一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料及其制备方法。按重量份数计，其原料的组成为：橡胶100份；钡铁氧体磁粉120～150份；氧化石墨6～25份；不饱和羧酸盐5～10份；水合肼4～40份；硫化剂1～3.5份。本发明专利技术制备的复合吸波材料兼具优异的电、磁双损耗特性，仅2mm的单层复合材料就能在26.5‑40GHz波段取得高达‑40dB的吸收损耗；本发明专利技术不饱和羧酸盐的增容作用使复合吸波材料拥有优异的力学性能，当添加10份不饱和羧酸盐时，复合材料拉伸强度最大可至9.09MPa。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料及其制备方法
本专利技术涉及电磁吸波材料
，具体涉及一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料及其制备方法。
技术介绍
电磁波在电子设备和通讯领域的广泛应用为人们提供了很多的生活便利，然而，随之产生的电磁污染也会严重影响到人类的身体健康以及电子设备的正常使用。随着第五代移动通讯技术(5G)的到来，24GHz以上的毫米波频段被视为潜在的应用频段。通信领域主频段的变化必然会引发相关设备材料的更新，如应用于各种通讯基站、天线测试设备和电子终端的材料。另外，毫米波段的应用也将促使各种电子元件趋于小型化。相关设备材料的更新必将对能应用于5G毫米波段的吸波材料提出较大需求，所以该频段内的吸波材料研究在现阶段显得尤为重要。在过去的几十年中，有部分研究学者对吸波材料进行了详细的探索。然而，由于常用的雷达波频率是2GHz-18GHz，已有的吸波材料研究大多都集中在该频段。目前，对于24GHz以上毫米波段吸波材料的研究还相对较少，且主要是以铁氧体为主的涂覆型吸波材料。现有的20GHz-70GHz毫米波段吸波材料主要通过两种途径实现有效吸收，一种是通过混合三种及以上的吸波剂制备复合材料，这种材料中的原料种类多，制备工艺复杂，复合材料的密度较大，应用领域受限；另一种是构建具有多层结构的吸波材料，这种方式虽然能有效提升材料的反射损耗，但设计繁琐，且容易出现剥离和脱落的问题，难以进行工业化生产；中国专利技术专利CN103740233公开了一种毫米波涂层材料。该材料由复合吸收剂、树脂和固化剂组成，其中复合吸收剂包含不同比例的碳纳米管，纳米氧化锡锑和钡铁氧体。该材料拥有较优的电磁阻抗匹配特性和电磁损耗特性，在单层结构的条件下就能最大限度地衰减电磁波，在26.5～40GHz的频段内最大反射损耗能达到-20.1dB，有效频宽能达到16.5GHz。该专利技术的优点在于有效频宽较宽，但其最大损耗值较小，最大吸收效率为99％，不能有效地应用于更高吸收效率要求的领域，如信息保护，微波暗室等，并且吸收剂种类多，涉及球磨，滚磨以及固化等多个过程，工艺复杂。中国专利技术专利申请CN1075972A公开了一种吸收毫米波段电磁波的吸波涂料。该涂料由碳化硅、炭黑和粘合剂等混合构成，并分层采用配方配制再涂覆于载体上。该专利技术中将复合吸收剂分8层涂覆于载体而得到性能较为优异的毫米波复合吸波材料，该材料在26.5-40GHz能够取得最大的反射损耗-18.5dB，有效频宽覆盖整个频段。尽管该专利技术能在26.5～40GHz的全频段取得有效吸收，但其填料本征的电损耗和磁损耗较差，导致填料添加量大，且电磁波性能不够优异(最大吸收损耗为-18.5dB，吸收效率低于99％)，且材料多达八层，工艺太过复杂，不适用于目前绝大多数的工业生产。目前关于单层结构毫米波吸收材料的研究还较少，原材料配比和制备工艺都较为复杂，且反射损耗不高。
技术实现思路
针对毫米波吸波材料现有问题，本专利技术提供一种以橡胶为基体的单层柔性毫米波复合吸波材料及制备方法，该材料仅通过碳材料和钡铁氧体两种吸收剂的复合就实现了电损耗和磁损耗的协同作用，并在26.5-40GHz毫米波段取得了-48dB的最大反射损耗；整个材料的制备方法简单，成本低廉，便于工业化生产。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案实现：一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料：按重量份数计，其原料的组成为：橡胶100份；钡铁氧体磁粉120～150份；氧化石墨(GO)6～25份；不饱和羧酸盐5～10份；水合肼4～40份；硫化剂1～3.5份；为进一步实现专利技术目的，优选地，所述的橡胶为丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁苯橡胶和乙丙橡胶中的一种或多种。优选地，所述的钡铁氧体磁粉的粒径为0.5～3um。优选地，所述的不饱和羧酸盐为甲基丙烯酸锌、丙烯酸锌、丙烯酸镁和甲基丙烯酸镁中的一种或多种；所述不饱和羧酸盐采用直接添加法加入。优选地，所述的硫化剂为烷基过氧化物，包括过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷、1,3-双(叔丁基过氧化)己烷、过氧化苯甲酰和1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷中的一种或多种。所述的毫米波柔性复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：1)将氧化石墨加入二甲基甲酰胺(DMF)中，超声处理；将橡胶(NBR)剪碎后经油浴恒温加热溶解于DMF；2)将溶于DMF的橡胶溶液缓慢倒入超声处理后得到的氧化石墨烯分散液中，同时超声和搅拌；3)在混合溶液中滴加水合肼，使其经油浴恒温加热还原；4)将还原后的溶液分批缓慢倒入去离子水中，析出石墨烯/橡胶复合材料；将所得复合材料干燥后进行开炼，再继续干燥；将钡铁氧体磁粉烘干备用；5)在室温条件下，将烘干的复合材料进行开炼，然后加入钡铁氧体磁粉，进行割胶、打卷、打三角，混炼均匀；接着再陆续加入不饱和羧酸盐和硫化剂，混炼均匀，出片、冷却，得混炼胶；6)将所述的混炼胶放入模具中，在平板硫化仪上硫化成型为制品。优选地，步骤1)中氧化石墨与DMF用量比为1g/150ml～1g/500ml；橡胶(NBR)与DMF的用量比为1g/20ml～1g/50ml；步骤3)中氧化石墨与水合肼的质量比为1:0.7～1:1.5。优选地，步骤1)中氧化石墨分散时间为1～5h；步骤2)中混合溶液搅拌超声时间为1～5h；步骤3)中还原时间为1～7h；步骤4)中石墨烯和NBR复合材料烘干时间累计24～48h；钡铁氧体磁粉的干燥时间为6～12h；步骤6)中平板硫化时间为5～30min。优选地，步骤1)中橡胶(NBR)溶解度温度为60～100℃；步骤3)中氧化石墨还原温度为80～100℃；步骤4)中用于析出复合材料的去离子水温度为10～30℃；烘箱温度为60～80℃；步骤6)中硫化温度为150～175℃。相比于现有技术和产品，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术制备的毫米波吸波材料通过溶液共混和混炼的方法，利用具有电损耗性能的碳材料和具有磁损耗性能的钡铁氧体制备了石墨烯/钡铁氧体/NBR复合材料，兼顾了材料的电损耗和磁损耗，多种损耗机制的协同作用，使其在26.5-40GHz毫米波段取得了-40dB的最大反射损耗，材料最终的吸收性能优异。2)本专利技术制备的毫米波吸波材料仅以低至2mm的单层结构就在26.5-40GHz波段取得了-40dB的最大反射损耗。本专利技术设计的电磁波吸收材料可以通过调节组分达到对不同频段电磁波的有效吸收，实现了一种高效宽频的电磁波吸收材料。3)本专利技术制备的毫米波吸波材料添加了不饱和羧酸盐，使其在保证原有优异吸波性能的同时拥有突出的力学性能，在添加丙烯酸盐时，拉伸强度最大为9.09MPa。本专利技术采用溶液共混和混炼工艺，工艺简单可控，更有利于扩大生产和工业化生产。4)本专利技术制备的毫米波吸波材料通过加入引入轻质的橡胶基体和石墨烯，减少了磁性钡铁氧体的用量，在保证吸波性能优越的基础上保持了材料的柔韧性，改善了传统铁氧体吸波材料高比重，高硬度的缺点。5)本专利技术制备的毫米波吸波材料是以橡胶为基体的复合材料，相比于涂覆型吸波材料，结构更加的稳定，不易因外界条件而磨损和脱落，使用周期长。相比于常见的树脂基体，具有较大的柔性和变形能力，能够应用的领域更广。6)本专利技术制备工艺简单，原料种类少，原材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料，其特征在于：按重量份数计，其原料的组成为：橡胶100份；钡铁氧体磁粉120～150份；氧化石墨6～25份；不饱和羧酸盐5～10份；水合肼4～40份；硫化剂1～3.5份。

【技术特征摘要】
1.一种应用于5G毫米波段的柔性复合吸波材料，其特征在于：按重量份数计，其原料的组成为：橡胶100份；钡铁氧体磁粉120～150份；氧化石墨6～25份；不饱和羧酸盐5～10份；水合肼4～40份；硫化剂1～3.5份。2.如权利要求1所述的毫米波柔性复合吸波材料，其特征在于，所述的橡胶为丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁苯橡胶和乙丙橡胶中的一种或多种。3.如权利要求1所述的毫米波柔性复合吸波材料，其特征在于，所述的钡铁氧体磁粉的粒径为0.5～3um。4.如权利要求1所述的毫米波柔性复合吸波材料，其特征在于，所述的不饱和羧酸盐为甲基丙烯酸锌、丙烯酸锌、丙烯酸镁和甲基丙烯酸镁中的一种或多种；所述不饱和羧酸盐采用直接添加法加入。5.如权利要求1所述的毫米波柔性复合吸波材料，其特征在于，所述的硫化剂为过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷、1,3-双(叔丁基过氧化)己烷、过氧化苯甲酰和1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷中的一种或多种。6.权利要求1所述的毫米波柔性复合吸波材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将氧化石墨加入DMF中，超声处理；将橡胶剪碎后经油浴恒温加热溶解于DMF；2)将溶于DMF的橡胶溶液缓慢倒入超声处理后得到的氧化石墨烯分散液中，同时超声和搅拌；3)在混合溶液中滴加水合肼，使其经油浴恒温加热还原；4)将还原后的溶液分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉坤，付兴凤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44