一種人工介質(zhì)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種人工介質(zhì)材料及其制備方法。該材料包括熱固性樹脂，以及二氧化鈦/空心玻璃微珠復(fù)合填料，其中復(fù)合填料與熱固性樹脂質(zhì)量比為1:2～1:9。該方法為：制備TiO2溶膠，將空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中并充分混合，過濾掉多余的溶膠后得到浸漬包覆后的空心玻璃微珠；然后對所述浸漬包覆后的空心玻璃微珠進行干燥和焙燒處理，得到TiO2包覆的空心玻璃微珠；再將所述TiO2包覆的空心玻璃微珠與熱固性樹脂混合均勻，固化成型后得到人工介質(zhì)材料。本發(fā)明將二氧化鈦鍍在空心玻璃微珠表面制備出密度和介電性能均勻的人工介質(zhì)材料，解決了傳統(tǒng)的人工介質(zhì)材料帶來的密度和介電性能分布不均勻問題。
【專利說明】一種人工介質(zhì)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于透波復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種雷達天線罩用人工介質(zhì)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工介質(zhì)材料是雷達天線罩中的一種關(guān)鍵的夾層材料，它具有介電常數(shù)可調(diào)、介電損耗低、密度小、力學(xué)性能優(yōu)、工藝穩(wěn)定性好等特點。人工介質(zhì)材料制備方法通常為在樹脂基體中添加高介電常數(shù)的二氧化鈦，低密度的空心玻璃微珠，然后攪拌混合而成。樹脂密度為1.1~1.2g/cm3, 二氧化鈦密度為4.2~4.3g/cm3,空心玻璃微珠密度為0.2~0.6g/ cm3，由于二氧化鈦密度較大，在樹脂基體中容易下沉，而空心玻璃微珠密度較小，在樹脂基體中容易上浮，造成制備的人工介質(zhì)材料密度和介電性能分布不均勻，從而嚴(yán)重影響了雷達天線罩的透波性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種新的人工介質(zhì)材料及其制備方法，解決傳統(tǒng)的人工介質(zhì)材料制備方法帶來的密度和介電性能分布不均勻問題。
[0004]本發(fā)明的原理是，通過溶膠-凝膠法將二氧化鈦鍍在空心玻璃微珠表面，控制空心玻璃微珠表面二氧化鈦含量，可制得密度同樹脂密度接近的二氧化鈦/空心玻璃微珠復(fù)合功能填料，由于該填料密度同樹脂密度相同(或相近)，將其添加到樹脂基體中后不會出現(xiàn)因密度不同造成的上浮和下沉現(xiàn)象，從而制得密度和介電性能均勻的人工介質(zhì)材料。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種人工介質(zhì)材 料，該材料包括熱固性樹脂，以及二氧化鈦/空心玻璃微珠復(fù)合填料，其中復(fù)合填料與熱固性樹脂質(zhì)量比為1:2~1:9。
[0007]進一步地，所述熱固性樹脂可以是氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種。
[0008]進一步地，所述空心玻璃微珠的粒徑優(yōu)選為30 ii m~100 ii m,壁厚優(yōu)選為I ii m~ 3 u m0
[0009]一種人工介質(zhì)材料的制備方法，方法具體步驟如下:
[0010]I)制備TiO2溶膠，將空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中并充分混合，過濾掉多余的溶膠后得到浸潰包覆后的空心玻璃微珠；
[0011]2)對所述浸潰包覆后的空心玻璃微珠進行干燥和焙燒處理，得到TiO2包覆的空心玻璃微珠；
[0012]3)將所述TiO2包覆的空心玻璃微珠與熱固性樹脂混合均勻，固化成型后得到人工介質(zhì)材料。
[0013]進一步地，步驟I)所述TiO2溶膠的制備方法是:稱取一定量的鈦酸丁酯 ([Ti (OBu) 4])并配制一定體積的無水乙醇(EtOH)去離子水溶液，將鈦酸丁酯溶解于60%~70%的無水乙醇去離子水溶液中，然后加入抑制劑已酰丙酮(AcAc)，在強烈攪拌條件下，緩慢滴加硝酸(HNO3)和剩余的30%~40%無水乙醇去離子水溶液,從而降低反應(yīng)劇烈程度,得到穩(wěn)定的TiO2溶膠。
[0014]進一步地，步驟I)制備所述TiO2溶膠的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為: [Ti (OBu) 4]:EtOH:H2O:HNO3:AcAc=1: (18 ~23): (3 ~5): (0.1 ~0.2): (0.5 ~0.7)。
[0015]進一步地，步驟2)將空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中時，TiO2溶膠中的鈦酸丁酯與空心玻璃微球的質(zhì)量比為2~4:1。
[0016]進一步地，步驟3)采用烘箱進行所述干燥處理，溫度為100°C~130°C，時間為 30min ~50mino
[0017]進一步地，步驟3)釆用馬弗爐進行所述焙燒處理，溫度為600°C~650°C，時間為 30min ~50mino
[0018]進一步地，步驟3)中TiO2包覆的空心玻璃微珠與熱固性樹脂質(zhì)量比為1:2~1:9。
[0019]本發(fā)明通過溶膠-凝膠法將二氧化鈦鍍在空心玻璃微珠表面，通過控制空心玻璃微珠表面二氧化鈦含量，可以制備出密度和介電性能均勻的人工介質(zhì)材料，解決了傳統(tǒng)的人工介質(zhì)材料由于密度和介電性能分布不均勻而存在的天線罩透波性能差的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的人工介質(zhì)材料的制備方法的步驟流程圖。
[0021]圖2是實施例制得的人工介質(zhì)材料的制備方法的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
【具體實施方式】
[0022]下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。
[0023]圖1是本發(fā)明的人工`介質(zhì)材料的制備方法的步驟流程圖，首先制備TiO2溶膠，將空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中并充分混合，過濾掉多余的溶膠后得到浸潰包覆后的空心玻璃微珠；然后對所述浸潰包覆后的空心玻璃微珠進行干燥和焙燒處理，得到TiO2包覆的空心玻璃微珠；再將所述TiO2包覆的空心玻璃微珠與熱固性樹脂混合均勻，固化成型后得到人工介質(zhì)材料。
[0024]實施例1:
[0025]本實施例的人工介質(zhì)材料由氰酸酯樹脂和二氧化鈦/空心玻璃微珠組成。其制備方法為:
[0026]第一步:制備TiO2溶膠
[0027]將270ml無水乙醇(EtOH)和2ml去離子水混合攪拌均勻配成混合溶液，準(zhǔn)確稱取 39ml的鈦酸丁酯[Ti(OBu)4]加入到181ml的上述混合溶液中，隨后加入13ml抑制劑已酰丙酮(AcAc)，在強烈攪拌條件下，緩慢滴加0.7g的硝酸(HNO3)和剩余的91ml的無水乙醇去離子水混合溶液，得到穩(wěn)定的TiO2溶膠。
[0028]第二步:將空心玻璃微珠與TiO2溶膠混合，并進行干燥和焙燒處理
[0029]稱取8g空心玻璃微珠，玻璃微球粒徑100 U m,壁厚3 U m,將稱取好的玻璃微球浸 A TiO2溶膠中，攪拌使微珠和溶膠充分混合，然后過濾掉多余的溶膠。把浸潰包覆后的空心玻璃微珠放入溫度100°c的烘箱中干燥30min。烘干后的微珠再在600°C的馬弗爐中焙燒30min,清洗干燥，得到TiO2包覆的空心玻璃微珠，包覆的TiO2厚度1.5 y m。
[0030]第三步:與樹脂混合并固化成型
[0031]將第一步得到的TiO2包覆的空心玻璃微珠與92g氰酸酯樹脂樹脂攪拌混合均勻， 170°C加熱2h，然后200°C加熱2h固化成型后得到人工介質(zhì)材料。
[0032]圖2是本實施例制得的人工介質(zhì)材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，其中近似圓形部分為TiO2包覆的空心玻璃微珠，比較均勻的分布在樹脂中。
[0033]本實施例得到的人工介質(zhì)材料的密度為1.14g/cm3~1.17g/cm3，介電常數(shù)為 2.42~2.47，介電損耗為0.007。
[0034]實施例2:
[0035]本實施例的人工介質(zhì)材料由雙馬來酰亞胺樹脂和二氧化鈦/空心玻璃微珠組成。 其制備方法為:
[0036]第一步:制備TiO2溶膠
[0037]將300ml無水乙醇(EtOH)和3ml去離子水混合攪拌均勻配成混合溶液，準(zhǔn)確稱取 39ml的鈦酸丁酯[Ti(OBu)4]加入到202ml的上述混合溶液中，隨后加入16ml抑制劑已酰丙酮(AcAc),在強烈攪拌條件下,緩慢滴加1.05g的硝酸(HNO3)和剩余的IOlml的無水乙醇去離子水混合溶液，得到穩(wěn)定的TiO2溶膠。
[0038]第二步:將空心玻璃微珠與TiO2溶膠混合，并進行干燥和焙燒處理
[0039]稱取6g空心玻璃微珠，玻璃微球粒徑65 ii m，壁厚2 ii m,將稱取好的玻璃微球浸入 TiO2溶膠中，攪拌使微珠和溶膠充分混合，然后過濾掉多余的溶膠。把浸潰包覆后的空心玻璃微珠放入溫度120°C的烘箱中干燥40min。烘干后的微珠再在625°C的馬弗爐中焙燒 40min,清洗干燥，得到TiO2包覆的空心玻璃微珠，包覆的TiO2厚度1.0 y m。
[0040]第三步:將第一步得到的TiO2包覆的空心玻璃微珠與108g雙馬來酰亞胺樹脂攪拌混合均勻，180°C加熱2h，然后200°C加熱2h固化成型后得到人工介質(zhì)材料。
[0041]本實施例得到的人工介質(zhì)材料的密度為1.18g/cm3~1.22g/cm3，介電常數(shù)為 2.73~2.76，介電損耗為0.013。
[0042]實施例3:
[0043]本實施例的人工介質(zhì)材料由環(huán)氧樹脂和二氧化鈦/空心玻璃微珠組成。其制備方法為:
[0044]第一步:制備TiO2溶膠
[0045]將345ml無水乙醇(EtOH)和3.3ml去離子水混合攪拌均勻配成混合溶液,準(zhǔn)確稱取39ml的鈦酸丁酯[Ti (OBu)4]加入到232.3ml的上述混合溶液中，隨后加入18.2ml抑制劑已酰丙酮(AcAc),在強烈攪拌條件下,緩慢滴加1.4g的硝酸(HNO3)和剩余的116ml的無水乙醇去離子水混合溶液，得到穩(wěn)定的TiO2溶膠。
[0046]第二步:將空心玻璃微珠與TiO2溶膠混合，并進行干燥和焙燒處理
[0047]將4g空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中，玻璃微球粒徑30 ii m，壁厚I ii m,攪拌使微珠和溶膠充分混合，然后過濾掉多余的溶膠。把浸潰包覆后的空心玻璃微珠放入溫度130°C的烘箱中干燥50min。烘干后的微珠再在650°C的馬弗爐中焙燒50min，清洗干燥，得到TiO2 包覆的空心玻璃微珠，包覆的TiO2厚度0.5 ii m。
[0048]第三步:將第一步得到的TiO2包覆的空心玻璃微珠與76g環(huán)氧樹脂、7.6g 丁基縮水甘油醚、9.Sg三乙烯四胺攪拌混合均勻，室溫固化成型后得到人工介質(zhì)材料。
[0049]本實施例得到的人工介質(zhì)材料的密度為1.24g/cm3~1.28g/cm3，介電常數(shù)為
2.82~2.85，介電損耗為0.018。
[0050]盡管為說明目的公開了本發(fā)明的具體實施例和附圖，其目的在于幫助理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都 是可能的。本發(fā)明不應(yīng)局限于本說明書最佳實施例和附圖所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種人工介質(zhì)材料，其特征在于，包括熱固性樹脂，以及二氧化鈦/空心玻璃微珠復(fù)合填料，其中復(fù)合填料與熱固性樹脂質(zhì)量比為1:2~1:9。
2.如權(quán)利要求1所述的人工介質(zhì)材料，其特征在于:所述熱固性樹脂是氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的人工介質(zhì)材料，其特征在于:所述空心玻璃微珠的粒徑為 30 u m ~ 100 u m, 1?)-- I y m ~3 y m。
4.一種人工介質(zhì)材料的制備方法，其步驟包括:1)制備TiO2溶膠，將空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中并充分混合，過濾掉多余的溶膠后得到浸潰包覆后的空心玻璃微珠；2)對所述浸潰包覆后的空心玻璃微珠進行干燥和焙燒處理，得到TiO2包覆的空心玻璃微珠；3)將所述TiO2包覆的空心玻璃微珠與熱固性樹脂混合均勻，固化成型后得到人工介質(zhì)材料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟I)制備所述TiO2溶膠的方法是:稱取一定量的鈦酸丁酯和一定體積的無水乙醇去離子水溶液，將鈦酸丁酯溶解于60%~70%的無水乙醇去離子水溶液中，然后加入抑制劑已酰丙酮，在強烈攪拌條件下，緩慢滴加硝酸和剩余的30%~40%無水乙醇去離子水溶液，得到穩(wěn)定的TiO2溶膠。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:步驟I)制備所述TiO2溶膠的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為:[Ti (OBu)4]:EtOH:H2O:HNO3:AcAc=1: (18 ~23): (3 ~5): (0.1 ~0.2): (0.5 ~0.7)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:步驟2)將空心玻璃微珠浸入TiO2溶膠中時，TiO2溶膠中的鈦酸丁酯與空心玻璃微球的質(zhì)量比為2~4:1。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟3)采用烘箱進行所述干燥處理，溫度為100°C~130°C，時間為30min~50min ;采用馬弗爐進行所述焙燒處理，溫度為600°C~ 650°C，時間為 30min ~50min。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟3)中TiO2包覆的空心玻璃微珠與熱固性樹脂質(zhì)量比為1:2~1:9。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述熱固性樹脂是氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種；所述空心玻璃微珠的粒徑為30iim~lOOiim，壁厚為 I U m ~3 u m0
【文檔編號】C08K3/22GK103554910SQ201310517207
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】梁垠, 張?zhí)煜? 李南, 郭世峰, 李洪深, 裴雨辰 申請人:航天特種材料及工藝技術(shù)研究所