一种导电空心玻璃微球及其制备方法和应用与流程

本发明属于结构功能一体化复合材料的制备，尤其涉及一种导电空心玻璃微球及其制备方法和应用。

背景技术：

1、雷达隐身是指减少目标的雷达信号特征，使敌方雷达不能及时发现和确定目标。目前普遍采用雷达吸波材料来实现目标的隐身，对于飞机结构件，则大量使用轻质的夹层结构吸波材料，这类材料既可作为承载材料，还具有良好的雷达隐身能力，带来良好的减重效果,和涂层型吸波材料相比，在提供较高吸波率的同时可有效实现承载。目前蜂窝夹芯和泡沫夹芯等轻质夹层吸波结构是主要应用的飞行器隐身结构。

2、轻质夹层结构吸波材料一般由透波层、吸波芯层和反射层构成，其中吸波芯层是影响材料吸波性能的最重要组成部分，通常由吸波泡沫、吸波蜂窝或其它吸波材料组成。然而吸波泡沫和蜂窝在用于复杂薄壁结构时，需要进行精细的数控加工和良好的工艺控制，才能使夹芯形状良好匹配模具和制件形状，起到有效的界面粘结，这不仅显著提高了工艺成本，还造成产品不良率提高。另外泡沫和蜂窝的压缩强度较低，影响夹芯复合材料制件的整体刚度和制件的压缩强度。

3、空心玻璃微球(hgm)/树脂复合芯层材料尽管密度高于常规的泡沫和蜂窝材料，但其具有更高的压缩强度和模量，并且在工艺条件下可与复合材料薄壁结构共固化，无需额外使用胶膜或者胶粘剂进行胶结；这种芯材在工艺实施过程中具有可变形、可随压力流动渗透的特点，无需进行形状计算和数控加工，大大简化工艺，并且与结构层结合更牢固，不易产生界面结合缺陷，更适用于复杂薄壁结构的研制，受到广泛关注。

4、为了实现hgm复合芯材的吸波性能，目前的主要方法是对hgm表面或对芯材树脂进行改性，对hgm进行导电改性的方法有：(1)将hgm进行镀金属处理；(2)在hgm表面镀覆吸波磁性材料如铁、镍、羰基铁等材料；(3)在hgm表面生长碳纳米管等导电材料。但这些方法操作比较复杂，并且镀覆金属或者磁性材料的方法容易带来环境污染，在hgm表面生长碳纳米管等方法对设备要求高，高温处理容易造成hgm损伤，力学性能下降。

5、专利cn201910405070.8涉及了一种碳纳米管改性的hgm，先用氨基硅烷偶联剂对hgm进行改性，再通过静电吸附与氧化碳纳米管进行自组装获得碳纳米管改性的hgm，主要用于提高hgm的抗静电和抗磨损性能。专利cn201110186791.8在hgm表面引入氨基基团，随后在n,n-二甲基甲酰胺中中将羧基化碳纳米管接枝到hgm表面。这些方法步骤繁琐，引入碳纳米管的数量很少，导电性较低，主要用于抗静电等应用领域，不足以用于吸波材料的制备。

技术实现思路

1、本发明主要针对以上问题，提出了一种导电空心玻璃微球(chgm)及其制备方法和应用，其目的是应用简单的制备工艺制备具有良好导电性，可适用于轻质吸波芯层材料制备和复合材料夹芯制件制备的chgm，并由此得到吸波性能和力学性能良好的复合材料夹芯制件。

2、为实现上述目的，本发明提供一种导电空心玻璃微球，其特征在于，所述导电空心玻璃微球为碳纳米材料包覆的空心玻璃微球，所述碳纳米材料在空心玻璃微球表面的包覆量为0.01～0.5g/m2；所述导电空心玻璃微球的平均直径为20～100μm，所述导电空心玻璃微球的密度为0.10～0.50g/cm3；所述碳纳米材料选自碳纳米管、石墨烯、炭黑、纳米碳纤维的一种或者多种混合。

3、优选的，所述的碳纳米材料为碳纳米管，或者碳纳米管和纳米碳纤维的混合物，碳纳米管和纳米碳纤维的质量比为1:0～1:2。

4、优选的，所述碳纳米材料在空心玻璃微球表面的包覆量为0.10～0.35g/m2。

5、优选的，碳纳米材料之间存在树脂粘结剂，树脂粘结剂的质量为碳纳米材料的0.25～8倍。

6、优选的，所述树脂粘结剂为热塑性的聚芳醚酮、聚偏二氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇的一种或者多种混合，树脂粘结剂的质量为碳纳米材料的0.5～6倍。

7、优选的，所述树脂粘结剂为热固性环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂的一种或者多种混合，树脂粘结剂的质量为碳纳米材料的0.5～6倍。

8、本发明另一方面提供一种导电空心玻璃微球的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下几个步骤：

9、s11:取浓度为0.5～3wt％的碳纳米材料的水性分散浆料，在所述水性分散浆料中加入水性分散的树脂粘结剂并混合均匀，树脂粘结剂的用量为碳纳米材料的25～200wt％；

10、s12:将水性分散浆料和空心玻璃微球按体积比1:2.5～1:3.6的比例混合，充分搅拌均匀后得到泥浆状混合物，随后将混合物烘干；

11、s13:将烘干后的结块固体轻轻压碎成粉末状，使用100目以上的筛子过筛得到经过一次处理的导电空心玻璃微球；

12、s14:重复进行s12和s13步骤，得到多次处理的导电空心玻璃微球，最后至所述碳纳米材料在空心玻璃微球表面的包覆量为0.05～0.5g/m2。

13、本发明另一方面提供一种导电空心玻璃微球的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下几个步骤：

14、s21:取浓度为0.5～3wt％的碳纳米材料的水性分散浆料；

15、s22:将所述水性分散浆料和空心玻璃微球按体积比1:2.5～1:3.6的比例混合，充分搅拌均匀后得到泥浆状混合物，随后将混合物烘干；

16、s23:将烘干后的结块固体轻轻压碎成粉末状，使用100目以上的筛子过筛得到经过一次处理的导电空心玻璃微球；

17、s24:重复进行s22和s23步骤，得到多次处理的导电空心玻璃微球，最后至所述碳纳米材料在空心玻璃微球表面的包覆量为0.01～0.5g/m2。

18、s25:使用含树脂粘结剂的水性或者有机溶剂分散液进行处理，分散液浓度为0.5～3wt％，用量为导电空心玻璃微球体积的25～40％。

19、本发明另一方面提供一种轻质吸波芯材，其特征在于，所述的轻质吸波芯材包括树脂和导电空心玻璃微球，所述导电空心玻璃微球为如上任一项所述的导电空心玻璃微球或者如上任一项所述的一种导电空心玻璃微球的制备方法所制得，其中所述树脂为环氧树脂或双马树脂，所述导电空心玻璃微球的体积分数为30～70％。

20、本发明另一方面提供一种吸波复合材料制品，由所述的一种轻质吸波芯材所制得。

21、本发明的上述技术方案具有如下优点：提供了一种可应用于轻质吸波芯材和夹芯复合材料制件的chgm及其制备方法，制备的chgm独立性、完整性、流动性、导电性良好，满足轻质吸波芯材如轻质胶膜的工艺要求和材料要求。这种chgm具有较高且均匀的碳纳米材料附着量，导电性良好，制备轻质芯材和夹芯复合材料具有良好的吸波性能。

技术特征：

1.一种导电空心玻璃微球，其特征在于，所述导电空心玻璃微球为碳纳米材料包覆的空心玻璃微球，所述碳纳米材料在空心玻璃微球表面的包覆量为0.01～0.5g/m2；所述导电空心玻璃微球的平均直径为20～100μm，所述导电空心玻璃微球的密度为0.10～0.50g/cm3；所述碳纳米材料选自碳纳米管、石墨烯、炭黑、纳米碳纤维的一种或者多种混合。

2.如权利要求1所述的导电空心玻璃微球，其特征在于，所述的碳纳米材料为碳纳米管，或者碳纳米管和纳米碳纤维的混合物，碳纳米管和纳米碳纤维的质量比为1:0～1:2。

3.如权利要求1所述的导电空心玻璃微球，其特征在于，所述碳纳米材料在空心玻璃微球表面的包覆量为0.10～0.35g/m2。

4.如权利要求1所述的导电空心玻璃微球，其特征在于，碳纳米材料之间存在树脂粘结剂，树脂粘结剂的质量为碳纳米材料的0.25～8倍。

5.如权利要求4所述的导电空心玻璃微球，其特征在于，所述树脂粘结剂为热塑性的聚芳醚酮、聚偏二氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇的一种或者多种混合，树脂粘结剂的质量为碳纳米材料的0.5～6倍。

6.如权利要求4所述的导电空心玻璃微球，其特征在于，所述树脂粘结剂为热固性环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂的一种或者多种混合，树脂粘结剂的质量为碳纳米材料的0.5～6倍。

7.一种导电空心玻璃微球的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下几个步骤：

8.一种导电空心玻璃微球的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下几个步骤：

9.一种轻质吸波芯材，其特征在于，所述的轻质吸波芯材包括树脂和导电空心玻璃微球，所述导电空心玻璃微球为如权利要求1-6任一项所述的导电空心玻璃微球或者由权利7-8任一项所述的一种导电空心玻璃微球的制备方法所制得，其中所述树脂为环氧树脂或双马树脂，所述导电空心玻璃微球的体积分数为30～70％。

10.一种吸波复合材料制品，由权利要求9所述的一种轻质吸波芯材所制得。

技术总结
本发明涉及一种导电空心玻璃微球及其制备方法和应用，该导电空心玻璃微球由空心玻璃微球、碳纳米材料组成，通过碳纳米材料浆液对空心玻璃微球的少量多次浸渍制备得到，碳纳米材料之间有或没有粘结剂粘结，制备的导电空心玻璃微球完整性、独立性、流动性、导电性良好，适用于进一步和树脂复合以制备轻质吸波芯材。本发明的导电空心玻璃微球具有较高的碳纳米材料附着量同时分布均匀，吸波性能良好，制备的轻质吸波芯材可用于夹芯吸波复合材料制件，尤其适用于复杂形状薄壁夹层复合材料的芯层材料，其成型时易于改变形状，与复合材料面板接触良好可共固化粘结，粘结界面良好。

技术研发人员：李若怡,沈叶军,郭占民,李文彪
受保护的技术使用者：北京高义创合航空科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22