一种层状发泡吸波材料及其制备方法与流程

本发明涉及吸波材料技术领域，且特别涉及一种层状发泡吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害。

吸波材料指能吸收或者大幅减弱投射到其表面的电磁波能量，从而减少电磁波干扰的一类材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种层状发泡吸波材料，其具有较好地吸波效果。

本发明的另一目的在于提供一种层状发泡吸波材料的制备方法，该方法能制得品质较好地层状发泡吸波材料。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种层状发泡吸波材料，包括多层发泡吸波层，发泡吸波层由吸波剂与可溶性高分子基体发泡制得，多层发泡吸波层的泡孔大小呈逐层梯度分布。

本发明提出一种层状发泡吸波材料的制备方法，包括:

将吸波剂和可溶性高分子基体混合粉末溶于第一有机溶剂中并进行超声处理得到第一混合溶液，将第一混合溶液以1-2:10的重量比加入水中，以使得吸波剂和可溶性高分子基体的共混物沉淀析出，然后进行过滤得到吸波剂和可溶性高分子基体的共混物沉淀；

将共混物沉淀进行干燥处理得到复合材料，将复合材料按照3-15g：100ml溶解于第二溶剂中得到不同浓度的第二混合溶液，按照预设顺序将不同浓度的第二混合溶液在-30℃以下依次冷却以使得第二溶剂结晶成固态、复合材料被析出，最后得到泡孔大小呈逐层梯度分布的多层发泡吸波层。

本发明实施例的有益效果是：

本公开的发泡吸波材料由于为梯度多层结构，梯度多层结构的吸波材料内部具有大量的层界面能够引起电磁波的多次反射，增加了电磁波的传输历程，从而加强了电磁波的损耗。

另外，由于发泡吸波层均具有泡孔，这些泡孔有助于发泡吸波层起到较强的电磁波损耗。并且，由于多层发泡吸波层的泡孔大小呈逐层梯度分布，即每层的发泡吸波层的泡孔大小均不一样，则当电磁波从空气进入到层状发泡吸波材料内部时，折射率在不同的层会发生变化，使得层状发泡吸波材料与空气之间具有良好的阻抗匹配特性，有助于减小材料对电磁波的反射，而是将电磁波吸收，从而提高层状吸波材料的吸波效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施1-4层状发泡吸波材料和对比例1-3的发泡吸波材料的吸波性能的测试结果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种层状发泡吸波材料及其制备方法进行具体说明。

一种层状发泡吸波材料，包括多层发泡吸波层，发泡吸波层由吸波剂与可溶性高分子基体发泡制得，多层发泡吸波层的泡孔大小呈逐层梯度分布。

该发泡吸波材料由于为梯度多层结构，梯度多层结构的吸波材料内部具有大量的层界面能够引起电磁波的多次反射，增加了电磁波的传输历程，从而加强了电磁波的损耗。

另外，由于发泡吸波层均具有泡孔，这些泡孔有助于发泡吸波层起到较强的电磁波损耗。并且，由于多层发泡吸波层的泡孔大小呈逐层梯度分布，即每层的发泡吸波层的泡孔大小均不一样，则当电磁波从空气进入到层状发泡吸波材料内部时，折射率在不同的层会发生变化，使得层状发泡吸波材料与空气之间具有良好的阻抗匹配特性，有助于减小材料对电磁波的反射，而是将电磁波吸收，从而提高层状吸波材料的吸波效果。

需要说明的是，沿层状发泡吸波材料的高度方向，多层发泡吸波层的泡孔可以是逐层增大，也可以是逐层减小。

进一步地，在一些实施方式中，吸波剂包括导电型吸波剂和磁性吸波剂。

在一些实施方式中，导电型吸波剂包括多壁碳纳米管、石墨烯或碳纤维。在一些实施方式中，磁性吸波剂包括羰基铁粉、四氧化三铁或铁氧体。

另外，在一些实施方式中，可溶性高分子基体包括可溶性塑料和热塑性弹性体。

其中，可溶性高分子基体包括聚氯乙烯、聚乙烯醇或聚醚酰亚胺；热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体、聚烯烃弹性体或聚丙烯弹性体。

一种层状发泡吸波材料的制备方法，包括:

将吸波剂和可溶性高分子基体混合粉末溶于第一有机溶剂中并进行超声处理得到第一混合溶液，将第一混合溶液以1-2:10的重量比加入水中，以使得吸波剂和可溶性高分子基体的共混物沉淀析出，然后进行过滤得到吸波剂和可溶性高分子基体的共混物沉淀。

在一些实施方式中，第一有机溶剂包括氮-氮二甲基甲酰胺、二氧六环或二甲苯。吸波剂与第一有机溶剂的比例为2-5g:100ml。

将吸波剂和可溶性高分子基体混合粉末溶于第一有机溶剂中，同时进行超声处理，则能够使得吸波剂与可溶性高分子基体更好地分散，形成均匀的第一混合溶液。在一些实施方式中，超声处理的功率为450-500w，处理时间为20-60min。

将第一溶液以1-2:10的重量比加入水中，由于水过量，则吸波剂和可溶性高分子基体的共混物沉淀能够在水中析出。在本实施方式方式中，为了使得共混物沉淀能够更好地析出，将第一混合溶液缓慢倾倒进去离子水中。

然后将过滤得到的共混物沉淀进行干燥处理得到复合材料。其中，干燥过程是在鼓风干燥箱中进行的，干燥温度为70-100℃，处理时间为30-40h。

将复合材料按照3-15g：100ml溶解于第二溶剂中得到不同浓度的第二混合溶液，按照预设顺序将不同浓度的第二混合溶液在-30℃以下依次冷却以使得第二溶剂结晶成固态、复合材料被析出，最后得到泡孔大小呈逐层梯度分布的多层发泡吸波层。其中，第二溶剂包括二氧六环或水。在进行冷却时，可以通过在液氮中进行冷却，也可以在冰箱中进行冷却。

在将第二混合溶液在液氮中进行冷却时，第二混合溶液由于热量快速被导出，第二混合溶液中的第二溶剂会结晶变成固态，而溶解于第二溶剂中的吸波剂和可溶性高分子基体会因为溶解度的降低而被析出，由于结晶的第二溶剂不能存在溶质，因此，固态的第二溶剂就会形成体系中的泡孔。当第二溶剂全部变成固态时，发泡过程即结束。

需要说明的是，在本实施方式中，泡孔的大小主要取决于发泡倍率，而发泡倍率的不同又主要取决于第二混合溶液中复合材料的浓度。多层发泡吸波材料的泡孔大小呈逐层梯度分布的，则意味着每一层的发泡吸波层的第二混合溶液的浓度不同，即每一层的发泡吸波层的第二混合溶液中的复合材料的含量不同。

进一步地，在本实施方式中，不同浓度的第二混合溶液在液氮中依次冷却时，包括：先将浓度最高的第二混合溶液浇铸在表面皿中，将表面皿置于铁板上，将带有表面皿的铁板置于液氮中冷却得到发泡吸波层，然后将浓度次之的第二混合溶液浇铸在发泡吸波层进行依次冷却以得到多层发泡吸波层。

其中，在将铁板置于液氮中进行冷却时，第二混合液的热量可通过铁板迅速导出。

另外，需要说明的是，在将第二混合溶液浇铸在发泡吸波层进行冷却时，需待其下层的发泡吸波层发泡完成后，在进行上层的第二混合溶液的浇筑。待每层的第二混合溶液均发泡完成后，即得到泡孔大小层逐层梯度分布的多层发泡吸波层。

进一步地，还包括将多层发泡吸波层进行冷冻干燥以使得第二溶剂升华。其中，冷冻干燥在冷冻干燥机中进行。在一些实施方式中，冷冻干燥的温度为-20℃，干燥时间为40-50h。

由于第二溶剂升华，则多层发泡吸波层的泡孔结构则能够得到更好地保留，以得到最终的层状发泡吸波材料。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

将2g石墨烯和30g热塑性聚氨酯溶于1000ml的氮-氮二甲基甲酰胺中得到第一混合溶液，将溶解好的石墨烯/热塑性聚氨酯/氮-氮二甲基甲酰胺溶液置于探头式超声波发生仪中，在超声功率为480w的条件下进行超声处理40min。将超声处理后的第一溶液在60℃的条件下搅拌5h。

将搅拌完成的石墨烯/热塑性聚氨酯/氮-氮二甲基甲酰胺溶液以1:10的重量比缓慢倾倒入去离子水中，以使得石墨烯/热塑性聚氨酯共混物沉淀析出。然后进行过滤得到石墨烯/热塑性聚氨酯共混物沉淀。

将共混物沉淀置于鼓风干燥箱中在80℃的条件下烘干处理36h得到石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料。

将石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料按照3g：100ml、5g：100ml：7g：100ml及9g：100ml溶于二氧六环中，然后在60℃的条件下剧烈搅拌5h得到不同浓度的第二混合溶液。

将9％g/ml溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在表面皿中，将此表面皿置于铁板上，将铁板浸在液氮中，待二氧六环全部变成固态后得到第一层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将7％g/ml溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第一层发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第二层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将5％g/ml溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第二层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第三层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将3％g/ml溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第三层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第四层发泡吸波层。

将四层发泡吸波层置于冷冻干燥剂中，在-20℃的条件下干燥48h，使二氧六环升华而泡孔结构得到保留，得到泡孔大小呈逐层梯度分布的层状发泡吸波材料。

实施例2

将1g多壁碳纳米管和20g聚烯烃弹性体溶于1000ml的二甲苯中得到第一混合溶液，将溶解好的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/二甲苯溶液置于探头式超声波发生仪中，在超声功率为500w的条件下进行超声处理20min。将超声处理后的第一溶液在55℃的条件下搅拌5h。

将搅拌完成的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/二甲苯溶液以1:5的重量比缓慢倾倒入去离子水中，以使得多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体共混物沉淀析出。然后进行过滤得到多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体共混物沉淀。

将共混物沉淀置于鼓风干燥箱中在100℃的条件下烘干处理30h得到多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体复合材料。

将多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体复合材料按照3g：100ml、5g：100ml、7g：100ml：9g：100ml及11g：100ml溶于水中，然后在60℃的条件下剧烈搅拌5h得到不同浓度的第二混合溶液。

将11％g/ml溶解完全的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/水溶液(第二混合溶液)浇铸在表面皿中，将此表面皿置于铁板上，将铁板浸在液氮中，待水全部变成固态后得到第一层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将9％g/ml溶解完全的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/水(第二混合溶液)浇铸在第一层发泡吸波层上，待水全部变成固态后得到第二层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将7％g/ml溶解完全的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/水溶液(第二混合溶液)浇铸在第二层的发泡吸波层上，待水全部变成固态后得到第三层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将5％g/ml溶解完全的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/水溶液(第二混合溶液)浇铸在第三层的发泡吸波层上，待水全部变成固态后得到第四层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将3％g/ml溶解完全的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体/水溶液(第二混合溶液)浇铸在第四层的发泡吸波层上，待水全部变成固态后得到第五层发泡吸波层。

将五层发泡吸波层置于冷冻干燥剂中，在-25℃的条件下干燥40h，使水升华而泡孔结构得到保留，得到泡孔大小呈逐层梯度分布的层状发泡吸波材料。

实施例3

将3g羰基铁粉和50g聚丙烯弹性体溶于1000ml的二甲苯中得到第一混合溶液，将溶解好的羰基铁粉/聚丙烯弹性体/二甲苯溶液置于探头式超声波发生仪中，在超声功率为450w的条件下进行超声处理60min。将超声处理后的第一溶液在65℃的条件下搅拌4h。

将搅拌完成的羰基铁粉/聚丙烯弹性体/二甲苯溶液以1:7的重量比缓慢倾倒入去离子水中，以使得羰基铁粉/聚丙烯弹性体共混物沉淀析出。然后进行过滤得到羰基铁粉/聚丙烯弹性体共混物沉淀。

将共混物沉淀置于鼓风干燥箱中在70℃的条件下烘干处理40h得到羰基铁粉/聚丙烯弹性体复合材料。

将羰基铁粉/聚丙烯弹性体复合材料按照9g：100ml：11g：100ml及13g：100ml、15g：100ml溶于二氧六环中，然后在60℃的条件下剧烈搅拌5h得到不同浓度的第二混合溶液。

将15％g/ml溶解完全的羰基铁粉/聚丙烯弹性体/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在表面皿中，将此表面皿置于铁板上，将铁板浸在液氮中，待二氧六环全部变成固态后得到第一层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将13％g/ml溶解完全的羰基铁粉/聚丙烯弹性体/二氧六环(第二混合溶液)浇铸在第一层发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第二层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将11％g/ml溶解完全的羰基铁粉/聚丙烯弹性体/二氧六环(第二混合溶液)浇铸在第二层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第三层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将9％g/ml溶解完全的羰基铁粉/聚丙烯弹性体/二氧六环(第二混合溶液)浇铸在第三层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第四层发泡吸波层。

将四层发泡吸波层置于冷冻干燥剂中，在-20℃的条件下干燥40h，使二氧六环升华而泡孔结构得到保留，得到泡孔大小呈逐层梯度分布的层状发泡吸波材料。

实施例4

将2g石墨烯和40g聚丙烯弹性体溶于1000ml的氮-氮二甲基甲酰胺中得到第一混合溶液，将溶解好的石墨烯/聚丙烯弹性体/氮-氮二甲基甲酰胺置于探头式超声波发生仪中，在超声功率为460w的条件下进行超声处理50min。将超声处理后的第一溶液在60℃的条件下搅拌4h。

将搅拌完成的石墨烯/聚丙烯弹性体/氮-氮二甲基甲酰胺溶液以1:8的重量比缓慢倾倒入去离子水中，以使得石墨烯/聚丙烯弹性体共混物沉淀析出。然后进行过滤得到石墨烯/聚丙烯弹性体共混物沉淀。

将共混物沉淀置于鼓风干燥箱中在90℃的条件下烘干处理35h得到石墨烯/聚丙烯弹性体复合材料。

将石墨烯/聚丙烯弹性体复合材料按照7g：100ml：9g：100ml及11g：100ml溶于二氧六环中，然后在60℃的条件下剧烈搅拌5h得到不同浓度的第二混合溶液。

将11％g/ml溶解完全的石墨烯/聚丙烯弹性体/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在表面皿中，将此表面皿置于铁板上，将铁板浸在液氮中，待二氧六环全部变成固态后得到第一层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将9％g/ml溶解完全的石墨烯/聚丙烯弹性体/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第一层发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第二层发泡吸波层。

将铁板保持在液氮中，将7％g/ml溶解完全的石墨烯/聚丙烯弹性体/二氧六环溶液(第二混合溶液)浇铸在第二层的发泡吸波层上，待二氧六环全部变成固态后得到第三层发泡吸波层。

将三层发泡吸波层置于冷冻干燥剂中，在-20℃的条件下干燥40h，使二氧六环升华而泡孔结构得到保留，得到泡孔大小呈逐层梯度分布的层状发泡吸波材料。

对比例1

对比例1与实施例1的层状发泡吸波材料基本相同，其不同之处仅在于制备过程中，每层的石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的浓度均相同，且均为5％g/ml。

对比例2

对比例2与实施例2的层状发泡吸波材料基本相同，其不同之处仅在于制备过程中，每层的多壁碳纳米管/聚烯烃弹性体复合材料的浓度均相同，且均为7％g/ml。

对比例3

将2g石墨烯和30g热塑性聚氨酯溶于1000ml的氮-氮二甲基甲酰胺中得到第一混合溶液，将溶解好的石墨烯/热塑性聚氨酯/氮-氮二甲基甲酰胺溶液置于探头式超声波发生仪中，在超声功率为480w的条件下进行超声处理40min。将超声处理后的第一溶液在60℃的条件下搅拌5h。

将搅拌完成的石墨烯/热塑性聚氨酯/氮-氮二甲基甲酰胺溶液以1:10的重量比缓慢倾倒入去离子水中，以使得石墨烯/热塑性聚氨酯共混物沉淀析出。然后进行过滤得到石墨烯/热塑性聚氨酯共混物沉淀。

将共混物沉淀置于鼓风干燥箱中在80℃的条件下烘干处理36h得到石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料。

将石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料按照5g：100ml溶于二氧六环中，然后在60℃的条件下剧烈搅拌5h得到不同浓度的第二混合溶液。

将5％g/ml溶解完全的石墨烯/热塑性聚氨酯/二氧六环溶液浇铸在表面皿中，将此表面皿置于铁板上，将铁板浸在液氮中，待二氧六环全部变成固态后得到发泡吸波材料。

试验例

对实施例1-4的层状发泡吸波材料和对比例1-3的发泡吸波材料的吸波性能进行测试，其结果请参照图1和表1。

表1实施例1-4和对比例1-3的发泡吸波材料的吸波性能测试结果

从表1和图1的结果可以看出，实施例1-4的层状发泡吸波材料的最小反射损耗均小于对比例1-3的发泡吸波材料，且实施例1-4的层状发泡吸波材料的有效吸收频宽均大于对比例1-3的发泡吸波材料，说明了本发明实施例的层状发泡材料具有较好的吸波效果。通过对比实施例1和对比例1发现，实施例1的层状发泡材料最小反射损耗小于对比例1，实施例1的层状发泡材料有效吸收频宽均大于对比例1，说明了浓度逐层梯度分布的层状发泡材料其吸波效果会更好。同理，通过对比实施例2和对比例2也可以得出同样的结论。通过对比实例例1、对比例1和对比例3发现，对比例3是只有一层的发泡吸波材料，其最小反射损耗小于实施例1和对比例3，其有效吸收频宽大于实施例1和对比例3，说明了交替多层结构的层界面能够引起电磁波的多次反射，以增加材料的吸波效果。

综上所述，本发明实施例的多层发泡吸波材料及其制备方法，由于发泡吸波层均具有泡孔，这些泡孔有助于发泡吸波层起到较强的电磁波损耗。并且，由于多层发泡吸波层的泡孔大小呈逐层梯度分布，即每层的发泡吸波层的泡孔大小均不一样，则当电磁波从空气进入到层状发泡吸波材料内部时，折射率在不同的层会发生变化，使得层状发泡吸波材料与空气之间具有良好的阻抗匹配特性，有助于减小材料对电磁波的反射，而是将电磁波吸收，从而提高层状吸波材料的吸波效果。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。