一種環氧樹脂複合吸波材料及其製備方法
2023-05-31 19:53:31 1
專利名稱：一種環氧樹脂複合吸波材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種環氧樹脂複合吸波材料及其製備方法，屬於電磁吸波材料領域。
技術背景
在電子、電器、通訊及信息產業迅速發展的時代，電磁波幹擾已成為一種特殊的環境汙染。吸波材料能夠降低或減弱電磁幹擾，因此，吸波材料的研究和應用越來越重要。根據傳輸線理論，通過提高吸波材料的導電性和導磁性，使吸波材料的阻抗與自由空間的阻抗匹配，電磁波可極大入射進吸波材料並被衰減吸收掉。吸波材料通過材料中各組分的不同的損耗機制，將入射電磁波轉化成熱能或者是其它能量形式，達到吸波目的。
從吸波機理上，吸波材料可分為電吸收型、磁吸收型和電磁吸收型。其中電磁吸收型吸波材料，是在高分子材料中加入導電、半導體以及磁性填料，吸收機理為多重能量轉換機制當電磁波入射到所述吸波材料表面時，高分子的透射行為使電磁波大量進入吸波材料內部；磁性填料中存在磁晶各向異性等效場，發生自然共振引起微波損耗；另外由於疇壁的不可逆移動或磁矩的不可逆轉動還會引起磁滯損耗；導電填料主要通過在所述吸波材料內部形成導電網絡或極化電流，將電磁能轉化為熱能耗散掉；此外，導電填料的粒子產生的瑞利散射也會使電磁波在各個方向上被吸收。在現有技術中通過將磁性填料與導電填料複合，由於電磁感應現象的存在造成電偶極子與磁矩之間的耦合作用，導致交叉極化產生渦流損耗和多相間界面極化作用，提高吸波性能。
目前在電磁吸收型吸波材料中，國內外主要使用的磁性填料有鐵氧體、磁性金屬粉等。其中鐵氧體具有較高的磁導率和電阻率，電磁波易於進入並快速衰減，已得到廣泛應用。鐵氧體主要有尖晶石型鐵氧體、六角晶系鐵氧體和石榴石3種類型。尖晶石型鐵氧體在低頻段及拓寬頻寬等方面具有優勢。常見的導電填料可分為金屬類填料和非金屬類填料。 金屬類填料主要有銅、鎳、鋁等。非金屬填料常用的有炭黑、石墨、碳纖等。半導體填料主要有摻鋁氧化鋅及摻錫氧化銦。高分子基體選用環氧樹脂、聚氯乙烯等具有一定透過性的黏彈體。但目前所用的單一填料存在吸波填料密度大、添加量大的缺點，將高分子材料與不同填料進行複合製成吸波複合材料，可使複合填料粉末均勻分散於三維連續的透明聚合物基體中；具有易於成形，易於製造，適於大量生產的優點，可以在一定程度上提高吸波性能。
其中，王立群等(王立群，宿傑，何聚等.Mn-Zn鐵氧體納米晶體的製備及吸波性能研究[J].天津師範大學學報，27 (2007)，15-18)按微米級Mn-Si鐵氧體粉末與石蠟質量比為3 1製備了厚度為Imm的吸波塗層，最大反射損耗接近-20dB;廖宇濤等(廖宇濤，張興華·多壁碳納米管電磁參數的研究和吸波性能模擬[J].材料導報，20 (2006)，138-140) 將不同管徑的碳納米管與石蠟複合後，進行樣品的電磁參數測定，發現20-40nm的碳納米管複合物在IOdB以上頻寬可以達到7GHz，最大損耗峰對應的值為16. 52dB ；Xuchun Gui等 (Optimization of electromagnetic matching of Fe-filled carbon nanotubes/ferrite composites for microwave absorption [J]. J. Phys. D =Appl. Phys. 42(2009)075002) M^ 了鐵填充碳管/鐵氧體/石蠟複合吸波材料，研究結果表明該複合材料的吸波性能優於單一碳管填料或鐵氧體填料。
現有的電磁吸波複合材料多為將磁性填料與導電填料複合後加入基體中，所得電磁吸波複合材料的吸波性能在12 18GHz小於20dB，仍然不能滿足使用需要。因此需要一種吸波頻帶寬、吸波性能高的吸波材料。發明內容
針對現有電磁吸波材料吸波頻帶窄、吸波效能低的問題，本發明的目的之一在於提供了一種環氧樹脂複合吸波材料，所述複合吸波材料吸波性能強，吸波頻帶寬，具有良好的透波性和力學性能。
本發明的目的之二在於提供了一種環氧樹脂複合吸波材料製備方法，所述方法可以製備得到本發明所述的環氧樹脂複合吸波材料。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種環氧樹脂複合吸波材料，所述吸波材料包括環氧樹脂、固化劑、磁性填料、半導體填料和導電填料，其中
環氧樹脂 100重量份數；
固化劑 50 100重量份數；
磁性填料 3 10重量份數；
半導體填料2 6重量份數；
導電填料 2 5重量份數。
其中，優選
磁性填料3 8重量份數；
半導體填料3 5重量份數；
導電填料3 4重量份數。
其中，所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，優選為E-54、E-44或E_51中的一種；
所述固化劑為多元胺類固化劑，優選為4，4' -二氨基二苯基甲烷(DDM)、乙二胺、二氨基二苯甲烷、二氰二胺或二氨基二苯基碸中的一種；
所述磁性填料為鎳鐵氧體(NiFe2O4)、鋅鐵氧體(S^e2O4)、錳鐵氧體(Mr^e2O4)、鋅鎳鐵氧體(Zna8Nia2Fe52O4)或鋅錳鐵氧體(Zna8Mna2Fii2O4)中的一種或一種以上；所述磁性填料粒徑為3 7 μ m ；優選為4 6 μ m ；
所述的半導體填料為金屬摻雜氧化物，為摻鋁氧化鋅(ZAO)或摻錫氧化銦(ITO) 中的一種或兩種；所述的半導體填料粒徑為1 5 μ m ；優選為2 4 μ m ；
所述的導電填料為碳系導電材料，為碳纖維或碳納米管中的一種或兩種，其中碳纖維的長度為0. 5 6mm，優選為2 5mm ；所述碳納米管的外徑為5 50nm，優選為10 40nmo
一種本發明所述的環氧樹脂複合吸波材料的製備方法，所述方法為電磁吸波材料領域製備複合吸波材料的常規方法，步驟如下將所述磁性填料、半導體填料、導電填料加入加熱變稀的環氧樹脂後混合均勻，加入固化劑進行固化，得到本發明所述的環氧樹脂複合吸波材料。
有益效果
1.在現有技術中，摻雜半導體氧化物如ZAO、ITO主要用於紅外吸收材料中，可降低紅外發射率，主要用於紅外隱身方面；由於紅外線和電磁波的波段不同，本發明將半導體填料與磁性填料、導電填料複合作為電磁吸波材料使用，不僅增大電磁吸波材料吸波效能， 而且能有效拓寬吸波頻帶；通過實施例1 19與實施例20 27對比發現，所述環氧樹脂複合吸波材料的最大吸收值提高了 39% -86% ；
2.本發明綜合了多種吸波機理，通過將半導體填料添加到電磁吸波材料中，製成複合吸波材料；所述複合吸波材料不僅能提高高分子基體的透波能力，而且能夠引起多相填料協同吸波作用及填料與填料之間、填料與高分子之間的界面極化作用。
具體實施方式
下面通過具體實施例來詳細描述本發明
通過下列儀器和方法對本發明實施例1 27的複合吸波材料進行檢測
按照《GJB 2038-94雷達吸波材料反射率測試方法》，對實施例1 27製備得到的複合吸波材料測試吸波性能通過安捷倫公司生產的微波矢量網絡分析儀E5061和法蘭同軸屏蔽效能測試裝置，在測試頻率300kHz-l. 5GHz下，對實施例1 27製備得到的複合吸波材料進行微波反射損耗測試；通過安捷倫公司生產的微波矢量網絡分析儀E-836;3B和法蘭同軸屏蔽效能測試裝置，在測試頻率12-lSGHz下，對實施例1 27製備得到的複合吸波材料進行微波反射損耗測試；
實施例1 19複合吸波材料製備方法如下
(1)將環氧樹脂E-51放入三口燒瓶中，恆溫水浴60°C下加熱攪拌，待環氧樹脂 E-51變稀後，將磁性填料、導電填料和半導體填料加入三口燒瓶中，在60°C水浴下攪拌 IOmin,攪拌機轉速400轉/分；
其中，所述磁性填料為鎳鐵氧體、鋅鐵氧體、錳鐵氧體、鋅鎳鐵氧體或鋅錳鐵氧體中的一種或一種以上，磁性填料的粒徑為3 7μπι ；
導電填料為碳纖維或碳納米管中的一種或兩種；其中碳纖維的長度為0. 5 6mm， 碳納米管的外徑為5 50nm ；
所述的半導體填料為摻鋁氧化鋅(ZAO)或摻錫氧化銦(ITO)中的一種或兩種；半導體填料的粒徑為1 5 μ m。
(2)將固化劑加入三口燒瓶中，加入消泡劑磷酸三丁酯2mL，攪拌速度為500轉/ 分，60°C水浴下攪拌IOmin後，停止加熱攪拌得到混合物，將混合物倒入塗抹真空矽脂的模具中，模具內腔厚度為1.5mm，6(TC下真空固化池，停止加熱，在乾燥箱中自然冷卻，出模， 得到複合吸波材料，為本發明所述的一種環氧樹脂複合吸波材料；
其中，所述固化劑為乙二胺或DDM。
實施例20 27複合吸波材料製備方法如下
(1)將環氧樹脂E-51放入三口燒瓶中，恆溫水浴60°C下加熱攪拌，待環氧樹脂 E-51變稀後，將磁性填料和導電填料加入三口燒瓶中，在60°C水浴下攪拌lOmin，攪拌機轉速400轉/分；
其中，所述磁性填料為鎳鐵氧體、鋅鐵氧體、錳鐵氧體、鋅鎳鐵氧體或鋅錳鐵氧體中的一種或一種以上，磁性填料的粒徑為3 7μπι ；
導電填料為碳纖維或碳納米管中的一種或兩種；其中碳纖維的長度為0. 5 6mm， 碳納米管的外徑為5 50nm ；
(2)將固化劑加入三口燒瓶中，加入消泡劑磷酸三丁酯2mL，攪拌速度為500轉/ 分，60°C水浴下攪拌IOmin後，停止加熱攪拌得到混合物，將混合物倒入塗抹真空矽脂的模具中，模具內腔厚度為1.5mm，6(TC下真空固化池，停止加熱，在乾燥箱中自然冷卻，出模， 得到複合吸波材料。
其中，所述磁性填料和半導體填料採用本領域常規方法製備得到。
所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，牌號為E-51，來源為無錫迪愛生環氧有限公司；所述G，4' )-二氨基二苯基甲烷(DDM)來源為北京化學試劑公司；所述乙二胺全稱為 1,2-乙二胺(EDA)，牌號為LR-500G，來源為廣州化學試劑廠；所述多壁碳納米管(MWNTs) 牌號為MWNTs 1020，來源為深圳市納米港有限公司；所述碳纖維(CF)牌號為CF-P3■，來源為上海卡吉特化工科技有限公司。
實施例1 27各組分配方及測試結果見表1。
表 權利要求
1.一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於所述吸波材料包括環氧樹脂、固化劑、磁性填料、半導體填料和導電填料，其中環氧樹脂100重量份數； 固化劑 50 100重量份數； 磁性填料3 10重量份數； 半導體填料2 6重量份數； 導電填料2 5重量份數； 其中，所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂； 所述固化劑為多元胺類固化劑；所述磁性填料為鎳鐵氧體、鋅鐵氧體、錳鐵氧體、鋅鎳鐵氧體或鋅錳鐵氧體中的一種或一種以上，粒徑為3 7μπι;所述的半導體填料為摻鋁氧化鋅或摻錫氧化銦中的一種或兩種，粒徑為1 5μπι ； 所述的導電填料為碳纖維或碳納米管中的一種或兩種，其中碳纖維的長度為0. 5 6mm，碳納米管的外徑為5 50nm。
2.根據權利要求1所述的一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於其中所述雙酚A 型環氧樹脂為E-54、E-44或E-51中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於所述固化劑為4， 4' - 二氨基二苯基甲烷、乙二胺、二氨基二苯甲烷、二氰二胺或二氨基二苯基碸中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於所述磁性填料粒徑為4 6 μ m0
5.根據權利要求1所述的一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於所述的半導體填料粒徑為2 4 μ m。
6.根據權利要求1所述的一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於所述碳纖維的長度為2 5mm ；所述碳納米管的外徑為10 40nm。
7.根據權利要求1所述的一種環氧樹脂複合吸波材料，其特徵在於其中 磁性填料3 8重量份數；半導體填料3 5重量份數； 導電填料3 4重量份數。
8.—種如權利要求1所述的環氧樹脂複合吸波材料的製備方法，其特徵在於所述方法步驟如下將所述磁性填料、半導體填料、導電填料加入加熱變稀的環氧樹脂後混合均勻，加入固化劑進行固化，得到一種環氧樹脂複合吸波材料。
全文摘要
本發明公開了一種環氧樹脂複合吸波材料及其製備方法，屬於電磁吸波材料領域。所述吸波材料包括100重量份數的環氧樹脂、50～100重量份數的固化劑、3～10重量份數的磁性填料、2～6重量份數的半導體填料和2～5重量份數的導電填料；所述製備方法為將所述磁性填料、半導體填料、導電填料加入加熱變稀的環氧樹脂後混合均勻，加入固化劑進行固化。本發明將半導體填料與磁性填料、導電填料複合作為電磁吸波材料使用，不僅增大電磁吸波材料吸波效能，而且能有效拓寬吸波頻帶。
文檔編號C08K3/22GK102504495SQ201110345069
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者張計傳, 朱祥東, 焦清介, 王文杰, 臧充光 申請人:北京理工大學