一种阻燃隔热、吸波材料及其制备方法

专利名称：一种阻燃隔热、吸波材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于阻燃、隔热和吸波材料应用领域，涉及一种阻燃隔热、吸波材料及其制备方法，尤其涉及一种轻质，宽频的阻燃隔热、吸波材料及其制备方法。
背景技术：
随着侦察探测手段的不断进步和人们对电磁辐射危害的重视，新型吸波材料的研究成为关注的热点，常用的吸波材料很难将阻燃、隔热和吸波隐身集于一体。中国专利1651524A (公开号)公开了一种含碳纳米管复合涂层型吸波材料及其制备方法，材料由聚合物和碳纳米管组成，利用碳纳米管的介电损耗，将雷达波转化为热能；中国专利1909115A (公开号)公开了难燃型吸波材料及其制备方法，材料由无纺布及难燃材料组成，提高了基体的耐高温性能；中国专利101995187A (公开号)公开了红外雷达新型一体化隐身织物及其制备方法，材料采用多层设计，对红外和雷达波段具有良好的吸收效果。总结目前常用的一些阻燃、隔热、吸波材料的制备方法和技术，主要存在以下缺陷I、材料功能比较单一，且性能非常有限。2、材料质量较大，价格较高，且寿命较短。3、材料制备工艺较为复杂。

发明内容
本发明的目的是改进现有技术的不足，提供一种阻燃隔热、吸波材料，这种材料兼具阻燃、隔热和吸波功能，材料质量较轻，涂层较薄。本发明的另一个目的在于提供一种阻燃隔热、吸波材料的制备方法。本发明的目的是这样实现的一种阻燃隔热、吸波材料，其包括一个基层，其为网布，其两侧涂覆粘结剂涂层，所述粘结剂涂层为聚氯乙烯粘结剂涂层；在所述粘结剂涂层中包括吸波剂，所述吸波剂包括镀镍玻璃微珠；所述吸波剂的加入量以质量比计为吸波剂粉体粘结剂=0. 17 1.85:1。
，还包括镀镍碳纤维和多晶铁纤维中的至少一种。所述吸波剂的加入量即其与粘结剂的比例优选为吸波剂:粘结剂=0. 389 I. 85:1 ;或者，吸波剂:粘结剂=0. 19 I. 222:1或者，吸波剂粘结剂=12:13。在聚氯乙烯粘结剂中加入吸波剂，能够提高材料的隔热和吸波作用。另外，在吸波剂和粘结剂的配比上如果不合理，例如吸波剂较多，相对粘结剂量较少，材料的机械性能例如抗拉性能、疲劳断裂强度等均会降低。一般粘结剂的量为低于35%，则本发明提供的材料机械性能将变差。所述吸波剂中镀镍玻璃微球与镀镍碳纤维和多晶铁纤维的质量比为1 :((T3)(0 4)。
所说吸波剂是指由镀镍空心玻璃微珠，以及镀镍碳纤维和多晶铁纤维中的至少一种，按照所需的比例混合而成。其中都包括镀镍空心玻璃微球，该成份可以使得材料的降温效果提高，如果单独使用玻璃微球，玻璃微球的加入量可达到30%。然而，如果玻璃微球的含量再增加，降温效果也不会提高更多。而玻璃微球的加入量15%以上就具有较好的降温效果。在镀镍空心玻璃微球的含量达到16%以上时，降温效果就非常突出。镀镍玻璃微球的加入，也可以使得材料的吸波性能提高，为使材料偏向于优异的隔热和热红外隐身性能，在吸波剂中可单独使用或增大镀镍空心玻璃微珠的含量，在镀镍空心玻璃微珠含量为25%时，其在30 150°C之间，降温达2 15°C，在140°C左右时，最大降温达15°C。为使材料偏向于雷达隐身，可在由镀镍空心玻璃微珠中加入铁纤维和/或镀镍碳纤维组成的吸波齐U，镀镍玻璃微球与两种至少之一的纤维构成导电吸波网络，在铁纤维与镀镍空心玻璃微珠含量为1:5，且吸波剂在粘结剂中的含量达到50%时，在8 18GHz波段，平均反射率小于-10dB。为降低材料的面密度，而又使材料具有较好吸波性能，可在由镀镍空心玻璃微珠和铁纤维组成的吸波剂中适当提高镀镍碳纤维含量，在镀镍碳纤维与铁纤维质量比为1:4时，综合面密度与吸波效果最佳。
本发明提供的阻燃隔热、吸波材料，为了适应各种使用的要求，需要有较小的面密度。使用镀镍空心玻璃微球，可以降低材料的面密度，使得材料轻软。铁纤维的加入会使得材料的面密度显著增加。为了保证材料的面密度较低，可以在吸波剂中加入镀镍碳纤维，同时减少铁纤维的加入量，这样，就可以得到吸波效果好，同时面密度较低、既具有良好的隔热、阻燃效果，又有良好的吸波特性的材料。本材料当其整体厚度为0.5mm 2mm时，面密度为0.5 4. 5Kg/m2。本材料在30°C 150°C范围内，降温幅度达2°C 15°C，氧指数最大达45%。如果考虑偏重吸收微波，所述吸波剂可以是包含较多的铁纤维和/或镀镍碳纤维；如果考虑偏重吸收红外线，所述吸波剂可以是包含多一些镀镍空心玻璃微珠。如下是一些优选方案所述吸波剂只是包括镀镍玻璃微球，其与粘结剂的质量比为(0. 176^0. 429), BP粘结剂的比例在15 30%。优选镀镍玻璃微球与粘结剂的质量比为0. 25:1。所述吸波剂包括镀镍空心玻璃微球、镀镍碳纤维和羰基多晶铁纤维，其吸波剂与粘结剂的质量比为(0. 190^0.923) :1，镀镍空心玻璃微球镀镍碳纤维羰基多晶铁纤维=3:1:8,或者为 1:1:6。所述吸波剂包括镀镍空心玻璃微球和镀镍碳纤维，该吸波剂与粘结剂的质量比为
0.25、. 667:1，镀镍空心玻璃微球和镀镍碳纤维为2:3。所述吸波剂包括镀镍空心玻璃微球和多晶铁纤维，该吸波剂与粘结剂的质量比为
0.25、. 667:1，镀镍空心玻璃微球和镀镍碳纤维为2:3。所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与镀镍碳纤维的质量比为I (0. 5 2)。所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与多晶铁纤维的质量比为I (0. 05 I. 5)。所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与镀镍碳纤维和多晶铁纤维的质量比为:1 :(0. ro =(Te)0
所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其中的镀镍碳纤维和多晶铁纤维的质量比为1:4。所述的网布可以是增强网布，该增强网布可以是指聚酯纤维网、玻璃纤维网或不锈钢网。所述镀镍空心玻璃微珠，采用钯活化、化学镀工艺获得，使得该镀镍空心玻璃微珠具有导电和软磁性能。所得镀镍空心玻璃微珠粒径优选为8 100 U m，镀层均匀、致密，镀层含镍量大于95%。所述镀镍碳纤维，采用钯活化、化学镀工艺获得，使得该镀镍碳纤维具有导电和软磁性能。
所得镀镍碳纤维优选直径I 7 ii m，长度50 200 U m。所述多晶铁纤维，由五羰基铁Fe (CO) 5采用磁引导气相分解法(MOCVD)制得。多晶铁纤维优选成圆柱形，直径I 3iim,长度100 200 ii m。上述材料的获得方法均为现有技术。所述网布为聚酯纤维网布、或玻璃纤维网布、或不锈钢网布。所述网布的厚度一般50 500lim。所述粘结剂是由聚氯乙烯、增塑剂和抗氧化剂混配而成，其配比为100 (20-150) (0-3)，该比例为重量比。其中的增塑剂一般为D0P。其中的抗氧化剂一般为Sb2O3。本发明的另一个目的是提供所述阻燃隔热、吸波材料的制备方法，具体包括以下几个步骤步骤I :制备吸波剂，所述吸波剂包括镀镍空心玻璃微珠，还包括镀镍碳纤维和多晶铁纤维中的至少一种其中，采用钯活化、化学镀的方法制备镀镍空心玻璃微珠，采用钯活化、化学镀的方法制备镀镍碳纤维，和/或采用磁引导气相分解法(MOCVD)制备羰基多晶铁纤维；步骤2 :配制粘结剂将聚氯乙烯、增塑剂及抗氧化剂按照100 :(20-150) (0-3)的比例，配制粘结剂；步骤3 :将步骤I制备的吸波剂和步骤2制备的粘结剂按照设定比例混合，并均匀分散，制成糊状物，即涂层材料；步骤4 :将步骤3制成的涂层材料涂覆到网布的两个侧面上达到设定厚度，刷涂之后，放入模具中，170°C延压成形。进一步地，步骤4的涂覆操作可以采用二次涂覆，第一次涂覆粘结剂涂层，将网布两侧均匀刷涂涂层材料为设定厚度的50-80%，并150-180°C条件下固化15-30min，自然冷却，然后进行二次刷涂达到设定厚度。在第一次涂覆后，材料上可能出现气泡，在第二次涂覆之前，可以将气泡刺破。具体地，可以借助显微镜将预成型材料涂层中的汽泡用针刺破；去除气泡的目的是保持涂层的均质性，也保证涂层中吸波粉体的密实填充。本发明所说粘结剂由聚氯乙烯、增塑剂和抗氧化剂组成，具有优异的阻燃隔热性能，其阻燃氧指数最大可达45%。在本发明提供的制备方法中，步骤I配制粘结剂中，聚氯乙烯、增塑剂(DOP)和抗氧化剂(Sb2O3)可以按照100 50 2的质量比均匀分散成糊状物。步骤2中，对于镀镍空心玻璃微珠的镀镍在采用钯活化、化学镀镍之后，可进行450°C镀层 热处理步骤。对于碳纤维镀镍在采用钯活化、化学镀镍之后可进行750°C镀层热处理的步骤。本发明具有以下优点本发明提供的阻燃隔热、吸波材料通过在聚氯乙烯粘结剂中添加吸波剂，可以兼具阻燃隔热和吸波功能。本发明所述材料可以在具有良好的阻燃隔热性能的同时具有较高的吸波强度、较宽的吸波频带、较小的面密度。可用于吸波遮障和电磁屏蔽等。将几种轻质吸波材料混配作为吸波剂，并以具有阻燃、隔热性能的高分子材料为基体，制备轻质的阻燃隔热、吸波材料具有现实的意义。镀镍空心玻璃微珠和碳纤维是两种轻质非金属材料，采用钯活化化学镀镍的方法可以在其表面形成具有一定导电和软磁性能的镍镀层，其与具有优异磁损耗的多晶铁纤维按照一定比例混配，可以制成对不同波段具有良好吸波性能的吸波粉体。这种吸波粉体与具有阻燃性能的聚氯乙烯通过压延成形就可制备出集阻燃、隔热、吸波于一身的轻质材料。


图I是本发明提供的阻燃隔热、吸波材料的断面结构简图。图2是本发明提供的阻燃隔热、吸波材料中所添加的吸波剂中镀镍空心玻璃微珠和未镀镍的空心玻璃微珠的SEM图。图3本发明提供的阻燃隔热、吸波材料中所添加的吸波剂中镀镍碳纤维和未镀镍的碳纤维的SEM图。图4是本发明提供的阻燃隔热、吸波材料中所添加的吸波剂中铁纤维和其局部放大的SEM图。铁纤维不需镀镍。图5为本发明提供的粉体中三种组份的比例为Ni-GB/Ni_CF/MIF=l :0.5:4的吸波齐IJ与不同量的粘结剂混合得到的阻燃隔热、吸波材料的氧指数图。图6为本发明提供的阻燃隔热、吸波材料的降温效果图，其中的H为吸波剂粉体，质量比为(Ni-GB/Ni-CF/Fe=3:1:8)。图7为本发明提供的阻燃隔热、吸波材料的吸波性能效果图，吸波剂中只包含镀镍空心玻璃微球。图8为本发明提供的阻燃隔热、吸波材料的吸波性能效果图，吸波剂中包括镀镍空心玻璃微球和镀镍碳纤维，质量比为镍空心玻璃微球镀镍碳纤维=2:3，通过占空比计算，并结合电子显微镜观察，在这个比例上，二者能在机体中形成最好的导电吸波网络。图9为为本发明提供的阻燃隔热、吸波材料的吸波性能效果图，吸波剂中的H为吸波剂粉体，质量比为(Ni-GB/Ni-CF/Fe=3:1:8)。
具体实施例方式下面将通过实例对发明做进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围。如图I所示，本发明提供的阻燃隔热、吸波材料，其包括一个基层2，其为网布，是增强网布。所述网布可以为聚酯纤维网布、或玻璃纤维网布、或不锈钢网布。基层2两侧涂覆粘结剂涂层材料外涂层I和材料内涂层3。所述粘结剂涂层为聚氯乙烯粘结剂涂层；在所述粘结剂涂层中包括吸波剂，所述吸波剂包括镀镍玻璃微珠，所述吸波剂的加入量为吸波剂粉体粘结剂=0. 17 I . 85: I。所述吸波剂还可以包括镀镍碳纤维和多晶铁纤维中的至少一种；所述吸波剂的加入量即其与粘结剂的比例以质量比计为所述吸波剂中镀镍玻璃微球与镀镍碳纤维和/或多晶铁纤维的质量比为1 (0 3):(0 4)。所述吸波剂的加入量即其与粘结剂的比例优选为0. 389^1. 85: I。所述吸波剂的加入量即其与粘结剂的比例优选为0. 19^1. 222: I。所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与所述粘结剂的比例为吸波剂粘结剂=0. 176 0. 429 10所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与镀镍碳纤维的质量比为I (0. 5 2);或者，所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与多晶铁纤维的质量比为I (0. 05 I. 5)。下面是一些具体实施例实施例I :在聚氯乙烯粘结剂中加入吸波剂，吸波剂与粘结剂的比例是12 13,吸波剂中包括镀镍空心玻璃微球，同时还加入镀镍碳纤维和多晶铁纤维，三种组份的质量比为3:1:8。网布为聚酯纤维网布，厚度为100微米。所述聚氯乙烯粘结剂是由聚氯乙烯、增塑剂和抗氧化剂混配而成，其配比为100 50 :2，该比例为重量比。镀镍空心玻璃微珠和镀镍碳纤维采用钯活化、化学镀工艺获得。阻燃隔热、吸波材料的制备方法为步骤I :制备吸波剂(I)空心玻璃微珠具体的钯活化、化学镀方法是首先，对于空心玻璃微珠进行预处理表面除油处理，空心将玻璃微珠放入30g/L NaOH或40g/L Na2C03溶液中，进行磁力搅拌，搅拌速度为400r/s，搅拌I小时取出；再将空心玻璃微珠进行丙酮整面，放入丙酮与水体积比为1:1的溶液中，在超声波清洗仪中清洗2小时。其次对空心璃微珠进行表面偶联处理按I: I的质量比将硅烷偶联剂(KH-550)与水配成均匀溶液，将溶液滴入经过上述预处理后的玻璃微珠中，充分混合I小时，成糊状。然后将其放入烘箱中，80°C恒温3小时。再对空心玻璃微球进行钯活化将氯化钯溶液(0. 5g/L)加入烧杯中，滴加浓盐酸(0. 2mol / L)，缓慢升温至70°C，加入氯化亚锡溶液(20g/L)，保温、同时磁力搅拌30分钟，配制敏化活化液；将偶联后玻璃微珠放入敏化活化液中进行活化。按如表I的比例配制化学镀镍溶液。
表I玻璃微珠镀镍所用溶液配方
权利要求
1.一种阻燃隔热、吸波材料，其特征在于包括一个基层，该基层为网布，其两侧涂覆粘结剂涂层，所述粘结剂涂层为聚氯乙烯粘结剂涂层；在所述粘结剂涂层中包括吸波剂，所述吸波剂包括镀镍玻璃微珠；所述吸波剂的加入量以质量比计为吸波剂粉体粘结剂=0. 17 I. 85:1。
2.如权利要求I所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，还包括镀镍碳纤维和多晶铁纤维中的至少一种。
3.如权利要求I或2所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，所述吸波剂的加入量即其与粘结剂的比例以质量比计为吸波剂粘结剂=0. 389 I. 85:1 ;或者，吸波剂粘结剂=0. 19 I. 222:1 ;或者， 吸波剂粘结剂=12:13。
4.如权利要求I或2或3所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，所述吸波剂中镀镍玻璃微球与镀镍碳纤维和多晶铁纤维的质量比为1 ((T3) ((T4);和/或， 所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与所述粘结剂的比例为吸波剂粘结剂=0. 176 0. 429 1 ;或者， 所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与镀镍碳纤维的质量比为1 (0. 5 2);或者， 所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与多晶铁纤维的质量比为1 (0. 05 I. 5);或者， 所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其与镀镍碳纤维和多晶铁纤维的质量比为1 :(0. I I) :(1 6);或者， 所述吸波剂中镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，其中的镀镍碳纤维和多晶铁纤维的质量比为1:4 ;或者， 吸波剂包括镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，还包括镀镍碳纤维和羰基多晶铁纤维，该吸波剂与粘结剂的质量比为(0. 19(T0. 923) :1，镀镍空心玻璃微球镀镍碳纤维羰基多晶铁纤维=3:1:8,或者为1:1:6 ;或者， 吸波剂包括镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，还包括镀镍碳纤维，该吸波剂与粘结剂的质量比为0. 25^0. 667:1，镀镍空心玻璃微球和镀镍碳纤维的质量比为2:3 ;或者， 吸波剂包括镀镍玻璃微球为镀镍空心玻璃微球，还包括多晶铁纤维，该吸波剂与粘结剂的质量比为0. 25、. 667:1，镀镍空心玻璃微球和多晶铁纤维的质量比为2:3。
5.如权利要求I所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，所述网布为聚酯纤维网布、或玻璃纤维网布、或不锈钢网布。
6.如权利要求I至5之一所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，所述聚氯乙烯粘结剂是由聚氯乙烯、增塑剂和抗氧化剂混配而成，其质量比为100 :(20-150) : (0-3)。
7.如权利要求6所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，粘结剂中，增塑剂为DOP，抗氧化剂为Sb2O3，聚氯乙烯、增塑剂和抗氧化剂按照100 50 2的质量比均匀分散成糊状物。
8.如权利要求I至7之一所述的阻燃隔热、吸波材料，其特征在于，其整体厚度为.0. 5謹 2謹，面密度为0. 5 4. 5Kg/m2，在30°C 150°C范围内，降温幅度达2°C 15°C，氧指数最大达45%。
9.一种如权项I至8所述的阻燃隔热、吸波材料的制备方法，其特征在于，包含以下几个步骤 步骤I :制备吸波剂，所述吸波剂包括镀镍玻璃微球，还包括镀镍碳纤维和多晶铁纤维中的至少一种其中，采用钯活化、化学镀的方法制备镀镍玻璃微珠、镀镍碳纤维；采用磁引导气相分解法(MOCVD)制备多晶铁纤维； 步骤2 :配制粘结剂将聚氯乙烯、增塑剂及抗氧化剂按照100 :(20-150) :(0-3)的比例，配制粘结剂； 步骤3 :将步骤I制备的吸波剂和步骤2制备的粘结剂按照设定比例混合，并均匀分散，制成糊状物，即涂层材料； 步骤4 :将步骤3制成的涂层材料涂覆到网布的两个侧面上达到设定厚度，刷涂之后，放入模具中，170°C延压成形。
10.根据权利要求9所述的阻燃隔热、吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤4的涂覆操作采用二次涂覆，第一次涂覆粘结剂涂层，将网布两侧均匀刷涂涂层材料为设定厚度的50-80%，并150-180°C条件下固化15-30min，自然冷却，然后进行二次刷涂达到设定厚度；或者， 步骤4的涂覆操作采用二次涂覆，第一次涂覆粘结剂涂层，将网布两侧均匀刷涂涂层材料为设定厚度的50-80%，并150-180°C条件下固化15-30min，自然冷却，然后进行二次刷涂达到设定厚度；在第二次涂覆之前去除预成型材料涂层中的汽泡；或者， 配制粘结剂中，聚氯乙烯、增塑剂(DOP)和抗氧化剂(Sb2O3)按照100 50 2的质量比均匀分散成糊状物。
全文摘要
本发明提供一种阻燃隔热、吸波材料，其包括一个基层，该基层为网布，其两侧涂覆粘结剂涂层，所述粘结剂涂层为聚氯乙烯粘结剂涂层；在所述粘结剂涂层中包括吸波剂，所述吸波剂包括镀镍玻璃微珠；所述吸波剂的加入量以质量比计为吸波剂粉体:粘结剂=0.17~1.85:1。本发明还提供该材料的制备方法。本发明提供的阻燃隔热、吸波材料通过在聚氯乙烯粘结剂中添加吸波剂，可以兼具阻燃隔热和吸波功能。本发明所述材料可以在具有良好的阻燃隔热性能的同时具有较高的吸波强度、较宽的吸波频带、较小的面密度。可用于吸波遮障和电磁屏蔽等。
文档编号D06M11/83GK102746823SQ20121018275
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者于鹤龙, 廖乐平, 张伟, 张纾, 王思捷, 赵阳, 马万鹏 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院