一种吸波复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种吸波复合材料的制备方法，它包括以下步骤：1)制备轻质膨胀微球；2)将轻质膨胀微球加入至除油液中，油浴搅拌后对膨胀微球进行洗涤、过滤并干燥；3)用三氯化铁与氯化亚铁以化学共沉淀法制备四氧化三铁包覆膨胀微球的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子；4)使苯胺单体以原位聚合的方法将导电聚合物聚苯胺纳米微粒致密的包覆在步骤2)制得的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子表面；5)将PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子与环氧双酚F树脂共混，加入固化剂固化，然后脱模得到所述吸波复合材料。本发明专利技术方法赋予了轻质膨胀微球磁性能和介电性能，使该电磁功能化纳米膨胀微球具有良好的吸波特性，该方法节省原料，操作简便。

A preparation method of Microwave Absorbing Composites

The invention discloses a preparation method of microwave absorbing composite material, which comprises the following steps: 1) preparing light expanded microspheres; 2) adding light expanded microspheres into deoiling solution, washing, filtering and drying the expanded microspheres after stirring in oil bath; 3) preparing Fe3O4@PANS magnetic nanoparticles coated with ferric oxide by chemical co-precipitation method with ferrous chloride; 4) The conductive polymer polyaniline nanoparticles were densely coated with aniline monomers by in-situ polymerization on the surface of Fe3O4@PANS magnetic nanoparticles prepared in step 2; 5) PANI@Fe3O4@PANS electromagnetic functional nanoparticles were blended with epoxy bisphenol F resin, cured with curing agent, and then demoulded to obtain the microwave absorbing composite. The method of the invention endows the light expanded microspheres with magnetic and dielectric properties, and makes the electromagnetic functionalized nanoexpanded microspheres have good microwave absorbing properties. The method saves raw materials and is easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种吸波复合材料的制备方法
本专利技术属于功能复合材料
，具体涉及一种吸波复合材料的制备方法。
技术介绍
电磁波又称为电磁辐射，是由于时变电场与时变磁场在空间中互相激发产生的，其传播方向垂直于电场和磁场构成的平面，可以有效地传递能量和动量。吸波材料对电磁波的吸收机理是通过将入射到材料表面和内部的电磁波转换成其他形式的能量而损耗消失。当一束电磁波由自由空间传播到吸波材料表面时，由于吸波材料与自由空间的传输阻抗不匹配，电磁波会在入射波界面处发生反射和透射，一部分电磁波被反射到自由空间，而另一部分电磁波进入吸波材料内部。入射到材料内部的电磁波一部分在传播过程中与材料经过多次相互作用最终全部转化为热量或其他形式的能量而损耗消失，而一部分电磁波未能在材料内部损耗完全而穿过材料形成电磁波污染。从能量角度考虑，在电磁波传输过程中，将入射电磁波的功率记为Pi，入射波界面反射的电磁波功率记为Pr，透过吸波材料的电磁波功率记为Pt，吸波材料吸收的电磁波功率记为Pa。根据能量守恒定律，可以得到式：Pi＝Pr+Pa+Pt因此，要想提高吸波材料的吸波能力，吸波材料必须具备阻抗匹配特性和衰减特性。其中，阻抗匹配特性：减少反射电磁波的功率Pr，即最大限度减少电磁波在入射波界面的反射，使入射电磁波能够进入材料内部；衰减特性：设计吸波能力强的材料增加被吸收的电磁波功率Pa。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题提供一种吸波复合材料的制备方法，实现吸波复合材料在介电损耗机制和磁损耗机制下进行协同发挥作用。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种吸波复合材料的制备方法，它包括以下步骤：1)称取定量聚丙烯腈微球在150℃-170℃加热8-10min，得到直径为30-50nm的轻质膨胀微球；聚丙烯腈热敏微球由两部分构成，壳体为热塑性的聚丙烯腈共聚物，内部为液态碳氢化合物。聚丙烯腈热敏微球膨胀原理为，在160℃左右液态碳氢化合物开始分解，气化产生气体，内部压力增大，开始膨胀，在160℃左右烘箱中加热约8min后，微球处于直径为30nm的膨胀态；2)将轻质膨胀微球加入至除油液中，在60℃-80℃反应温度下油浴搅拌40min-1h后，对膨胀微球进行洗涤、过滤并干燥；3)用三氯化铁与氯化亚铁以化学共沉淀法制备四氧化三铁包覆膨胀微球的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子；4)在冰水浴0-5℃下，使苯胺单体以原位聚合的方法将导电聚合物聚苯胺纳米微粒致密的包覆在步骤2)制得的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子表面，得到PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子；5)将PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子与环氧双酚F树脂共混，加入固化剂固化，然后脱模得到所述吸波复合材料。上述方案中，步骤1)得到的轻质膨胀微球的直径为30-50nm。上述方案中，所述步骤5)中PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子与环氧双酚F树脂共混时的量为：PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子的含量为1.5-3％，环氧双酚F树脂的含量为97％-98.5％。上述方案中，步骤2)中的干燥是指在60℃条件下干燥12h。上述方案中，所述除油液由16g的氢氧化钠溶于400ml去离子水制备而成。上述方案中，步骤2)中氯化亚铁和三氯化铁的量按照氯化亚铁与膨胀微球质量比为1:1，以质量比m(Fe2+)：m(Fe3+)＝1:3进行称取。上述方案中，步骤2)具体过程为：将聚乙烯吡咯烷酮与膨胀微球分散到去离子水中，经过水浴超声接着60℃-80℃下油浴加热，搅拌均匀；加入氯化亚铁和三氯化铁的水溶液，搅拌；边搅拌边逐滴滴加浓氨水，控制反应体系的pH为10-11，持续在60-80℃下，搅拌反应2-4小时；洗涤至中性，在真空烘箱中干燥。上述方案中，浓氨水的质量分数为28％。上述方案中，所述步骤3)具体过程为：1)称取Fe3O4@PANS分散于的盐酸溶液中，水浴中超声；随后，将溶有苯胺单体的盐酸溶液加入上述分散体系中，机械搅拌，使苯胺单体充分和Fe3O4@PANS磁性纳米粒子混合；2)称取相应质量的过硫酸铵充分溶解于盐酸溶液中，将APS溶液缓慢的滴加到反应溶液中，在冰水浴中控制反应温度为0-5℃，持续搅拌反应6小时；3)将所得墨绿色的悬浊液洗涤至中性，干燥，即获得PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子。上述方案中，盐酸溶液的浓度为1mol/L。上述方案中，过硫酸铵与苯胺单体摩尔比为1:1。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法以轻质聚丙烯腈热敏微球为模板，采用化学共沉淀法制备磁性纳米四氧化三铁颗粒和原位聚合法制备导电聚合物颗粒聚苯胺的同时，直接在轻质膨胀微球表面先后依次致密包覆上一层磁性纳米四氧化三铁颗粒薄膜，以及一层致密导电聚合物聚苯胺纳米微粒薄膜，导电聚合物与磁损耗物质复合后，材料不仅具有较好的导电性和磁性，且对电磁波的衰减由原来单一的电损耗变为兼具电损耗和磁损耗，因此在导电聚合物中添加一定量的磁损耗物质制备出一种吸收率较高、吸收频带宽的吸波材料，使该轻质电磁功能化纳米膨胀微球具有良好的吸波特性，该方法节省原料，操作简便。附图说明图1是热敏微球膨胀后的扫描电镜照片。图2是用除油液处理膨胀热敏有机微球后的扫描电镜照片。图3是采用本专利技术中化学共沉淀法对热敏微球包覆磁性纳米四氧化三铁后的扫描电镜照片。图4是采用本专利技术中原位聚合法在已包覆纳米四氧化三铁上包覆聚苯胺的扫描电镜照片。图5是采用本专利技术制备Fe3O4@PAN以及PANI@Fe3O4@PAN的X射线衍射谱图。图6是采用本专利技术制备Fe3O4@PAN以及PANI@Fe3O4@PAN的红外光谱图。图7是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为1.5％时的介电实部随频率变化结果图。图8是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为1.5％时的介电虚部随频率变化结果图。图9是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为1.5％时的磁实部随频率变化结果图。图10是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为1.5％时的磁虚部随频率变化结果图。图11是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为1.5％时的不同厚度下反射损耗随频率变化结果图。图12是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为2％时的介电实部随频率变化结果图。图13是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为2％时的介电虚部随频率变化结果图。图14是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为2％时的磁实部随频率变化结果图。图15是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为2％时的磁虚部随频率变化结果图。图16是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为2％时的不同厚度下反射损耗随频率变化结果图。图17是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为1％时的不同厚度下反射损耗随频率变化结果图。图18是采用本专利技术制备的PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子含量为0.5％时的不同厚度下反射损耗随频率变化结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸波复合材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)称取定量聚丙烯腈微球在150℃‑170℃加热8‑10min，得到直径为30‑50nm的轻质膨胀微球；2)将轻质膨胀微球加入至除油液中，在60℃‑80℃反应温度下油浴搅拌40min‑1h后，对膨胀微球进行洗涤、过滤并干燥；3)用三氯化铁与氯化亚铁以化学共沉淀法制备四氧化三铁包覆膨胀微球的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子；4)在冰水浴0‑5℃下，使苯胺单体以原位聚合的方法将导电聚合物聚苯胺纳米微粒致密的包覆在步骤2)制得的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子表面，得到PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子；5)将PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子与环氧双酚F树脂共混，加入固化剂固化，然后脱模得到所述吸波复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种吸波复合材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)称取定量聚丙烯腈微球在150℃-170℃加热8-10min，得到直径为30-50nm的轻质膨胀微球；2)将轻质膨胀微球加入至除油液中，在60℃-80℃反应温度下油浴搅拌40min-1h后，对膨胀微球进行洗涤、过滤并干燥；3)用三氯化铁与氯化亚铁以化学共沉淀法制备四氧化三铁包覆膨胀微球的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子；4)在冰水浴0-5℃下，使苯胺单体以原位聚合的方法将导电聚合物聚苯胺纳米微粒致密的包覆在步骤2)制得的Fe3O4@PANS磁性纳米粒子表面，得到PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子；5)将PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子与环氧双酚F树脂共混，加入固化剂固化，然后脱模得到所述吸波复合材料。2.根据权利要求1所述的吸波复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子与环氧双酚F树脂共混时的量为：PANI@Fe3O4@PANS电磁功能纳米粒子的含量为1.5-3％，环氧双酚F树脂的含量为97％-98.5％。3.根据权利要求1所述的吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的干燥是指在60℃条件下干燥12h。4.根据权利要求1所述的吸波复合材料的制备方法，其特征在于，所述除油液由16g的氢氧化钠溶于400ml去离子水制备而成。5.根据权利要求1所述的吸波复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡浩鹏，刘宏炜，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42