一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及其制备方法。制备方法包括如下步骤：(1)将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC‑101、TMC‑102、TMC‑201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％；(2)功能化石墨烯浆料和发泡液的混合；(3)预聚合；(4)聚合。该方法制得的产品性能可靠，质量稳定，不仅能够起到吸收电磁波的效果，而且还具备轻质、宽频、易于加工的优点。

A Functionalized Graphene/Polymethacrylimide Composite Absorbing Material and Its Preparation Method

The invention relates to a functionalized graphene/polymethacrylimide composite absorbing material and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: (1) blending graphene, resin, modifier, coupling agent, dispersant, wetting agent and organic solvent evenly to obtain functionalized graphene slurry; among them, the modifier is selected from one or more of KH550, KH560 and KH570, and the quality of the modifier is 1%-5% of the quality of graphene; and the coupling agent is selected from TMC_101, TMC_102, TMC_201. The mass of any one or more of them is 0.5%-2% of that of graphene; (2) mixing of functionalized graphene slurry and foam; (3) prepolymerization; (4) polymerization. The product produced by this method has reliable performance and stable quality. It can not only absorb electromagnetic wave, but also has the advantages of light weight, broadband and easy processing.

【技术实现步骤摘要】
一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及制备方法
本专利技术涉及吸波材料
，尤其涉及一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及制备方法。
技术介绍
传统的吸波材料主要包括铁氧体、磁性金属微粉、陶瓷类材料等，比如羰基铁粉的饱和磁感应强度较高，在微波频段范围内磁导率高，有利于实现高吸收、低反射，采用羰基铁粉可以满足高频段微波吸收剂和抗干扰器件的要求。但是由于羰基铁粉与空气的阻抗匹配性不好，而且吸收带宽也比较窄，密度较大，这在一定程度上限制了它的应用。单独使用这些材料存在一些问题，比如密度大、稳定性差、吸收频带窄等，因而不能满足吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。这些问题的出现就促使人们探索新型的吸波材料，并且使得材料在宽频带内有较好的匹配特性，在较薄厚度下有较强的电磁波衰减能力，除此之外还有兼具有较小的面密度及良好的耐热耐候性能等要求。设计、开发、制造吸收性能较好的轻质吸波材料，一直是专业
努力的方向。通过将吸波剂加入到硬质聚氨酯泡沫体系，再注入到模具中反应发泡，或者将软质聚氨酯泡沫切割成预定形状，浸渍吸波剂溶液来制备聚氨酯泡沫复合吸波材料，这些材料已应用于微波暗室建造等方面。但是聚氨酯泡沫吸波材料的耐温性、比强度、比模量还处在较低的水平，同时由于吸收组分与基体的结合力不高，导致在使用时易出现吸收剂掉粉脱落的情况，从而影响了使用性能。相比于其它种类的泡沫，PMI泡沫抗疲劳性能最好，适合用于高载荷应用领域如机车、高速船舶、航天航空及风电叶片等。因此选择PMI作为基体材料，通过理论分析设计，复合或添加特定的低密度吸收组分如碳粉、碳纳米管、石墨烯、介孔碳等，可以获得轻质型高效吸波材料。石墨烯将中的碳原子以六边形蜂窝结构形式有规则排列在二维平面空间，所有的碳原子共用离域π轨道电子，具有弛豫响应与极化共振特征，可以将电磁能量以转换的形式进行衰减。因此，将石墨烯与耐高温、高比强度、高比模量的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫复合可以获得轻质高强的复合吸波材料。在将石墨烯与PMI泡沫复合的过程中，专利技术人发现，石墨烯与泡沫基体的复合存在技术障碍，石墨烯与PMI泡沫基体的复合效果对形成的复合吸波材料的吸波性能有直接影响。基于这一研究，专利技术人提出了本专利申请。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术解决的是如下一个或多个技术问题：现有技术中吸波材料密度大、阻抗匹配差、吸收带宽窄、结构应用不够灵活的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC-101、TMC-102、TMC-201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％；(2)将包含第一单体、第二单体、引发剂、发泡剂和交联剂的发泡液混合均匀，再加入功能化石墨烯浆料，分散均匀，得到发泡混合液；(3)将发泡混合液注入模具中，聚合，得到FGO/PMI共聚物生板；(4)先将FGO/PMI共聚物生板进行热处理，再进行梯度加温处理，得到功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料。优选地，所述石墨烯为层数为2～13层的石墨烯。优选地，所述第一单体选自甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸甲酯；所述第二单体选自丙烯腈和/或甲基丙烯腈；所述引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种；所述发泡剂选自正丁醇和/或叔丁醇；和/或所述交联剂选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基甲酰胺中的一种。优选地，所述第一单体、所述第二单体、所述引发剂、所述发泡剂和所述交联剂的质量比为(50～100)∶(50～100)∶(0.5～1.5)∶(4～16)：(2～10)。优选地，所述发泡液质量为所述功能化石墨烯浆料的30％～45％。优选地，所述分散剂选自BYK-W903、BYK-W9012、BYK-P104S中的任一种或多种，质量为石墨烯质量的1％～3％；和/或所述润湿剂选自BYK-103、BYK-104、BYK-105中的任一种或多种，质量为石墨烯质量的1％～2.5％。优选地，所述树脂选自环氧树脂或有机硅树脂，质量为石墨烯质量的1～3倍；和/或所述有机溶剂选自无水乙醇、丁醇、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的任一种或多种，质量为石墨烯质量的1～5倍。优选地，在步骤(3)中，所述聚合在40℃～60℃下进行，时间不超过2小时。优选地，在步骤(4)中，所述热处理的工艺条件为：温度100℃～140℃，时间15min～45min。优选地，在步骤(4)中，所述梯度加温处理的工艺条件为：120℃～150℃保温2h～4h，160℃～180℃保温2h～4h，和200℃～260℃保温2h～4h。本专利技术还提供了一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料，该吸波材料采用上述任一项所述的制备方法制得。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术采用特定种类的硅烷偶联剂和特定种类的钛酸酯类偶联剂对石墨烯进行功能化处理，使石墨烯在PMI基体中分散均匀，同时还能优化石墨烯的电磁性能，实现石墨烯与PMI基体的阻抗匹配设计。以功能化石墨烯作为吸收剂的复合吸波材料，能够在轻质的条件下保持较好的吸波效果，有效吸收带宽涵盖2～18GHz。本专利技术制备功能化石墨烯液态浆料的原料的来源广泛、成本低廉，在保证吸波效果的同时，还能显著降低制备吸波材料的成本。同时，丰富的原料来源也利于产品性能和质量的稳定，提高功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺吸波材料的可靠性。本专利技术提供的制备方法成本低、制备方工艺简单且操作方便、易于实现工业化生产，制得的产品性能可靠，质量稳定，不仅能够起到吸收电磁波的效果，而且还具备轻质、宽频、易于加工的优点。附图说明图1是本专利技术提供的制备方法的流程示意图；图2是实施例1制得的功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料反射率测试曲线；图3是实施例2制得的功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料反射率测试曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在第一方面提供了一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料的制备方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：(1)功能化石墨烯浆料的制备将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC-101、TMC-102、TMC-201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％。石墨烯的表面呈惰性，化学稳定性高且容易聚集，使得石墨烯在溶剂(如水、有机溶剂)中不易分散均匀。在PMI(中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC‑101、TMC‑102、TMC‑201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％；(2)将包含第一单体、第二单体、引发剂、发泡剂和交联剂的发泡液混合均匀，再加入功能化石墨烯浆料，分散均匀，得到发泡混合液；(3)将发泡混合液注入模具中，聚合，得到FGO/PMI共聚物生板；(4)先将FGO/PMI共聚物生板进行热处理，再进行梯度加温处理，得到功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料。

【技术特征摘要】
1.一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC-101、TMC-102、TMC-201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％；(2)将包含第一单体、第二单体、引发剂、发泡剂和交联剂的发泡液混合均匀，再加入功能化石墨烯浆料，分散均匀，得到发泡混合液；(3)将发泡混合液注入模具中，聚合，得到FGO/PMI共聚物生板；(4)先将FGO/PMI共聚物生板进行热处理，再进行梯度加温处理，得到功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为层数为2～13层的石墨烯。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一单体选自甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸甲酯；所述第二单体选自丙烯腈和/或甲基丙烯腈；所述引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的任一种或多种；所述发泡剂选自正丁醇和/或叔丁醇；和/或所述交联剂选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺中的任一种或多种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一单体、所述第二单体、所述引发剂、所述发泡剂和所述交联剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙新，张连平，杨智慧，贺军哲，巢增明，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11