一种双层吸波涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双层吸波涂层材料及其制备方法，所述双层吸波涂层材料由上层吸波材料和下层吸波材料组成，其中上层吸波材料原料组份及其质量百分比为：脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯6～30％，纳米镍粉30～45％，室温固化剂6～15％，基体树脂20～49％；下层吸波材料组份及其质量百分比为：碳包覆铁颗粒35～50％，室温固化剂11～15％，基体树脂35～50％。本发明专利技术提供的吸波涂层材料具有双层结构，拓宽了吸波材料的吸波频带宽度(吸波材料反射损耗值低于‑6dB，在较低频率下的带宽为1.6GHz(3.4～5.0GHz)，较高频率下带宽为1.9GHz(12.5～14.4GHz))。

【技术实现步骤摘要】
一种双层吸波涂层材料及其制备方法
本专利技术属于吸波材料
，具体来说，涉及一种双层吸波涂层材料及其制备方法。
技术介绍
吸波材料是一种多组分吸波剂协调作用的功能性材料，其主要成分包括吸收剂和粘结剂。高效的电磁吸波材料需要满足一定的工作条件：首先入射电磁波吸波材料表面不发生强烈的反射，其次进入到材料内部的电磁波能够被多种损耗机制高效地转化为热能。微波吸收材料广泛应用于现代电子工业，用于电子设备上的吸波材料可以很好地消弱电磁污染现象。另外，在军事领域，电磁波干扰技术是现代战争的重要手段，因而高性能微波吸收材料的研发与使用成为材料领域的研究热点。根据对电磁波的衰减机理，吸波剂可分为磁损耗型和电损耗型。磁损耗吸波剂主要包括铁氧体、磁性金属，其具有较大的饱和磁化强度和较小的矫顽力，但存在的缺点是比重较大，易氧化，而且电磁吸波性能不尽理想，虽然吸波强度大，但有效吸收频段窄、对低频区吸收较弱。电损耗型吸波剂是新发展出来的一种吸波材料，具有密度低和电导率值较大的优点。石墨烯作为一种电损耗型吸波剂因具有低密度、低电阻率、高热导性、高电子迁移率等特点成为潜在的高效吸波材料。由于还原石墨烯表面存在官能团等缺陷，石墨烯片层中残余的缺陷和基团不仅可以提高其阻抗匹配特性，促进电子向费米能级的跃迁，还可发生缺陷的极化弛豫和基团的电子偶极弛豫，这些均有利于散射和吸收电磁波，缺点是其介电损耗能力有限，且不具有磁损耗能力，无法满足吸波材料对阻抗匹配的要求，此外高度还原的石墨烯在有机聚合物中相容性也较差。将石墨烯和超细金属粉末复合有望获得具有两者综合优势的石墨烯/超细金属粉复合材料，提高吸波材料阻抗匹配，充分发挥磁损耗和电损耗的协同效应，实现多波段、高效率吸收电磁波，同时也能满足涂层薄、密度小的要求。目前石墨烯/超细金属粉吸波材料一般由一步水热还原法制备[FMeng,HWang,FHuang,FGYi,YWZe,HDavid.CompositesPartBEngineering,2017,137,260–277]，由于片层间较强的范德华力，此种方法制备的石墨烯极易出现团聚现象，严重影响了其在吸波领域的应用。因此，开发一种新型的低密度、宽频带和强吸收的双层微波吸收材料成为吸波
当务之急。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种宽频带、吸波效能高的双层吸波涂层材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：提供一种双层吸波涂层材料，所述双层吸波涂层材料由上层吸波材料(UF@RGO@Ni/EP吸波材料)和下层吸波材料(C@Fe/EP吸波复合材料)组成，其中上层吸波材料原料组份及其质量百分比为：脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯(UF@RGO)6～30％，纳米镍粉30～45％，室温固化剂6～15％，基体树脂20～49％；下层吸波材料组份及其质量百分比为：碳包覆铁颗粒(C@Fe)35～50％，室温固化剂11～15％，基体树脂35～50％。优选的是，所述上层吸波材料和下层吸波材料厚度分别为1～5mm，所述双层吸波涂层材料厚度为2～10mm。按上述方案，所述脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯(UF@RGO)具体制备方法如下：a.脲醛树脂预聚体的合成：将甲醛、尿素和苯酚按摩尔比2：1：0.1～0.5混合均匀得到反应液，加入三乙醇胺调节反应液pH值为8～9，加热至60～75℃反应5～10h，然后自然冷却至室温得到脲醛树脂(UF)预聚体，备用；b.UF@RGO的制备：将氧化石墨烯(GO)超声分散于水中，得到浓度为0.25～2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入步骤a所得脲醛树脂预聚体，脲醛树脂预聚体与氧化石墨烯质量比为0.2～5：1，搅拌均匀后加入十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为2～3，升温至60～75℃反应3～5h，得到UF@GO悬浮液，冷却到室温后加入氨水调节悬浮液的pH值为10～11，搅拌均匀后加入水合肼，并在氮气保护下加热至98～100℃还原反应24～30h，将所得产物冷却、洗涤、干燥得到UF@RGO。优选的是，脲醛树脂预聚体与氧化石墨烯质量比为5：1。按上述方案，十二烷基苯磺酸钠加入量为水的0.1～0.3wt％。按上述方案，水合肼加入量与氧化石墨烯的体积质量比为50～70mL/克。按上述方案，所述纳米镍粉粒径为30～70nm。按上述方案，所述室温固化剂为环氧树脂593固化剂；所述基体树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F环氧树脂或双酚S环氧树脂。优选的是，所述基体树脂为双酚A型环氧树脂CYD-127，室温粘度为2500-4500Pa·s。按上述方案，所述碳包覆铁颗粒粒径为1～5μm，其中铁的粒径为300～370nm。采用电弧放电法制得(制备方法参见[刘同冈，鲍久圣，杨志伊.中国矿业大学学报，2007，36(2)：201-204])。本专利技术还提供上述双层吸波涂层材料的制备方法，具体步骤如下：1)制备上层浇注体(UF@RGO@Ni/EP浇注体)：a.制备UF@RGO@Ni：将氧化石墨烯(GO)超声分散于水中，得到浓度为0.25～2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入脲醛树脂预聚体，脲醛树脂预聚体与氧化石墨烯质量比为0.2～5：1，搅拌均匀后加入十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为2～3，升温至60～75℃反应3～5h，得到UF@GO悬浮液，向UF@GO悬浮液中加入氨水调节悬浮液pH值为10～11，搅拌均匀，加入纳米镍粉，其中氧化石墨烯与纳米镍粉质量比为1～5：35，超声分散均匀，加入水合肼，搅拌均匀，然后在氮气气氛下加热至98～100℃还原反应24～30h，将所得产物洗涤、干燥得到UF@RGO@Ni；b.将步骤a所得UF@RGO@Ni超声分散于DMF中，得到浓度为5～10mg/mL(以RGO的质量计)的UF@RGO@Ni分散液，然后加入基体树脂，超声分散均匀后除去溶剂，加入室温固化剂，搅拌均匀、真空脱泡后得到上层浇注体(UF@RGO@Ni/EP浇注体)；2)制备下层浇注体(C@Fe/EP浇注体)：将基体树脂和室温固化剂混合均匀，然后加入碳包覆铁颗粒，搅拌均匀、真空脱泡后得到下层浇注体(C@Fe/EP浇注体)；3)制备双层吸波涂层材料：将步骤2)所得下层浇注体浇注在模具中，预固化后再浇注步骤1)所得上层浇注体，然后固化得到双层吸波涂层材料。按上述方案，步骤3)预固化条件为：在真空条件下加热至80～85℃保温30min～1h。按上述方案，步骤3)固化条件为：80～85℃下加热4～5h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的吸波涂层材料具有双层结构，其中上层吸波材料中含有脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯(UF@RGO)和纳米镍粉，下层吸波材料中含有碳包覆铁颗粒(C@Fe)，由于脲醛包覆在石墨烯片层表面，石墨烯能够较为均匀的分散在环氧树脂基体中，并进一步改善了复合材料中石墨烯和环氧树脂的相容性，同时石墨烯的多种介电极化效应增强，吸波效能增加，电磁波穿透进入到上层吸波材料内部，被上层吸波材料内部吸收剂吸收部分能量，电磁波到达下层吸波材料时由于下层吸波材料加入了较多的磁性碳包覆铁颗粒从而被进一步衰减，基于趋肤效应，大部分电磁波全反射然后再进入到上层重复吸收，进而拓宽了吸波材料的吸波频带宽度(吸波材料反射损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层吸波涂层材料，其特征在于，所述双层吸波涂层材料由上层吸波材料和下层吸波材料组成，其中上层吸波材料原料组份及其质量百分比为：脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯6～30％，纳米镍粉30～45％，室温固化剂6～15％，基体树脂20～49％；下层吸波材料组份及其质量百分比为：碳包覆铁颗粒35～50％，室温固化剂11～15％，基体树脂35～50％。

【技术特征摘要】
1.一种双层吸波涂层材料，其特征在于，所述双层吸波涂层材料由上层吸波材料和下层吸波材料组成，其中上层吸波材料原料组份及其质量百分比为：脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯6～30％，纳米镍粉30～45％，室温固化剂6～15％，基体树脂20～49％；下层吸波材料组份及其质量百分比为：碳包覆铁颗粒35～50％，室温固化剂11～15％，基体树脂35～50％。2.根据权利要求1所述的双层吸波涂层材料，其特征在于，所述上层吸波材料和下层吸波材料厚度分别为1～5mm，所述双层吸波涂层材料厚度为2～10mm。3.根据权利要求1所述的双层吸波涂层材料，其特征在于，所述脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯具体制备方法如下：a.脲醛树脂预聚体的合成：将甲醛、尿素和苯酚按摩尔比2：1：0.1～0.5混合均匀得到反应液，加入三乙醇胺调节反应液pH值为8～9，加热至60～75℃反应5～10h，然后自然冷却至室温得到脲醛树脂预聚体，备用；b.脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯的制备：将氧化石墨烯超声分散于水中，得到浓度为0.25～2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入步骤a所得脲醛树脂预聚体，脲醛树脂预聚体与氧化石墨烯质量比为0.2～5：1，搅拌均匀后加入十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为2～3，升温至60～75℃反应3～5h，得到UF@GO悬浮液，冷却到室温后加入氨水调节悬浮液的pH值为10～11，搅拌均匀后加入水合肼，并在氮气保护下加热至98～100℃还原反应24～30h，将所得产物冷却、洗涤、干燥得到脲醛树脂包覆还原氧化石墨烯。4.根据权利要求1所述的双层吸波涂层材料，其特征在于，所述纳米镍粉粒径为30～70nm。5.根据权利要求1所述的双层吸波涂层材料，其特征在于，所述室温固化剂为环氧树脂593固化剂；所述基体树脂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐任信，王笑笑，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42