾水洗滌數(shù)次，干燥；采用化學(xué)氣相沉積的方法在中空多孔活性碳纖維表面上生長碳納米管；

（2）制備中空多孔活性碳纖維-碳納米管-納米磁性粒子-環(huán)氧樹脂吸波劑

將環(huán)氧樹脂稀釋劑質(zhì)量比10%-78%、固化劑10%-15%、消泡劑1%-5% 和環(huán)氧樹脂(E-54)2-80%混合制備得到環(huán)氧樹脂溶液，將0.01g-2g的納米磁性粒子添加到所得環(huán)氧樹脂溶液中，機械攪拌5-120min，得到納米磁性粒子/環(huán)氧樹脂溶液，將所得納米磁性粒子/環(huán)氧樹脂溶液注入到步驟（１）得到的中空多孔活性碳纖維-碳納米管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部；在25℃-80℃溫度下，固化3-10h，即得到類多層結(jié)構(gòu)吸波劑。

本發(fā)明中，步驟（1）中所述的中空多孔活性碳纖維為聚丙烯晴基中空多孔碳纖維或聚丙烯基碳纖維中任一種。

本發(fā)明中，步驟（1）中所述納米金屬催化劑為Fe、Co或Ni中一種以上。

本發(fā)明中，步驟（2）中所述的環(huán)氧樹脂稀釋劑是丁基縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、C12-14脂肪縮水甘油醚、芐基縮水甘油醚、1,6-已二醇二縮水甘油醚、環(huán)氧丙烷鄰甲苯基醚、鄰甲苯基縮水甘油醚或新戊二醇二縮水甘油醚中任一種。

本發(fā)明中，步驟（2）中所述納米磁性粒子為納米鎳顆粒、納米四氧化三鐵顆粒或納米鈷顆粒中任一種。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述固化劑為脂肪胺類、芳香族、脂肪環(huán)類、改性胺類、酸酐類、低分子聚酰胺和潛伏性胺類固化劑的任意一種，所述消泡劑為聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，聚氧乙烯聚氧丙烯胺醚，改性聚硅氧烷水乳液的任意一種。

本發(fā)明所述制備方法得到的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑在制備類多層結(jié)構(gòu)微/納吸波復(fù)合材料中的應(yīng)用，具體步驟如下：

將類多層結(jié)構(gòu)吸波劑剪成1-3mm的小段，剪成小段后的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑與環(huán)氧樹脂溶液按1:10的質(zhì)量比混合，固化成型，即得類多層結(jié)構(gòu)微/納吸波復(fù)合材料；具體的固化工藝為：將混合的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑和環(huán)氧樹脂溶液混合后，高速攪拌20-50min后倒入磨具中，靜置，置于真空烘箱中，在25℃-80℃溫度下，固化3-10h，其中：。將環(huán)氧樹脂稀釋劑質(zhì)量比10%-78%、固化劑10%-15%、消泡劑1%-5% 和環(huán)氧樹脂(E-54)2-80%混合制備得到環(huán)氧樹脂溶液

本發(fā)明中，所述的環(huán)氧樹脂稀釋劑是丁基縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、C12-14脂肪縮水甘油醚、芐基縮水甘油醚、1,6-已二醇二縮水甘油醚、環(huán)氧丙烷鄰甲苯基醚、鄰甲苯基縮水甘油醚或新戊二醇二縮水甘油醚中任一種；所述固化劑為脂肪胺類、芳香族、脂肪環(huán)類、改性胺類、酸酐類、低分子聚酰胺和潛伏性胺類固化劑的任一種，所述消泡劑為聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚，聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，聚氧乙烯聚氧丙烯胺醚，改性聚硅氧烷水乳液的任一種。

本發(fā)明的有益效果在于：一、本發(fā)明采用對電磁波具有介電損耗性能的中空多孔碳纖維-碳納米管復(fù)合材料和對電磁波具有磁損耗性能的納米磁性粒子作為吸波劑，使得制備的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑集電磁損耗于一體，具有很強的電磁波損耗能力。二、本發(fā)明制備的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑的尺寸在微米級，但是卻具有幾個毫米級多層復(fù)合材料鎖具有的寬吸收頻帶的特性。這種特殊的結(jié)構(gòu)大大拓寬了吸波劑的吸收頻帶寬度。使得類多層結(jié)構(gòu)吸波劑在擁有較高電磁波損耗能力的同時具有非常寬的吸收頻帶。三、本發(fā)明制備的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑可應(yīng)用在隱身材料領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為實施例１中的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管-納米四氧化三鐵（0.01g）的計算反射率隨頻率變化關(guān)系曲線。

圖2為實施例２中的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管-納米鎳（2g）的計算反射率隨頻率變化關(guān)系曲線。

圖3為實施例３中的聚丙烯基碳纖維-碳納米管-納米鈷（1g）的計算反射率隨頻率變化關(guān)系曲線。

圖4為聚丙烯基碳纖維-碳納米管在2-18GHz范圍的計算反射率隨頻率變化關(guān)系曲線。

圖5為聚丙烯基碳纖維-碳納米管的場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡圖。

圖6為類多層結(jié)構(gòu)吸波劑的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面的實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。

實施例１：一種具有類多層結(jié)構(gòu)的吸波劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行。

一、中空多孔活性碳纖維-碳納米管介電損耗層吸波劑的制備：以聚丙烯晴基中空多孔碳纖維為基體，在其表面采用電鍍的方式負(fù)載納米Ni催化劑顆粒，電鍍時間為1s，而后用蒸餾水洗滌數(shù)次，干燥。采用化學(xué)氣相沉積的方法在其表面上生長碳納米管。

二、制備聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管-納米四氧化三鐵磁性粒子/環(huán)氧樹脂吸波劑：將環(huán)氧稀釋劑苯基縮水甘油醚2.9g，固化劑低分子聚酰胺1.54g，消泡劑聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚0.13g（實施例中應(yīng)對材料具體化）和環(huán)氧樹脂（E-54）0.43g混合制備得到5g環(huán)氧樹脂溶液，將0.01g的納米四氧化三鐵磁性粒子添加到5g環(huán)氧樹脂溶液中，機械攪拌5min，而后將納米四氧化三鐵磁性粒子/環(huán)氧樹脂溶液注入到中空多孔活性碳纖維-碳納米管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部。而后在25℃溫度下，固化10h，得到類多層結(jié)構(gòu)吸波劑。

三、類多層結(jié)構(gòu)微納吸波復(fù)合材料的制備方法：將步驟二中的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑剪成1mm的小段，而后與環(huán)氧樹脂溶液按照1:10的質(zhì)量比進(jìn)行混合，固化后成型，具體的固化工藝為：將混合的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑和環(huán)氧樹脂溶液混合后，高速攪拌20min后倒入磨具中，靜置后，置于真空烘箱中，在25℃溫度下，固化10h。

本實施例制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管-納米四氧化三鐵（0.01g）類多層結(jié)構(gòu)吸波劑最小計算反射率達(dá)到-46.828dB，小于-10dB的頻帶寬度為7.2GHz，如圖1所示。

本實例制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的最小反射率為-30.01dB, 小于-10dB的吸收頻帶寬度為2.95GHz，如圖4所示。本實例所制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡圖，如圖5所示?？梢钥闯鎏技{米管均勻生長在聚丙烯晴基中空多孔碳纖維表面，所制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管直徑大約990μm。

本發(fā)明制備的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑可應(yīng)用在隱身材料領(lǐng)域。

實施例２：一種具有類多層結(jié)構(gòu)吸波劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行。

一、中空多孔活性碳纖維-碳納米管介電損耗層吸波劑的制備：以聚丙烯晴基中空多孔碳纖維為基體，在其表面采用電鍍的方式負(fù)載納米Nio催化劑顆粒，電鍍時間為10min，而后用蒸餾水洗滌數(shù)次，干燥。采用化學(xué)氣相沉積的方法在其表面上生長碳納米管。

二、制備聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管-納米鎳磁性粒子吸波劑：將環(huán)氧稀釋劑1,4-丁二醇二縮水甘油醚0.5g，固化劑0.5g，消泡劑聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚0.053g和環(huán)氧樹脂（E-54） 3.95g混合制備得到5g環(huán)氧樹脂溶液，將2g的納米鎳磁性粒子添加到5g環(huán)氧樹脂溶液中，機械攪拌120min，而后將納米鎳磁性粒子/環(huán)氧樹脂溶液注入到聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部。而后在80℃溫度下，固化3h，得到類多層結(jié)構(gòu)吸波劑。

三、類多層結(jié)構(gòu)微納吸波復(fù)合材料的制備方法：將上述的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑剪成3mm的小段，而后與環(huán)氧樹脂溶液按照1:10的質(zhì)量比進(jìn)行混合，固化后成型，具體的固化工藝為：將混合的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑和環(huán)氧樹脂溶液混合后，高速攪拌50min后倒入磨具中，靜置后，置于真空烘箱中，在80℃溫度下，固化3h。

本發(fā)明制備的本發(fā)明制備的 類多層結(jié)構(gòu)吸波劑最小計算反射率達(dá)到-36.27dB，小于-10dB的頻帶寬度為5.5GHz，如圖2所示。本實例制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的最小反射率為-30.01dB, 小于-10dB的吸收頻帶寬度為2.95GHz，如圖4所示。本實例所制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡圖，如圖5所示?？梢钥闯鎏技{米管均勻生長在聚丙烯晴基中空多孔碳纖維表面，所制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管直徑大約990μm。

本發(fā)明制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管-納米鎳（2g）類多層結(jié)構(gòu)吸波劑可應(yīng)用在隱身材料領(lǐng)域。

實施例３：一種具有類多層結(jié)構(gòu)吸波劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行。

一、中空多孔活性碳纖維-碳納米管介電損耗層吸波劑的制備：以聚丙烯基碳纖維為基體，在其表面采用電鍍的方式負(fù)載納米Fe催化劑顆粒，電鍍時間為1min，而后用蒸餾水洗滌數(shù)次，干燥。采用化學(xué)氣相沉積的方法在其表面上生長碳納米管。

二、制備聚丙烯基碳纖維-碳納米管-納米鈷磁性粒子吸波劑：將環(huán)氧稀釋劑聚丙二醇二縮水甘油醚3.9g，改性胺類固化劑0.75g，消泡劑聚氧乙烯聚氧丙烯胺醚0.25g和環(huán)氧樹脂（E-54）0.1g混合制備得到5g環(huán)氧樹脂溶液，將1g的納米鈷磁性粒子添加到5g環(huán)氧樹脂溶液中，機械攪拌90min，而后將納米鎳磁性粒子/環(huán)氧樹脂溶液注入到聚丙烯基碳纖維-碳納米管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部。而后在45℃溫度下，固化6h，得到類多層結(jié)構(gòu)吸波劑。

三、類多層結(jié)構(gòu)微納吸波復(fù)合材料的制備方法：將上述的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑剪成2mm的小段，而后與環(huán)氧樹脂溶液按照1:10的質(zhì)量比進(jìn)行混合，固化后成型，具體的固化工藝為：將混合的類多層結(jié)構(gòu)吸波劑和環(huán)氧樹脂溶液混合后，高速攪拌35min后倒入磨具中，靜置后，置于真空烘箱中，在60℃溫度下，固化4.5h。

本發(fā)明制備的聚丙烯基碳纖維-碳納米管-納米鈷（1g）類多層結(jié)構(gòu)吸波劑最小計算反射率達(dá)到-32.43dB，小于-10dB的頻帶寬度為5.51GHz，如圖3所示。本實例制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的最小反射率為-30.01dB, 小于-10dB的吸收頻帶寬度為2.95GHz，如圖4所示。本實例所制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管的場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡圖，如圖5所示?？梢钥闯鎏技{米管均勻生長在聚丙烯晴基中空多孔碳纖維表面，所制備的聚丙烯晴基中空多孔碳纖維-碳納米管直徑大約990μm。

上述對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施實例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。