專利名稱：一種含碳納米管復合涂層型吸波材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合型吸波材料及其制備方法，特別涉及一種含有碳納米管的聚合物與其涂層(含有納米氧化鋅的聚合物)及其制備方法。屬于吸波材料技術領域。
背景技術：
吸波材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量，并通過材料的損耗轉變?yōu)闊崮艿囊活惒牧?。在應用上除要求吸波材料在較寬頻帶內對電磁波具有高的吸收率外，尚要求材料具有重量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。先進的吸波材料是高技術和精良武器的物質基礎，在航天、航空、兵器、艦艇等重要軍事工業(yè)的應用上是必不可少的材料；對高技術和新一代高性能武器系統(tǒng)的發(fā)展有舉足輕重的影響。吸波材料是現(xiàn)代武器裝備的一種極重要的材料，對提高武器裝備的生存和突防能力有決定性意義，是導彈、飛機、艦艇、坦克等現(xiàn)代武器的關鍵材料。例如，美國的F-117隱身戰(zhàn)斗轟炸機、B2隱身戰(zhàn)略轟炸機及其正在研制的最先進的第四代戰(zhàn)斗機F-22隱身戰(zhàn)斗機、戰(zhàn)略巡航導彈等，都采用了特種吸波材料。
碳納米管是空心的管狀纖維結構，其直徑一般為幾納米至幾十納米，長度可達數(shù)微米甚至數(shù)毫米。它具有很強的表面效應，量子尺寸效應，局域場效應和特殊的界面區(qū)等很多奇異的物理和化學特性。它具有類似金屬的導電強度；其理論強度是鋼的100倍，但重量僅是鋼的1/7。此外，碳納米管具有的比表面積適中、充放電能力強等物理及電學特性，可用于汽車、機械、電子、軍事等領域的超級電容器制造，并可與各種金屬、非金屬及高分子材料復合組成綜合性能優(yōu)異的導電材料、高強度復合材料、屏蔽材料及隱身材料等。
中國專利1513589(公開號)分別公開了一種納米級碳質材料分散液及其制備方法。該組合物由納米級碳質材料、分散劑、穩(wěn)定劑、余量的分散介質組成；其制備方法是將分散劑加入分散介質中，再加入納米級碳質材料和穩(wěn)定劑，用高速分散機或用超聲波分散10-60分鐘，制成納米級碳質材料分散液。另外，中國專利1486927(公開號)公開了一種超支化聚合物接枝的碳納米管及其制備方法。碳納米管經(jīng)強氧化性酸表面改性后得到酸化碳納米管，然后作為特種添加劑均勻分散到塑料、橡膠、涂料中，制備納米高強度復合材料和吸波材料。雖然上述兩專利均宣稱可以應用到吸波材料領域，但都沒有具體的吸波性能指標參數(shù)。
沈曾民等對碳納米管/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯復合材料的雷達波吸收性能進行研究顯示(復合材料學報，第20卷，第2期，2003年4月)，該材料在5.39GHz至7.19GHz頻率范圍內的反射率小于-5dB，有吸波性能，在5.83GHz時材料的反射率達到了-10dB。缺點是吸波的波峰小、頻率窄。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種吸波頻率較寬的吸波材料。
本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明吸波材料含有兩部分，即基體部分1和涂層部分2(結構描述為圖1所示)?；w部分有以下兩種組分聚合物、碳納米管，其重量配比為聚合物30～99％，碳納米管1～70％，涂層部分有以下兩種組分涂料、納米氧化鋅。其重量配比為涂料40～99％，納米氧化鋅1～60％。所述的聚合物為橡膠、樹脂、塑料中的至少一種。
所述的為橡膠為三元乙丙橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠等。
所述的為樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂等。
所述的為塑料為聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。
所述的涂料為清漆、聚氨脂、環(huán)氧樹脂等所述的碳納米管采用外徑為0.4～100nm，長度為10nm～1mm的原始單壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種。
所述的納米氧化鋅采用平均粒徑在5nm～100nm，顆粒的形狀為棒狀、球狀、針狀的至少一種。
本發(fā)明提供了一種吸波材料的制備方法，該方法按如下步驟進行a.預先取原始制備的碳納米管(未經(jīng)化學和物理處理)進行真空干燥，然后按上述比例將所用聚合物、碳納米管一起加入到混料機中，使其混合均勻，然后成型；b.將含有上述比例的納米氧化鋅放入涂料中進行均勻地分散；c.將步驟b中制得的涂料均勻地涂覆在步驟a制備材料的表面，涂層的厚度為1μm-1mm。烘干溫度為25-80℃。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點碳納米管具有優(yōu)良的導電性，其導電強度可達銅的10000倍以上，將它與聚合物復合，使其體積電阻大幅度降低。在電磁場的作用下，碳納米管作為偶極子，會產(chǎn)生極化耗散電流，在周圍基體作用下，耗散電流被衰減，從而雷達波能量轉換為其它形式的能量。另外，在基體的表面涂覆一層納米氧化鋅涂層，改變材料的介電參數(shù)和電磁參數(shù)，從而有效地調整吸波峰值的頻率區(qū)間，而吸波材料的吸波曲線形狀基本不變。


圖1為結構-涂層式復合吸波材料簡圖。
具體實施例方式
實施例1將真空干燥后外徑為2～30nm，長度為1～20μm的多壁碳納米管1％，聚丙烯99％，先加入到高速混合機中，再經(jīng)雙螺桿擠出機中擠出，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在17.03GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-1.2dB。將平均粒徑在5nm顆粒狀氧化鋅1％，清漆99％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為1μm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生變化，在15.90GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-1.1dB。
實施例2將真空干燥后外徑為2～30nm，長度為1～50μm的多壁碳納米管4％，酚醛樹脂96％，先加入到高速混合機中，再經(jīng)雙螺桿擠出機中擠出，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在7.6GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-17.6dB。將平均粒徑在30nm顆粒狀氧化鋅50％，環(huán)氧樹脂50％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為2μm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生變化，在6.5GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-14.6dB。
實施例3將真空干燥后外徑為1～20nm，長度為1～100μm的單壁碳納米管10％，三元乙丙橡膠90％，先加入到高速混合機中，再經(jīng)雙螺桿擠出機中擠出，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在16.5GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-10.2dB。將平均粒徑在100nm棒狀氧化鋅50％，清漆50％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為50μm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生變化，在15.5GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-9.1dB。
實施例4將真空干燥后外徑為2～30nm，長度為1～50μm的多壁碳納米管30％，環(huán)氧樹脂70％，先加入到高速混合機中，再經(jīng)雙螺桿擠出機中擠出，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在15.2GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-24.9dB。將平均粒徑在50nm顆粒狀氧化鋅30％，聚氨脂70％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為5μm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生變化，在13.3GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-23.6dB。
實施例5將真空干燥后外徑為2～60nm，長度為1～100μm的多壁碳納米管40％，丁苯橡膠60％，加入到開煉機中均勻混合，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在8.1GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-17.5dB。將平均粒徑在30nm顆粒狀氧化鋅60％，清漆40％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為1mm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生了變化，在9.5GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-16.3dB。
實施例6
將真空干燥后外徑為2～30nm，長度為1～50μm的多壁碳納米管70％，丙烯酸樹脂30％，加入到高速混合機中均勻混合，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在13.5GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-20.9dB。將平均粒徑在5nm～30nm顆粒狀氧化鋅30％，聚氨脂70％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為5μm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生變化，在11.2GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-19.6dB。
實施例7將真空干燥后外徑為2～60nm，長度為1～100μm的多壁碳納米管40％，聚乙烯60％，加入到開煉機中均勻混合，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在6.1GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-10.5dB。將平均粒徑在30nm顆粒狀氧化鋅60％，清漆40％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為1mm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生了變化，在5.0GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-16.3dB。
實施例8將真空干燥后外徑為2～60nm，長度為1～100μm的多壁碳納米管20％，聚酰胺80％，加入到開煉機中均勻混合，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在10.2GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-20.5dB。將平均粒徑在30nm顆粒狀氧化鋅60％，清漆40％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為1mm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生了變化，在8.2GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-19.3dB。
實施例9將真空干燥后外徑為2～60nm，長度為1～100μm的多壁碳納米管40％，丁基橡膠60％，加入到開煉機中均勻混合，制備出長、寬、高分別為18mm×18mm×2mm的薄片。此材料在8.2GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-13.5dB。將平均粒徑在30nm顆粒狀氧化鋅60％，清漆40％配制成涂料，然后將涂料噴在上述材料的表面，厚度為1mm。此材料經(jīng)涂層后材料的吸波曲線形狀基本不變，只是出峰的位置發(fā)生了變化，在7.3GHz出現(xiàn)一個峰值，反射率為-11.8dB。
權利要求
1.一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是該材料含有兩部分，即基體部分和涂層部分、基體部分含有以下兩種組分聚合物、碳納米管，其重量配比為聚合物30～99％，碳納米管1～70％，涂層部分含有以下兩種組分涂料、納米氧化鋅，其重量配比為涂料40～99％，納米氧化鋅1～60％、所述的聚合物為橡膠、樹脂、塑料中的至少一種。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是所述的橡膠為三元乙丙橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠等中的任一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是所述的樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂等中的任一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是所述的塑料為聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等中的任一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是所述的碳納米管采用外徑為0.4～100nm，長度為10nm～1mm的原始單壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是所述的納米氧化鋅采用平均粒徑在5nm～100nm，顆粒的形狀為棒狀，球狀或針狀的至少一種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種含碳納米管復合涂層型吸波材料，其特征是所述的涂料為清漆、聚氨脂、環(huán)氧樹脂等中的任一種。
8.一種含碳納米管復合涂層型吸波材料的制備方法，其特征是該方法按如下步驟進行a.預先取原始制備的碳納米管進行真空干燥，然后按權利要求1所述配比將所用聚合物、碳納米管一起加入到混料機中，使其混合均勻，然后成型；b.按權利要求1所述配比將納米氧化鋅放入涂料中進行均勻地分散；c.將步驟b中制得的涂料均勻地涂覆在步驟a制備材料的表面，涂層的厚度為1μm-1mm。烘干溫度為25-80℃。
全文摘要
一種復合涂層型吸波材料及其制備方法，該材料含有兩部分，即基體部分和涂層部分?；w有以下兩種組分聚合物、碳納米管，其重量配比為聚合物30～99％，碳納米管1～70％，涂層有以下兩種組分涂料、納米氧化鋅。其重量配比為涂料40～99％，納米氧化鋅1～60％。所述的聚合物為橡膠、樹脂、塑料中的至少一種。本發(fā)明具有如下優(yōu)點碳納米管具有優(yōu)良的導電性，其導電強度可達銅的10000倍以上，將它與聚合物復合，使其體積電阻大幅度降低。在電磁場的作用下，碳納米管作為偶極子，會產(chǎn)生極化耗散電流，在周圍基體作用下，耗散電流被衰減，將雷達波能量轉換為熱能。另外，在基體的表面涂覆一層納米氧化鋅涂層，可改變材料的介電參數(shù)和電磁參數(shù)，從而有效地調整吸波峰值的頻率區(qū)間。
文檔編號C08K3/04GK1651524SQ20051001117
公開日2005年8月10日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權日2005年1月14日
發(fā)明者魏飛, 范壯軍, 羅國華, 張增富 申請人:清華大學