一种复合吸波材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及吸波材料领域，更具体地说涉及一种复合吸波材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电磁波吸收材料，简称吸波材料，是一种能够将投射到它表面的电磁波大部分吸收，并通过材料的电或磁损耗将电磁能量转换成为热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复合功能材料。吸波材料的分类方法主要有四种:按吸波原理可分为吸收型和干涉型，前者利用材料本身对电磁波的吸收、后者利用表层与底层两列反射波相互干涉抵消来减少电磁辐射；按耗损机理分为电阻性、电介质型和磁介质型，碳化硅、石墨等属于电阻型，电磁能主要衰减在材料电阻上，以热能形式散发掉，钛酸钡为电介质型吸波材料，主要靠介质的电子极化、分子极化或界面极化的弛豫损耗衰减吸收电磁波，磁损耗型吸收剂依靠磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗等极化机制衰减吸收电磁波，如铁氧体、羰基铁等；按成型工艺分为涂覆型和结构型，涂覆型是将吸收剂与粘结剂混合后涂覆于目标表面形成吸波涂层，而结构型吸波材料通常是将吸收剂分散在由特种纤维增强的结构材料中所形成的结构复合材料，它具有承载和吸波的双重功能；按不同研究时期，吸波材料可分为传统型和新型，铁氧体、金属微粉、钛酸钡、碳化硅、石墨、导电纤维等均为传统吸波材料，他们具有成本低、吸收频带窄、密度大等特点，主要目标是强吸收，纳米材料、多晶铁纤维、导电高聚物等新型吸波材料，要求满足厚度薄、工作频带宽、重量轻、粘结强度高等特点。
[0003]对国外公司及研究机构来讲，传统吸波材料中铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料是两种研究得最多并已得到较广泛应用的吸波材料。而纳米材料和多晶铁纤维则是目前众多新型吸波材料中性能最好的两种。日本在研制铁氧体吸波材料方面处于世界领先地位，上世纪80年代，日本电气公司(NEC)制备的铁氧体吸波材料，使用频率为3~20GHz，有四种产品系列组成，厚度最大为12_，最薄为2.5_，随后研制出厚度1.5-2.5_、使用频率5~10GHz、吸收率达30dB的铁氧体与Fe304材料的复合吸波材料。美国(Conductron)公司研制的锂镉铁氧体，吸收峰为17dB，使用频率在米至厘米波段。美国3 Μ公司研制的亚微米级多晶铁纤维喷涂型吸波材料，具有质量轻、涂层薄等特点，在吸收剂体积比为25°/『30%，厚度为1mm情况下，在f (3~18GHz)内R〈_5dB，面密度1.52kg/m2；GAMMA公司的多晶铁纤维微波吸波材料，使用频率为2~18GHz，成功研制出雷达隐身涂层，最大吸收可达34dB。日本TDK公司的IL-Hool涂料的吸收剂为铁氧体和羰基铁粉，单层涂层厚度为2.1mm时，8~12GHz频率范围内，满足要求(R〈-10dB)的带宽1.1GHz，面密度6.5kg/m2，性能较好。美国已通过纳米材料研制出一系列薄层状铁氧体吸波复合涂料，并成功应用于F-117A战斗机。目前，国外研究者及公司着力于通过多种吸收剂复合的方式改进传统吸波材料，同时继续开展对新型吸波材料的开发与探索，朝着“薄，轻，宽，强”的方向稳步发展。
[0004]我国对吸波材料的研究起步较晚，近几十年来通过国家科技攻关计划和国家863计划的实施已取得长足进展。经国内公开文献及网页检索，结果如下:中国热带农业科学院农产品加工研究所的科技成果“一种复合吸波材料及其制备方法”，所述Fe304纳米粒子在静电引力和范德华力作用下嵌附分散在纤维素基体中形成的复合吸波材料，密度1.26g/cm3，工作频率6~18GHz，吸收峰值_13dB，厚度2mm。东莞市高能磁电技术有限公司的科技成果“纳米镍石墨-PMMA复合吸波材料及其制备方法”，所述复合材料吸波层厚度1.5mm,工作频段9.5~14.6GHz，R彡-10dB。西安华捷科技发展有限责任公司的科技成果“纳米吸波复合涂料组合物及其制备和喷涂方法”，所述复合涂料屏蔽范围400MHZ~20GHZ，吸收峰值26.2dB。宜宾金原复合材料有限公司的科技成果“用于物联网感知射频识别柔性电磁波复合吸波材料”，所述的1mm厚片状电磁波复合吸收材料在0.1MHz-lGHz的吸收衰减为:-10dB~-15dB，该复合电磁吸波片用双面胶带粘贴于13.56MHz抗金属RFID标签，在标签有干扰(标签背部有金属物，较强电磁反射)的条件下，可靠通信距离为设计识别距离的95%。横店集团东磁股份有限公司的科技成果“一种镍铜锌铁氧体与碳纳米管复合吸波材料及其制备方法”，所述的复合吸波材料最大反射损耗为-15.7—24.8dB，有效带宽(反射损耗小于_8dB)为1.6-5.1GHz，厚度4_。东竞市赢通电线有限公司的科技成果“一种纳米吸波屏蔽涂层材料及制备方法”，采用环氧丙烯酸树脂、包覆吸波剂，抗热冲击性能、耐水和耐盐水性能良好，其在17.5GHz处反射率可达-6.2dB。重庆市鸿富诚电子新材料有限公司生产的HFC-1001系列吸波材通常适用于波段为13.56MHz~8GHz电磁波的吸收，特别适用于由PCB和RF信号片及FFC/FPC电缆信号台等产生的离散噪音的吸收，吸收率为6~10dB,厚度0.1mm。宜宾金原复合材料有限公司生产的RX-TGL系列吸波材料(0.5mm)使用频段10MHz~30GHz，峰值吸收为-10dB，型号RX-TCR及RX-TGL-J材料厚度为0.5mm，峰吸收值为-15dB。大连东信微波吸收材料有限公司所制备的EGT低频聚合物薄片吸收材料在l~3GHz的频率下R〈_7dB，面密度为5.4kg/m2，厚度约为1mm。泰州拓谷超细粉体材料有限公司生产的型号TGTH-060材料，厚度0.6mm，峰吸收值为_9dB。
[0005]从上述现有的技术调研中可知，复合吸波材料在调整吸波频率方面有很大优势，且找到最优配比时，吸波性能有很大提升。
【发明内容】
[0006]本发明目的是以铁氧体、羰基铁、导电炭黑三种纳米颗粒作为复合吸波剂，以CPE作为橡胶基体，制备出可在宽频段工作的吸波材料。
[0007]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:一种复合吸波材料，所述复合吸波材料主要由吸波剂和橡胶基体组成，所述吸波剂为羰基铁、钡铁氧体和炭黑组成的复合吸波剂，所述橡胶基体为CPE ;所述吸波材料的组成及各组分的重量份数如下:
羰基铁20?60份
钡铁氧体20?60份
炭黑20?60份
CPE50 ?100 份
稳定剂0.5?5份
增塑剂2?15份；
所述的羰基铁、钡铁氧体及炭黑均为纳米颗粒，所述羰基铁、钡铁氧体及炭黑的粒径范围为1?lOOnm。纳米吸波剂的尺寸在1?lOOnm之间，远小于雷达发射的电磁波波长，对电磁波的透过率远高于常规材料，大大降低了电磁波的反射率。
[0008]进一步地，所述稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸钡、三盐基硫酸铅、活性氧化镁中的其中一种。
[0009]进一步地，所述的增塑剂为对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、环氧大豆油中的其中一种。
[0010]一种复合吸波材料的制备方法，所述制备方法主要包括如下步骤:
1)混炼:将上述羰基铁、钡铁氧体、炭黑、CPE、稳定剂按一定的比例混合后，加入一定量的增塑剂，采用开炼机或密炼机继续进行混炼，将各吸波剂、CPE及橡胶助剂混合均匀后，得到混炼胶；
2)压片:将上述步骤1得到的混炼胶压成一定厚度的片材；
3)压延:将上述步骤2得到的片材放入压延机进行压延，得到具有一定厚度的吸波材料。
[0011]进一步地，所述制备得到吸波材料的厚度范围为2.0?2.5mm，面密度范围为0.4 ?0.5g/cm2。
[0012]进一步地，所述步骤1中，开炼或密炼的温度为80?110°C。
[0013]铁氧体吸波复合材料是既有一定介电常数和介电损耗，又有一定磁导率和磁损耗的双复介质。它除有电子共振损耗外，还具有铁氧体特有的畴壁共振损耗、磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗等特性。纳米磁性铁氧体由于其原料价格低廉及制备方法相对简单等优点，吸收峰在高频段；羰基铁在3GHz频段有良好的吸波性；导电炭黑在中频段有较好的吸波性。