一种基于增材制造技术的吸波梯度材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于增材制造技术的吸波梯度材料及其制备方法，属于吸波涂层材料领域。所述吸波梯度材料为层状堆叠结构，每一层堆叠结构内，吸波梯度材料为十字交叉网状结构，所述层状堆叠结构的磁导率和介电常数在厚度方向上逐渐减小，在与空气接触的最后一层达到最小，所述吸波梯度材料由纳米吸收剂和聚合物组成，所述纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部。本发明专利技术通过对吸波梯度材料进行十字交叉网状结构设计以及阻抗匹配原理，选取电磁参数梯度减小的材料，大幅度提高了电磁波入射到吸波梯度材料中的比例，增强了吸波材料对电磁波的吸收效果，同时，本发明专利技术制备的梯度吸波材料具有吸收有吸收强度大、重量轻、环保的特点，且工艺简单、操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造技术的吸波梯度材料及其制备方法
本专利技术涉及吸波涂层材料领域，具体涉及一种基于增材制造技术制备的吸波梯度材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，电磁波在人们生活生产中的应用日益广泛，人们通过电磁波收听电台节目，通过电磁波完成手机，平板电脑等移动终端的数据传输。大功率的高频设备其能量输出非常强，会对其附近的电子仪器设备、精密仪表产生严重的干扰，笔记本电脑，手机等数字型电器产生的电磁脉冲可能通过飞机上的电缆耦合到飞机的敏感设备上，威胁飞行安全。环境中大量不同频率和强度的电磁波给人们带来了严重的电磁波污染。吸波材料是指能够将入射到材料内部的电磁波进行有效吸收，并将电磁能转换成热能消耗掉，从而使反射大大减弱的一类功能材料。根据吸波机理的不同可以将材料分为磁损耗、介电损耗型。现有的吸波材料普遍存在吸收频带窄、密度大、重量大、易氧化等缺点，限制了吸波材料的实际应用。3D打印技术是新型的一种材料加工技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印还可以直接打印层状结构，通过对装备隐身性能的仿真建模和模拟计算，得到优化的结构参数和材料配比，利用计算机控制技术，实现对隐身材料阻抗匹配和电磁参数的精细调控，从而满足其实际应用要求。另外，3D打印技术能够自动、快速和精确地将计算机仿真模拟的三维模型转化成实物和产品，大大提高了产品的一致性和隐身性能的稳定性。例如，专利申请201710537669.8公开了一种3D打印各向异性微波吸收体及其制备方法，该微波吸收体采用具有易面各向异性的磁粉制备，包括易面磁晶各向异性的稀土金属间化合物材料。该方法在吸波材料制备方法与本专利技术有相似之处，但其为均质吸波材料，与自由空间的阻抗匹配较差。综上，现有的方法制备的吸波材料仍然存在吸收频带窄、密度大，制备的吸波材料与自由空间的阻抗匹配差等问题，为此，有必要研究一种新的吸波材料及其制备方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种基于增材制造技术的吸波梯度材料及其制备方法。本专利技术通过对吸波梯度材料进行十字交叉网状结构设计，并通过阻抗匹配原理选取电磁参数梯度减小的材料，大幅度提高了电磁波入射到吸波梯度材料中的比例，同时增强了吸波梯度材料对电磁波的吸收效果，同时，本专利技术方法制备的梯度吸波材料具有吸收有吸收强度大、重量轻、环保的特点，且本专利技术工艺简单、安全可靠、操作方便。本专利技术的目的之一是提供一种基于增材制造技术的吸波梯度材料的制备方法。本专利技术的目的之二是提供一种吸波梯度材料。本专利技术的目的之三是提供吸波梯度材料的应用。为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种基于增材制造技术的吸波梯度材料的制备方法，包括如下步骤：(1)先将纳米吸收剂、聚合物分别干燥，然后将纳米吸收剂、聚合物充分混匀，得到混合料；(2)将步骤(1)中的混合料通过双螺杆挤出机进行混炼塑化，将塑化后的材料冷却；(3)将步骤(2)中冷却后的材料粉碎，然后加入到单螺杆线材挤出机中，制备成线材；(4)采用熔融层积成型技术对步骤(3)中的线材进行熔融层积成型，即得层状堆叠结构的吸波梯度材料。步骤(1)中，所述纳米吸收剂的干燥为：将纳米吸收剂置于鼓风干燥箱中，在80-120℃下干燥6-12h。步骤(1)中，所述聚合物的干燥为：将纳米吸收剂置于鼓风干燥箱中，在40-70℃下干燥8-24h。步骤(1)中，所述吸收剂粒径为1-100nm。步骤(1)中，所述纳米吸收剂为介电损耗粉体和磁损耗粉体的混合物。优选的，所述介电损耗粉体包括二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰、氧化铝中的一种或多种。优选的，所述磁损耗粉体为多晶铁、铁氧体、羰基铁、金属粉、氮化铁的一种或多种。优选的，所述介电损耗粉体和磁损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种。步骤(1)中，所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、尼龙12中的一种或多种。步骤(1)中，所述混合料中，纳米吸收剂、聚合物的质量百分比为(10-50):(90-50)。步骤(1)中，所述纳米吸收剂、聚合物的充分混匀在高速混合机中进行，混合时间为5-10min。步骤(2)中，所述双螺杆挤出机的螺杆转速30-100rpm。步骤(2)中，所述塑化的温度80-200℃，时间为2-18h。步骤(3)中，所述单螺杆挤出机的螺杆转速为10-50Hz。步骤(3)中，所述线材直径为1-3mm。步骤(4)中，所述熔融层积成型的工艺参数为：填充密度60-100％，填充角度0-90o，打印速度10-100mm/s，喷头温度50-240℃，层高0.1-0.5mm，外壁数2-9，顶/底层填充层数3-10，填充图案为线型、同心圆型，蜂窝型和阿基米德和弦型中的一种。其次，本专利技术公开了一种吸波梯度材料，所述吸波梯度材料为层状堆叠结构，每一层堆叠结构内，吸波梯度材料为十字交叉网状结构，所述层状堆叠结构的磁导率(μr)和介电常数(εr)在厚度方向上逐渐减小，在与空气接触的最后一层达到最小，所述吸波梯度材料由纳米吸收剂和聚合物组成，所述纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部。所述纳米吸收剂、聚合物的质量百分比为(10-50):(90-50)。所述纳米吸收剂粒径为1-100nm。所述纳米吸收剂为介电损耗粉体和磁损耗粉体的混合物。所述介电损耗粉体包括二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰、氧化铝中的一种或多种。优选的，所述介电损耗粉体和磁损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种。优选的，所述磁损耗粉体为多晶铁、铁氧体、羰基铁、金属粉、氮化铁的一种或多种。所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、尼龙12中的一种或多种。最后，本专利技术还公开了波梯度材料在电子产品和电气设备中的应用。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果是：(1)由于优异的吸波性能需要吸波材料具有较大的介电损耗和磁损耗，而具有较大介电损耗和磁损耗的材料其介电常数和磁导率均较大，在空气与材料界面处电磁波容易发生反射，进入吸波材料内部的电磁波总量较少，即使得到有效衰减，其总的吸波性能也较差。本专利技术通过阻抗匹配原理选取电磁参数梯度减小的材料，大幅度提高了电磁波入射到吸波梯度材料中的比例，同时增强了吸波梯度材料对电磁波的吸收效果，同时，且本专利技术工艺简单、安全可靠、操作方便。(2)本专利技术通过将纳米吸收剂均匀分散在聚合物内部，在不影响吸波性能的前提下聚合物作为保护膜，使材料耐酸碱性以及抗氧化性大大增强，增大了吸波材料的耐候性。(3)采用本专利技术方法制备的梯度吸波材料具有吸收有吸收强度大、重量轻、环保的特点，可用于电子产品和军用装备等领域的电磁屏蔽，抗电子干扰。本专利技术方法工艺简单、安全可靠、操作方便。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术层状堆叠结构吸波梯度材料中，每一堆叠层中吸波梯度材料呈十字交叉网状结构的示意图。图2为由本专利技术呈层状堆叠结构的吸波梯度材料的结构示意图。其中，吸波梯度材料以的磁导率(μr)和介电常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增材制造技术的吸波梯度材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)先将纳米吸收剂、聚合物分别干燥，然后将纳米吸收剂、聚合物充分混匀，得到混合料；(2)将步骤(1)中的混合料通过双螺杆挤出机进行混炼塑化，将塑化后的材料冷却；(3)将步骤(2)中冷却后的材料粉碎，然后加入到单螺杆线材挤出机中，制备成线材；(4)采用熔融层积成型技术对步骤(3)中的线材进行熔融层积成型，即得层状堆叠结构的吸波梯度材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造技术的吸波梯度材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)先将纳米吸收剂、聚合物分别干燥，然后将纳米吸收剂、聚合物充分混匀，得到混合料；(2)将步骤(1)中的混合料通过双螺杆挤出机进行混炼塑化，将塑化后的材料冷却；(3)将步骤(2)中冷却后的材料粉碎，然后加入到单螺杆线材挤出机中，制备成线材；(4)采用熔融层积成型技术对步骤(3)中的线材进行熔融层积成型，即得层状堆叠结构的吸波梯度材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米吸收剂的干燥为：将纳米吸收剂置于鼓风干燥箱中，在80-120℃下干燥6-12h；或，步骤(1)中，所述聚合物的干燥为：将纳米吸收剂置于鼓风干燥箱中，在40-70℃下干燥8-24h。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米吸收剂为介电损耗粉体和磁损耗粉体的混合物；或，所述介电损耗粉体包括二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰、氧化铝中的一种或多种；或，所述磁损耗粉体为多晶铁、铁氧体、羰基铁、金属粉、氮化铁的一种或多种；或，所述介电损耗粉体和磁损耗粉体的形状为杆状、球状、纤维状、花状、树枝状、不规则状中的一种或多种；或，步骤(1)中，所述吸收剂粒径为1-100nm。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、尼龙12中的一种或多种；或，步骤(1)中，所述混合料中，纳米吸收剂、聚合物的质量百分比为(10-50):(90-50)；或，步骤(1)中，所述纳米吸收剂、聚合物的充分混匀在高速混合机中进行，混合时间为5-10min。5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述双螺杆挤出机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘久荣，吕龙飞，刘伟，吴莉莉，王凤龙，汪宙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37