專利名稱：一種寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種吸 收層含羰基鐵粉和碳納米管的復(fù)合材料與其采用玻璃纖維布為聚合物基增強體及 其制備方法。屬于微波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波吸收材料就是一種能夠吸收入射電磁波，并通過各種電磁損耗機制將入射 電磁波能量有效的損耗掉的一種功能材料。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，電磁污染曰 益嚴(yán)重，電磁福射充斥著人們的生活空間，采用吸波材料可以減少電磁波對測試信
號的干擾和保護人體免受微波輻射的危害。我國加入WT0后，電磁兼容和電磁屏蔽 已成為電子產(chǎn)品進入巿場的通行證和提高我國電子產(chǎn)品在世界市場上的競爭力的 關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)代高技術(shù)的發(fā)展，對微波吸收材料的性能提出了更高的要求。新 型吸波材料正在向"薄、輕、寬、強"等目標(biāo)發(fā)展，即厚度薄、質(zhì)量輕、吸波頻帶 寬、承載能力強。結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料采用纖維增強體，進行吸波性能和力學(xué)性能 綜合一體化設(shè)計，從而兼具吸波和承載的雙重功能，已經(jīng)成為吸波材料研究領(lǐng)域的 一個重要研究方向。多層吸波材料比單層吸波材料可設(shè)計自由度大，有利于實現(xiàn)吸 波材料盡可能多的吸收入射電磁波，并將其電磁波轉(zhuǎn)換成熱能而耗散掉這兩個基本 要求。因此，多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料是當(dāng)前微波吸收材料設(shè)計的熱點。
羰基鐵粉是一種優(yōu)良的軟磁材料，具有磁導(dǎo)率高、比表面積大、溫度穩(wěn)定性好、 吸波頻帶寬等優(yōu)點，在無線電通訊、導(dǎo)航定位等各個領(lǐng)域受到青睞，是目前最為常 用的電磁波吸收劑之一。碳納米管是一種性能優(yōu)異的新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料，具 有奇特的準(zhǔn)一維的孔腔納米結(jié)構(gòu)，獨特的金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性、極高的機械強度、 韌性、較大的比表面積(120 300ra7g)、較好的吸附能力、催化特性和較強的微波 吸收能力，可應(yīng)用于多種高科技領(lǐng)域。如催化劑載體、吸波材料、復(fù)合材料增強體、 儲氫材料、分子導(dǎo)線，納米半導(dǎo)體材料等。
華中科技大學(xué)的何燕飛等制備了面層采用二氧化鈦，中間層為鐵鈷磁性微粉和 碳纖維，底層為強磁損耗特性的磁性微粉，氫化丁氰橡膠為基體的三層吸波材料(無 機材料學(xué)報，第21巻，第6期，2006年11月)，在8 18GHz的測試頻率范圍內(nèi)，反射率可以達到-8dB以下，拉伸強度為10.8MPa。大連理工大學(xué)的崔曉冬等分別用 炭粉和二氧化錳粉體與環(huán)氧樹脂復(fù)合作為面層，底層采用炭粉作為填料制備了雙層 吸波材料(材料科學(xué)與工程學(xué)報，第24巻，第5期，2006年10月)，在8 18GHz 的測試頻率范圍內(nèi)，最大反射率達-28. 14dB，但其匹配厚度較厚。上述報導(dǎo)均是研 究在8 18GHz的中高頻段吸波材料，且都存在吸收頻帶不夠?qū)挘W(xué)強度差的缺 點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供 -種吸收頻帶寬，力學(xué)強度強的寬頻帶結(jié)構(gòu)型吸波復(fù) 合材料。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于包括三部分自上而下分別 為面層、夾心層和底層；所述面層包括羰基鐵粉、聚合物和玻璃纖維布，其質(zhì)量配 比為羰基鐵粉20 50%，聚合物30 48%，玻璃纖維布20 32%;所述夾心層包括 碳納米管、聚合物和玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為碳納米管2 6%，聚合物56.4 58.8%，玻璃纖維布37.6 39.2%;所述底層包括羰基鐵粉、聚合物、玻璃纖維布， 其質(zhì)量配比為羰基鐵粉50 80%，聚合物12 30%，玻璃纖維布8 20t
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述面層，夾心層和/或底層分別為2 — 4個 復(fù)合層。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述聚合物為環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、
氰酸酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙稀、聚酰亞胺或聚醚酮。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述羰基鐵粉采用平均粒徑在0.5 10剛，
顆粒的形狀為片狀、球狀的至少一種。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述碳納米管采用外徑在3 60nm之間，長 度分布在100nm lmni之內(nèi)的原始單壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述玻璃纖維布為S玻璃纖維布或E玻璃纖維布。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料的制備方法。 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案達到的 一種寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下 (1)按所需形狀裁剪玻璃纖維布；(2) 面層的制備按質(zhì)量配比為羰基鐵粉20 50%，聚合物30 48%，玻璃纖 維布20 32%，將羰基鐵粉和聚合物一起放入混料機中，使其混合均勻，均勻涂覆 在所述重量的玻璃纖維布表面；
(3) 夾心層的制備按質(zhì)量配比為碳納米管2 6%，聚合物56.4 58.8%，玻 璃纖維布37.6 39.21將碳納米管和聚合物一起放入混料機中，使其混合均勻， 均勻涂覆在所述玻璃纖維布表面；
(4)底層的制備按質(zhì)量配比為羰基鐵粉50 80%，聚合物12 30%，玻璃纖維 布8 20%，將羰基鐵粉和聚合物一起放入混料機中，使其混合均勻，均勻涂覆在玻 璃纖維布表面；
(5)將步驟(2)、 (3) 、 (4)中分別制得的各個涂層按面層、夾心層和底層的 順序疊加，然后壓制成型。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述步驟(2)所述面層的制備，所述步驟 (3)所述夾心層的制備和/或所述步驟(4)所述底層的制備分別重復(fù)制備2 — 4個 復(fù)合層，并分別重疊在一起。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述聚合物為環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、 氰酸酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙稀、聚酰亞胺或聚醚酮。
-種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述羰基鐵粉采用平均粒徑在0.5 10Wn， 顆粒的形狀為片狀、球狀的至少一種。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述碳納米管采用外徑在3 60nm之間，長 度分布在100nm lmm之內(nèi)的原始單壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種。
有益效果
本發(fā)明有如下特點羰基鐵粉作為磁損耗材料具有強磁損耗，碳納米管是一種
密度很小的電介質(zhì)材料，具有優(yōu)良的電損耗，將兩者進行分層疊加設(shè)計，使得復(fù)合 材料兼具電損耗與磁損耗的優(yōu)點，復(fù)合材料整體輸入阻抗與自由空間阻抗差異減 小。另外，采用玻璃纖維布作為聚合物基體的增強體，使得這種三層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合 材料具有面密度低、厚度薄、力學(xué)強度高的優(yōu)點，提高了吸波復(fù)合材料的承載性能
和工程應(yīng)用價值。
下面通過附圖和具體實施方式

對本發(fā)明做進一步說明，但并不意味著對本發(fā)明 保護范圍的限制。


圖l為本發(fā)明實施例l的多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式

實施例1
將平均粒徑在3陶片狀羰基鐵粉40%，環(huán)氧樹脂36%，加入到高速混合機中，充分 混合后，均勻涂覆在兩層S玻璃纖維布24y。表面，作為面層材料。將外徑為10 60nm， 長度為1 300陶的多壁碳納米管5%，環(huán)氧樹脂57%，加入到高速混合機中，充分混 合后，均勻涂覆在兩層S玻璃纖維布38。/。表面，作為夾心層材料。將平均粒徑在3to 片狀羰基鐵粉61%，環(huán)氧樹脂23.4%，加入到高速混合機中，充分混合后，均勻涂覆 在四層S玻璃纖維布15.6n/。表面，作為底層材料。按面層、夾心層、底層的順序?qū)⒏?層玻璃纖維布疊加，壓制成型后，裁剪成長、寬、高分別為180mmX180隱X4mm的 平板材料。
如圖1所示，是所制備的成品的吸波復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為面層，2 為夾心層，3為底層。
此材料在4. 48GHz和13. 68 GHz出現(xiàn)了兩個吸收峰，反射率分別為-11.09 dB和 -11.69dB。此材料的拉伸強度為180.3MPa，拉伸模量為11. 3GPa;彎曲強度為 131.5MPa，彎曲模量為9.6GPa;壓縮強度為77. 9MPa，壓縮模量為12. 4GPa。
實施例2
將平均粒徑在4幽球狀羰基鐵粉40%，雙馬來酰亞胺樹脂36V加入到高速混合 機中，充分混合后，均勻涂覆在四層S玻璃纖維布24。/。表面，作為面層材料。將外徑 為3 25mn，長度為5 400一的多壁碳納米管5%，雙馬來酰亞胺樹脂57%，加入到高 速混合機中，充分混合后，均勻涂覆在兩層S玻璃纖維布38。/。表面，作為夾心層材料。 將平均粒徑在4陶球狀羰基鐵粉61%，雙馬來酰亞胺樹脂23.4%，加入到高速混合機 中，充分混合后，均勻涂覆在兩層S玻璃纖維布15.6Q/。表面，作為底層材料。按面層、 夾心層、底層的順序?qū)⒏鲗硬ＡЮw維布疊加，壓制成型后，裁剪成長、寬、高分別 為180咖X180mmX4mm的平板材料。此材料在2. 00 4. 60GHz范圍內(nèi)均低于-5dB，其 中在2.80GHz (S波段)和15.59GHz (Ku波段)出現(xiàn)了兩個吸收峰，反射率分別為 -7. 56dB和-10. 83dB。在2 18GHz掃頻范圍內(nèi)，低于-5dB的頻寬達10. 20GHz。此材 料的拉伸強度為193.8MPa，拉伸模量為12. 7GPa;彎曲強度為171. lMPa，彎曲模量 為11.4GPa;壓縮強度為86.9MPa，壓縮模量為14. lGPa。實施例3
將平均粒徑在3. 5幽球狀羰基鐵粉30%，氰酸酯樹脂42%，加入到高速混合機中， 充分混合后，均勻涂覆在四層E玻璃纖維布28。/。表面，作為面層材料。將外徑為10 30mn，長度為l 200Wn的單壁碳納米管3。/。，氰酸酯樹脂58.2%，加入到高速混合機 中，充分混合后，均勻涂覆在兩層E玻璃纖維布38.8。/。表面，作為夾心層材料。將平 均粒徑在3.5幽球狀羰基鐵粉50%，氰酸酯樹脂30%，加入到高速混合機中，充分混 合后，均勻涂覆在兩層E玻璃纖維布20。/。表面，作為底層材料。按面層、夾心層、底 層的順序?qū)⒏鲗硬ＡЮw維布疊加，壓制成型后，裁剪成長、寬、高分別為 180mmX180mmX4隱的平板材料。此材料在3. 6 18GHz范圍內(nèi)均低于-8dB，其中在 5. 4GHz (C波段)和15.8GHz (Ku波段)出現(xiàn)了兩個吸收峰，反射率分別為-20. 41dB 和-12. 76dB。在2 18GHz掃頻范圍內(nèi)，低于-5dB的頻寬達14. 9GHz。此材料的拉伸 強度為IOO. lMPa，拉伸模量為IO. OGPa;彎曲強度為98. 3MPa，彎曲模量為l.OGPa; 壓縮強度為61. 7MPa，壓縮模量為IO. lGPa。
實施例4
將平均粒徑在4.5,片狀羰基鐵粉20%，酚醛樹脂48%，加入到高速混合機中， 充分混合后，均勻涂覆在四層E玻璃纖維布32。/。表面，作為面層材料。將外徑為10 30跳長度為1 200,的單壁碳納米管6%，酚醛樹脂56. 4。/。，加入到高速混合機中， 充分混合后，均勻涂覆在兩層E玻璃纖維布37.6。/。表面，作為夾心層材料。將平均粒 徑在4.5陶片狀羰基鐵粉80%，酚醛樹脂12%，加入到高速混合機中，充分混合后， 均勻涂覆在兩層E玻璃纖維布8。/。表面，作為底層材料。按面層、夾心層、底層的順 序?qū)⒏鲗硬ＡЮw維布疊加，壓制成型后，裁剪成長、寬、高分別為180mmX 180mmX4誦 的平板材料。此材料在2. 3 18GHz范圍內(nèi)均低于-5dB，其中在3. 8GHz (S波段)和 13. 2GHz (Ku波段)出現(xiàn)了兩個吸收峰，反射率分別為-17. 22dB和-24. 35dB。此材 料的拉伸強度為IIO. 2MPa，拉伸模量為ll.OGPa;彎曲強度為105. OMPa，彎曲模量 為1.2GPa;壓縮強度為65.2MPa，壓縮模量為ll. 3GPa。
實施例5
將平均粒徑在3陶球狀羰基鐵粉30%，聚丙稀42%，加入到高速混合機中，充分混 合后，均勻涂覆在兩層S玻璃纖維布28。/。表面，作為面層材料。將外徑為3 25nm， 長度為5 400陶的多壁碳納米管5%，聚丙稀57%，加入到高速混合機中，充分混合 后，均勻涂覆在兩層S玻璃纖維布38y。表面，作為夾心層材料。將平均粒徑在3Wn球狀羰基鐵粉70%，聚丙稀18%，加入到高速混合機中，充分混合后，均勻涂覆在四層 S玻璃纖維布12。/。表面，作為底層材料。按面層、夾心層、底層的順序?qū)⒏鲗硬ＡЮw 維布疊加，壓制成型后，裁剪成長、寬、高分別為180mmX180mmX4mm的平板材料。 此材料在2 4GHz范圍內(nèi)均低于-5dB，其中在2.4GHz (S波段)，反射率吸收峰達 -13. 67dB。在2 18GHz掃頻范圍內(nèi)，低于-5dB的頻寬達6. 4GHz。此材料的拉伸強度 為90. 8MPa，拉伸模量為8. 2GPa;彎曲強度為79. 8MPa，彎曲模量為l. lGPa;壓縮強 度為40. lMPa，壓縮模量為IO. 4GPa。 實施例6
將平均粒徑在3,片狀羰基鐵粉50%，聚酰亞胺30%，加入到高速混合機中，充分 混合后，均勻涂覆在兩層E玻璃纖維布2(n表面，作為面層材料。將外徑為10 30nm， 長度為1 200^11的單壁碳納米管2%，聚酰亞胺58.8°/。，加入到高速混合機中，充分 混合后，均勻涂覆在兩層E玻璃纖維布39.2。/。表面，作為夾心層材料。將平均粒徑在 3卿片狀羰基鐵粉70%，聚酰亞胺23.4%，加入到高速混合機中，充分混合后，均勻 涂覆在四層E玻璃纖維布15.6。/。表面，作為底層材料。按面層、夾心層、底層的順序 將各層玻璃纖維布疊加，壓制成型后，裁剪成長、寬、高分別為180mmX180隱X4mm 的平板材料。此材料在2. 1 18GHz范圍內(nèi)均低于-5dB，其中在3.4GHz (S波段)， 反射率吸收峰達-29. 89dB。此材料的拉伸強度為122. lMPa，拉伸模量為10. OGPa; 彎曲強度為81. 2MPa，彎曲模量為6. 7GPa;壓縮強度為39. 7MPa，壓縮模量為IO. OGPa。
權(quán)利要求
1、一種寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于包括三部分自上而下分別為面層、夾心層和底層；所述面層包括羰基鐵粉、聚合物和玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為羰基鐵粉20～50％，聚合物30～48％，玻璃纖維布20～32％；所述夾心層包括碳納米管、聚合物和玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為碳納米管2～6％，聚合物56.4～58.8％，玻璃纖維布37.6～39.2％；所述底層包括羰基鐵粉、聚合物、玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為羰基鐵粉50～80％，聚合物12～30％，玻璃纖維布8～20％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于所述面 層，夾心層和/或底層分別為2 — 4個復(fù)合層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于所述聚 合物為環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙稀、聚酰亞胺 或聚醚酮。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于所述羰 基鐵粉采用平均粒徑在0.5 10Wn，顆粒的形狀為片狀、球狀的至少一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于所述碳 納米管采用外徑在3 60nm之間，長度分布在100皿 lmm之內(nèi)的原始單壁碳納米管、 多壁碳納米管中的至少一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，其特征在于所述玻 璃纖維布為S玻璃纖維布或E玻璃纖維布。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1一6中任一項所述寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料的制備方法， 其步驟如下(1) 按所需形狀裁剪玻璃纖維布；(2) 面層的制備按質(zhì)量配比為羰基鐵粉20 50%，聚合物30 48%，玻璃纖 維布20 32%，將羰基鐵粉和聚合物一起放入混料機中，使其混合均勻，均勻涂覆 在所述重量的玻璃纖維布表面；(3) 夾心層的制備按質(zhì)量配比為碳納米管2 6%，聚合物56.4 58.8%，玻 璃纖維布37.6 39.2%，將碳納米管和聚合物一起放入混料機中，使其混合均勻，均勻涂覆在所述玻璃纖維布表面；(4)底層的制備按質(zhì)量配比為羰基鐵粉50 80%，聚合物12 30%，玻璃纖維布8 20%，將羰基鐵粉和聚合物一起放入混料機中，使其混合均勻，均勻涂覆在玻 璃纖維布表面；(5)將步驟(2)、 (3) 、 (4)中分別制得的各個涂層按面層、夾心層和底層的 順序疊加，然后壓制成型。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)所述面層的制備，所述步驟(3)所述夾心層的制備和/或所述步驟 (4)所述底層的制備分別重復(fù)制備2 —4個復(fù)合層，并分別重疊在一起。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 所述聚合物為環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙稀、聚 酰亞胺或聚醚酮。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于所述羰基鐵粉采用平均粒徑在0.5 10Wri，顆粒的形狀為片狀、球狀的至少一 種；所述碳納米管采用外徑在3 60nm之間，長度分布在100nm lmm之內(nèi)的原始單 壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬頻帶多層結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于包括三部分面層、夾心層和底層；所述面層包括羰基鐵粉、聚合物和玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為羰基鐵粉20～50％，聚合物30～48％，玻璃纖維布20～32％；所述夾心層包括碳納米管、聚合物和玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為碳納米管2～6％，聚合物56.4～58.8％，玻璃纖維布37.6～39.2％；所述底層包括羰基鐵粉、聚合物、玻璃纖維布，其質(zhì)量配比為羰基鐵粉50～80％，聚合物12～30％，玻璃纖維布8～20％。本發(fā)明的有益效果是具有面密度低、厚度薄、力學(xué)強度高的優(yōu)點，提高了吸波復(fù)合材料的承載性能和工程應(yīng)用價值。
文檔編號B32B38/00GK101434134SQ200810240990
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者攔 張, 紅 朱, 申閆春 申請人:北京化工大學(xué)