本发明属于功能涂料领域，特别涉及一种高固含量石墨烯吸波涂料及其制备方法。
背景技术
目前军事上广泛采用的雷达隐身技术主要是指对工作在3mhz～300ghz范围内雷达的隐身技术，其中厘米波段(2～18ghz)是非常重要的雷达探测波段，也是现阶段世界各国力求突破的超宽频带雷达隐身技术研究的重点。原有的雷达隐身材料存在频带窄、效率低、密度大等缺点，应用范围受到一定限制，迫切需要开发新型吸波材料和相应的隐身技术。
吸波涂料的类型很多，并且有些已较为成熟，如铁氧体、超细金属微粉、陶瓷类吸波涂层等。但目前已研制的吸波涂层材料大多只能在某一频带起作用，在其他频段的隐身效果则变差。因此，研究高性能、宽频带吸波涂层以展宽有效频带，实现多频谱隐身材料兼容，是吸波涂层未来发展的一个主要方向。对于雷达吸波涂层，除要求厚度薄、质量轻、吸收频带宽、对雷达的吸收性和适应性强之外，还要求涂层具有较好的耐候性和粘结性。因此，制备应用性能好的吸波涂层是近年来关注的重点。
传统的吸波涂料很难兼顾全频段的吸波效果，往往是高频段吸收率可超过10db，但在低频段只有2-3db，在1–2ghz频段甚至更差。而低频段好，高频段效果则比较差。常规的方法是尽量采用低粘度低分子量的树脂，降低涂料粘度，增加固含量，由于效果有限，只能有限提高，一般情况下吸波剂的加入量不能超过70％。
技术实现要素：
为了解决现有技术中吸波涂料存在的：固含量偏低，吸波剂含量低，影响吸波效果；低频段吸波效果较差，影响整个宽频段的吸波效果；涂料机械性能较差，附着力差，柔韧性达不到要求等问题，本发明提供了一种高固含宽频石墨烯吸波涂料及其制备方法。
本发明提供的高固含宽频石墨烯吸波涂料由a组分和b组分组成，所述a组分按重量份数的组成为：复合吸波剂50-80份、树脂基体10-20份、环氧增韧稀释剂2-10份、分散剂1-3份、防沉剂0.5-1份、防流挂剂0.3-1份、溶剂3-5份，其中，复合吸波剂由电损耗吸波剂和磁损耗吸波剂复合而成。
b组分为固化剂。
所述的电损耗吸波剂由石墨烯和四针状氧化锌晶须组成；其中，石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、还原氧化石墨烯或改性石墨烯中的一种或多种；
所述的磁损耗吸波剂为羰基铁粉、fesial粉、铁氧体中的一种或几种；
所述的树脂基体为环氧树脂或聚氨酯树脂；
所述的环氧增韧稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂；
所述的分散剂为高分子共聚物或超分散剂中的一种或多种；
所述的防沉剂为改性有机膨润土、气相二氧化硅、聚乙烯蜡中的一种或多种；
所述的防流挂剂为氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或多种；
所述的溶剂为二甲苯、丁醇、异丙醇、醋酸丁酯、100#溶剂油、pma、mibk中的一种或两种以上的混合物。
所述b组分的组成和重量份数为：
聚酰胺固化剂45份
酚醛胺固化剂45份
溶剂10份
所述的溶剂为二甲苯、丁醇、异丙醇、醋酸丁酯、100#溶剂油、pma、mibk中的一种或两种以上的混合物。
所述a组分按重量份数的组成优选为：
石墨烯浆料重量份数的组成为：
所述的辅助分散剂为高分子聚氨酯类、丙烯酸酯类、高分子共聚物铵盐类中的一种或多种；
所述的石墨烯浆料的配制方法为：
按配比加入石墨烯、分散剂，辅助分散剂和溶剂，混合均匀后用球磨机研磨20min，然后用超声波分散60min，得到石墨烯浆料。
本发明的环氧增韧稀释剂粘度低，增韧效果好，不仅可以降低涂料粘度，同时还可以降低环氧树脂的用量，润湿性能好，可以将加入的铁粉类吸波剂含量提高到80％。将其作为主要的降粘手段，同时配合高分子共聚物或超分散剂，辅助降粘，能使整个涂料的粘度下降到140ku，可以直接使用高压无气喷涂施工，2-3道就可达到规定膜厚，使吸波涂料的施工性能得到了极大的改善，施工效率很高。
采用石墨烯浆料作为微波电损耗的主要材料，充分发挥了石墨烯作为优良导电材料的性能，既减少了羰基铁粉等物质的加入量，减轻了吸波涂料的重量，也提高了吸波涂料在低频段的吸波效果，使吸波涂料在1-18ghz频段的吸波效果更加均衡和有效。
采用具有四针状特殊结构的氧化锌晶须，可以起到匹配电磁阻抗的作用，增加雷达波的透入涂层的效果，从而增加吸波效果，可以有效拓宽强吸波效果的频段宽度。
本发明优选以羰基铁粉、fesial粉的组合为磁损耗吸波剂，以石墨烯、四针状氧化锌晶体作为电损耗吸波剂，在本发明用量范围内匹配使用，基本可以满足在吸波宽频段的良好吸波效果。
制得的吸波涂料固含量达到90％以上，产品中单独添加溶剂成分不超过5％。采用环氧增韧稀释剂，有效降低涂料粘度，能够制成高固含的吸波涂料，同时还提高了涂层的附着力和柔韧性。由于涂料已接近无溶剂涂料的要求，涂料的voc很低。
高固含量石墨烯吸波涂料的制备工艺步骤如下：
(1)a组分的制备：
①按照重量称取各组分。
②将e51树脂、环氧增韧稀释剂、溶剂、分散剂、防沉剂、抗流挂剂和羰基铁粉、fesial、特种氧化锌晶体等粉料，搅拌均匀后砂磨。
③砂磨前，观察浆料的粘度，粘度太大，补加环氧增韧稀释剂。
④砂磨至细度≤35μm。
⑤将石墨烯浆料加入砂磨好的料液中继续砂磨20min，将剩余的环氧增韧稀释剂补加完毕，搅拌均匀。检测合格后，过滤包装，即为a组份成品。
(2)b组分的制备：
按比例将各组分混合均匀，即为b组分成品。
(3)使用时，按a：b＝10:1–6:1的重量比混合均匀，得高固含石墨烯吸波涂料，采用高压无气喷涂,喷涂2-3道即可到达一般要求的规定膜厚1100um。
有益效果：
(1)本发明使用的环氧增韧稀释剂粘度极低，降粘效果特别明显，所以可以加入更多的吸波材料，提高吸波材料的含量，增强吸波效果。同时涂料的机械性能也得到大幅度提高，大幅度降低了voc，降低了施工难度，可以与普通的高固含涂料一样进行施工。voc较低，属于绿色环保涂料。
(2)通过对磁损耗材料羰基铁粉与fesial粉的不同比例的吸波效果研究，确定了磁损耗材料的比例；通过电损耗材料石墨烯、四针状氧化锌晶体的加入对磁损耗材料的影响，确定了电磁损耗材料的相关关系，找到比较好的符合阻抗匹配的电磁损耗复合吸波剂的组成比例；综合各种吸波剂含量、配比对吸波效果的影响，确定了高固含石墨烯吸波涂料的最终配方。
具体实施方式
实施例1
a组分重量份数组成
石墨烯浆料重量份数的组成为：
b组分重量份数组成
聚酰胺固化剂45份
酚醛胺固化剂45份
溶剂10份
具体工艺：
(1)a组分的制备：
①石墨烯浆料的制作：按配比加入石墨烯、分散剂、辅助分散剂和溶剂，混合均匀后用球磨机研磨20min，然后用超声波分散60min，得到石墨烯浆料。
②加入e51树脂、环氧增韧稀释剂、溶剂、分散剂、防沉剂、抗流挂剂和羰基铁粉、fesial、特种氧化锌晶体等粉料，搅拌均匀后砂磨。
③砂磨前，观察浆料的粘度，粘度太大，补加环氧增韧稀释剂。
④砂磨至细度≤35μm。
⑤将石墨烯浆料加入砂磨好的料液中继续砂磨20min，将剩余的环氧增韧稀释剂补加完毕，搅拌均匀。检测合格后，过滤包装，即为a组份成品。
(2)b组分的制备：
按比例将各组分混合均匀，即为b组分成品。
(3)按a：b＝10:1的重量比混合均匀，即可得高固含石墨烯吸波涂料。
实施例2
a组分重量份数组成
石墨烯浆料重量份数的组成为：
b组分重量份数组成
聚酰胺固化剂45份
酚醛胺固化剂45份
溶剂10份
a组分和b组分的制备工艺同实施例1：
按a：b＝7:1的重量比混合均匀，即可得高固含石墨烯吸波涂料。
实施例3
a组分重量份数组成
石墨烯浆料重量份数的组成为：
b组分重量份数组成
聚酰胺固化剂45份
酚醛胺固化剂45份
溶剂10份
a组分和b组分的制备工艺同实施例1：
按a：b＝10:1的重量比混合均匀，即可得高固含石墨烯吸波涂料。
实施例4
a组分重量份数组成
其他组份及其工艺同实施例1。
实施例5
a组分重量份数组成
其他组份及其工艺同实施例1。a:b＝4:1
对比实施例1
a组分重量份数组成
其他组份及其工艺同实施例1。
对比实施例2
a组分重量份数组成
对比实施例3
a组分重量份数组成
其他组份及其工艺同实施例1。
对比实施例4
a组分重量份数组成
石墨烯浆料重量份数的组成为：
石墨烯15份
分散剂15份
溶剂70份
其他组份及其工艺同实施例1。
表1