一種復(fù)合吸波材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸波材料領(lǐng)域，更具體地說涉及一種復(fù)合吸波材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁波吸收材料，簡稱吸波材料，是一種能夠?qū)⑼渡涞剿砻娴碾姶挪ù蟛糠治眨⑼ㄟ^材料的電或磁損耗將電磁能量轉(zhuǎn)換成為熱能或其他形式的能量而消耗掉，且反射、散射和透射都很小的復(fù)合功能材料。吸波材料的分類方法主要有四種:按吸波原理可分為吸收型和干涉型，前者利用材料本身對電磁波的吸收、后者利用表層與底層兩列反射波相互干涉抵消來減少電磁輻射；按耗損機理分為電阻性、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型，碳化硅、石墨等屬于電阻型，電磁能主要衰減在材料電阻上，以熱能形式散發(fā)掉，鈦酸鋇為電介質(zhì)型吸波材料，主要靠介質(zhì)的電子極化、分子極化或界面極化的弛豫損耗衰減吸收電磁波，磁損耗型吸收劑依靠磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗等極化機制衰減吸收電磁波，如鐵氧體、羰基鐵等；按成型工藝分為涂覆型和結(jié)構(gòu)型，涂覆型是將吸收劑與粘結(jié)劑混合后涂覆于目標表面形成吸波涂層，而結(jié)構(gòu)型吸波材料通常是將吸收劑分散在由特種纖維增強的結(jié)構(gòu)材料中所形成的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，它具有承載和吸波的雙重功能；按不同研究時期，吸波材料可分為傳統(tǒng)型和新型，鐵氧體、金屬微粉、鈦酸鋇、碳化硅、石墨、導電纖維等均為傳統(tǒng)吸波材料，他們具有成本低、吸收頻帶窄、密度大等特點，主要目標是強吸收，納米材料、多晶鐵纖維、導電高聚物等新型吸波材料，要求滿足厚度薄、工作頻帶寬、重量輕、粘結(jié)強度高等特點。
[0003]對國外公司及研究機構(gòu)來講，傳統(tǒng)吸波材料中鐵氧體吸波材料和金屬微粉吸波材料是兩種研究得最多并已得到較廣泛應(yīng)用的吸波材料。而納米材料和多晶鐵纖維則是目前眾多新型吸波材料中性能最好的兩種。日本在研制鐵氧體吸波材料方面處于世界領(lǐng)先地位，上世紀80年代，日本電氣公司(NEC)制備的鐵氧體吸波材料，使用頻率為3~20GHz，有四種產(chǎn)品系列組成，厚度最大為12_，最薄為2.5_，隨后研制出厚度1.5-2.5_、使用頻率5~10GHz、吸收率達30dB的鐵氧體與Fe304材料的復(fù)合吸波材料。美國(Conductron)公司研制的鋰鎘鐵氧體，吸收峰為17dB，使用頻率在米至厘米波段。美國3 Μ公司研制的亞微米級多晶鐵纖維噴涂型吸波材料，具有質(zhì)量輕、涂層薄等特點，在吸收劑體積比為25°/『30%，厚度為1mm情況下，在f (3~18GHz)內(nèi)R〈_5dB，面密度1.52kg/m2；GAMMA公司的多晶鐵纖維微波吸波材料，使用頻率為2~18GHz，成功研制出雷達隱身涂層，最大吸收可達34dB。日本TDK公司的IL-Hool涂料的吸收劑為鐵氧體和羰基鐵粉，單層涂層厚度為2.1mm時，8~12GHz頻率范圍內(nèi)，滿足要求(R〈-10dB)的帶寬1.1GHz，面密度6.5kg/m2，性能較好。美國已通過納米材料研制出一系列薄層狀鐵氧體吸波復(fù)合涂料，并成功應(yīng)用于F-117A戰(zhàn)斗機。目前，國外研究者及公司著力于通過多種吸收劑復(fù)合的方式改進傳統(tǒng)吸波材料，同時繼續(xù)開展對新型吸波材料的開發(fā)與探索，朝著“薄，輕，寬，強”的方向穩(wěn)步發(fā)展。
[0004]我國對吸波材料的研究起步較晚，近幾十年來通過國家科技攻關(guān)計劃和國家863計劃的實施已取得長足進展。經(jīng)國內(nèi)公開文獻及網(wǎng)頁檢索，結(jié)果如下:中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所的科技成果“一種復(fù)合吸波材料及其制備方法”，所述Fe304納米粒子在靜電引力和范德華力作用下嵌附分散在纖維素基體中形成的復(fù)合吸波材料，密度1.26g/cm3，工作頻率6~18GHz，吸收峰值_13dB，厚度2mm。東莞市高能磁電技術(shù)有限公司的科技成果“納米鎳石墨-PMMA復(fù)合吸波材料及其制備方法”，所述復(fù)合材料吸波層厚度1.5mm,工作頻段9.5~14.6GHz，R彡-10dB。西安華捷科技發(fā)展有限責任公司的科技成果“納米吸波復(fù)合涂料組合物及其制備和噴涂方法”，所述復(fù)合涂料屏蔽范圍400MHZ~20GHZ，吸收峰值26.2dB。宜賓金原復(fù)合材料有限公司的科技成果“用于物聯(lián)網(wǎng)感知射頻識別柔性電磁波復(fù)合吸波材料”，所述的1mm厚片狀電磁波復(fù)合吸收材料在0.1MHz-lGHz的吸收衰減為:-10dB~-15dB，該復(fù)合電磁吸波片用雙面膠帶粘貼于13.56MHz抗金屬RFID標簽，在標簽有干擾(標簽背部有金屬物，較強電磁反射)的條件下，可靠通信距離為設(shè)計識別距離的95%。橫店集團東磁股份有限公司的科技成果“一種鎳銅鋅鐵氧體與碳納米管復(fù)合吸波材料及其制備方法”，所述的復(fù)合吸波材料最大反射損耗為-15.7—24.8dB，有效帶寬(反射損耗小于_8dB)為1.6-5.1GHz，厚度4_。東競市贏通電線有限公司的科技成果“一種納米吸波屏蔽涂層材料及制備方法”，采用環(huán)氧丙烯酸樹脂、包覆吸波劑，抗熱沖擊性能、耐水和耐鹽水性能良好，其在17.5GHz處反射率可達-6.2dB。重慶市鴻富誠電子新材料有限公司生產(chǎn)的HFC-1001系列吸波材通常適用于波段為13.56MHz~8GHz電磁波的吸收，特別適用于由PCB和RF信號片及FFC/FPC電纜信號臺等產(chǎn)生的離散噪音的吸收，吸收率為6~10dB,厚度0.1mm。宜賓金原復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)的RX-TGL系列吸波材料(0.5mm)使用頻段10MHz~30GHz，峰值吸收為-10dB，型號RX-TCR及RX-TGL-J材料厚度為0.5mm，峰吸收值為-15dB。大連東信微波吸收材料有限公司所制備的EGT低頻聚合物薄片吸收材料在l~3GHz的頻率下R〈_7dB，面密度為5.4kg/m2，厚度約為1mm。泰州拓谷超細粉體材料有限公司生產(chǎn)的型號TGTH-060材料，厚度0.6mm，峰吸收值為_9dB。
[0005]從上述現(xiàn)有的技術(shù)調(diào)研中可知，復(fù)合吸波材料在調(diào)整吸波頻率方面有很大優(yōu)勢，且找到最優(yōu)配比時，吸波性能有很大提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是以鐵氧體、羰基鐵、導電炭黑三種納米顆粒作為復(fù)合吸波劑，以CPE作為橡膠基體，制備出可在寬頻段工作的吸波材料。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種復(fù)合吸波材料，所述復(fù)合吸波材料主要由吸波劑和橡膠基體組成，所述吸波劑為羰基鐵、鋇鐵氧體和炭黑組成的復(fù)合吸波劑，所述橡膠基體為CPE ;所述吸波材料的組成及各組分的重量份數(shù)如下:
羰基鐵20?60份
鋇鐵氧體20?60份
炭黑20?60份
CPE50 ?100 份
穩(wěn)定劑0.5?5份
增塑劑2?15份；
所述的羰基鐵、鋇鐵氧體及炭黑均為納米顆粒，所述羰基鐵、鋇鐵氧體及炭黑的粒徑范圍為1?lOOnm。納米吸波劑的尺寸在1?lOOnm之間，遠小于雷達發(fā)射的電磁波波長，對電磁波的透過率遠高于常規(guī)材料，大大降低了電磁波的反射率。
[0008]進一步地，所述穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋇、三鹽基硫酸鉛、活性氧化鎂中的其中一種。
[0009]進一步地，所述的增塑劑為對苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、環(huán)氧大豆油中的其中一種。
[0010]一種復(fù)合吸波材料的制備方法，所述制備方法主要包括如下步驟:
1)混煉:將上述羰基鐵、鋇鐵氧體、炭黑、CPE、穩(wěn)定劑按一定的比例混合后，加入一定量的增塑劑，采用開煉機或密煉機繼續(xù)進行混煉，將各吸波劑、CPE及橡膠助劑混合均勻后，得到混煉膠；
2)壓片:將上述步驟1得到的混煉膠壓成一定厚度的片材；
3)壓延:將上述步驟2得到的片材放入壓延機進行壓延，得到具有一定厚度的吸波材料。
[0011]進一步地，所述制備得到吸波材料的厚度范圍為2.0?2.5mm，面密度范圍為0.4 ?0.5g/cm2。
[0012]進一步地，所述步驟1中，開煉或密煉的溫度為80?110°C。
[0013]鐵氧體吸波復(fù)合材料是既有一定介電常數(shù)和介電損耗，又有一定磁導率和磁損耗的雙復(fù)介質(zhì)。它除有電子共振損耗外，還具有鐵氧體特有的疇壁共振損耗、磁矩自然共振損耗和粒子共振損耗等特性。納米磁性鐵氧體由于其原料價格低廉及制備方法相對簡單等優(yōu)點，吸收峰在高頻段；羰基鐵在3GHz頻段有良好的吸波性；導電炭黑在中頻段有較好的吸波性。