本發(fā)明提出一種多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料及其制備方法，屬于吸波屏蔽材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
吸波材料是一種能吸收、衰減投射到其表面的電磁波能量，并通過材料介電損耗、電阻損耗、磁損耗等使電磁波能量轉(zhuǎn)變成熱能或其它能量耗散掉，抑或使電磁波因干涉而消失，從而使反射、散射和透射都很小的一類功能材料。按其對電磁波處理原理分為吸波型和干涉消波型。
電磁波屏蔽材料通常是指能夠屏蔽某一空間區(qū)域使其既不干擾其它設(shè)備，又保證空間內(nèi)不受外干擾的材料。按其對電磁波的處理原理分為反射型和吸波型。而傳統(tǒng)電磁屏蔽材料大部分是反射型，其單功能的反射電磁波只能保證屏蔽區(qū)域內(nèi)的電磁環(huán)境，干擾電磁波的能量經(jīng)反射后基本不衰減，相對封閉區(qū)域內(nèi)，隨著反射次數(shù)的疊加勢必造成更多的電磁干擾和危害，總之，這種對于外部電磁波干擾沒有任何功能性應(yīng)對策略的反射型電磁屏蔽材料已經(jīng)無法適應(yīng)大規(guī)模電磁應(yīng)用的發(fā)展。更不用說反射型屏蔽材料給制造工藝所帶來的附加性問題，比如電纜工藝中必須有的屏蔽帶繞制工段對工藝容差性要求很高，而對于電子精密部件和異型制件的屏蔽所帶來的設(shè)計性局限性也常常難倒材料和工程設(shè)計人員。
吸波屏蔽材料方案能夠解決傳統(tǒng)反射型電磁屏蔽所帶來的種種問題和缺陷，吸波屏蔽材料發(fā)展當(dāng)前呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：1.低密度化；2.復(fù)合化；3.多頻譜兼容化；4.智能化等等。而多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料成為順應(yīng)上述發(fā)展的最優(yōu)解決方案之一。可定制化多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料是兼有多種損耗型吸波屏蔽材料的復(fù)合吸波屏蔽材料體系，它能夠根據(jù)不同的制件結(jié)構(gòu)要求、設(shè)計要求、使用環(huán)境等各種因素進(jìn)行定制化配方設(shè)計，定制化結(jié)構(gòu)設(shè)計、定制化工藝設(shè)計等等，也是目前吸波屏蔽材料發(fā)展的熱點。可定制化多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料一般由各種不同損耗型的吸波屏蔽材料與基體材料組成，吸波屏蔽材料的選擇與配比往往由預(yù)定的應(yīng)用環(huán)境、頻率、帶寬等因素所決定。同時基體材料的選擇也很重要，因為它必須要考慮以下2個內(nèi)容：首先基體材料和不同吸波屏蔽材料(主要是無機(jī)材料)的相容性問題，即復(fù)合材料的界面穩(wěn)定性問題，其次是混合時的分散均勻性問題，這會影響到成品的各項質(zhì)量指標(biāo)。
本發(fā)明的多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料具體為：1.磁介質(zhì)型吸波屏蔽材料鎳/鈷納米顆粒；2.電阻型吸波屏蔽材料碳化硅纖維；3.電介質(zhì)型吸波屏蔽材料鈣鈦礦類；4.石墨烯和聚苯硫醚組成溢滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合電阻型吸波屏蔽材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個目的是提供一種多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料的配方；本發(fā)明的另一個目的是提供一種多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料的制備方法。
1.一種多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料，其由磁介質(zhì)型吸波屏蔽材料鎳/鈷納米顆粒，電阻型吸波屏蔽材料碳化硅纖維，鈣鈦礦類高介電損耗型吸波屏蔽材料，還原氧化石墨烯(rgo)與聚苯硫醚(pps)形成的溢滲結(jié)構(gòu)復(fù)合電阻型吸波屏蔽材料組成。
按摩爾比計鎳/鈷納米顆?！锰蓟枥w維∶鈣鈦礦類材料∶還原氧化石墨烯(rgo)＝1～40∶1～40∶1～10∶40～80。
聚苯硫醚(pps)的片段數(shù)優(yōu)選等于鎳/鈷納米顆粒、碳化硅纖維、鈣鈦礦類材料、還原氧化石墨烯(rgo)物質(zhì)的量之和的2～4倍。
2.根據(jù)1所述的鈣鈦礦類高介電損耗型吸波屏蔽材料，優(yōu)選為鈦酸鋇(batio3)、鈦酸鈣(catio3)、鈦酸鍶(srtio3)。
3.根據(jù)1所述的聚苯硫醚(pps)，為了方便其反應(yīng)物1，4-對二氯苯的物質(zhì)的量的確定，不妨設(shè)聚苯硫醚的片段數(shù)＝重均分子量/結(jié)構(gòu)單元分子量，重均分子量此處任取，結(jié)構(gòu)單元取
4.根據(jù)1中所述的多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料的制備方法，包括以下步驟：
a.前驅(qū)體混合和分散。
將1中所述對應(yīng)的鎳/鈷納米的前驅(qū)體氯化鎳/氯化鈷、碳化硅纖維、鈣鈦礦、還原氧化石墨烯(rgo)的前驅(qū)體氧化石墨烯(go)、1，4-對二氯苯、硫化物、磷酸鈉等放入有機(jī)溶劑體系中，超聲分散15～20min，備用。
所述硫化物優(yōu)選為硫化鈉、硫化鉀。
所述1，4-對二氯苯的物質(zhì)的量應(yīng)與1中所述的聚苯硫醚的片段數(shù)相等，按摩爾比計1，4-對二氯苯∶硫化物∶磷酸鈉∶有機(jī)溶劑體系＝1∶2～3∶0.001～0.01∶2～3。
所述有機(jī)溶劑體系由n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基甲酰胺(dmf)、六甲基磷酰三胺(hmpa)組成，其摩爾比優(yōu)選為n-甲基吡咯烷酮(nmp)∶二甲基甲酰胺(dmf)∶六甲基磷酰三胺(hmpa)＝45∶45∶10。
b.還原氧化石墨烯，還原氯化鎳/氯化鈷，生成聚苯硫醚(pps)預(yù)聚物，縮聚聚苯硫醚(pps)。
將氫氧化鈉溶解到水合肼中配置成溶液，滴加到a步驟的備用分散液中，所述摩爾比滿足氯化鎳/氯化鈷∶氫氧化鈉∶水合肼＝0.5∶13～15∶32～40，然后將分散液放入反應(yīng)釜，150～220℃且0.02～0.04mpa反應(yīng)3h～5h，230～280℃且0.3～0.6mpa下反應(yīng)2～3小時，抽濾后將濾渣放入擠出機(jī)造粒，最后形成發(fā)明產(chǎn)品即可定制化多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的可定制化多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料具有以下優(yōu)勢：
1.發(fā)明產(chǎn)品包含磁介質(zhì)型吸波屏蔽材料鎳/鈷納米顆粒，電阻型吸波屏蔽材料碳化硅纖維，電介質(zhì)型吸波屏蔽材料鈣鈦礦類，石墨烯和聚苯硫醚組成溢滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合電阻型吸波屏蔽材料。
2.定制化設(shè)計優(yōu)勢，通過調(diào)劑配方占比以滿足不同的制件結(jié)構(gòu)要求、設(shè)計要求、工藝要求、使用環(huán)境要求等等。
3.多機(jī)制作用的互補(bǔ)優(yōu)化，為下一步結(jié)構(gòu)預(yù)留足夠靈活性，不會造成材料設(shè)計上通常出現(xiàn)的顧此失彼的局面。
4.多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料具有吸收峰值高，頻帶寬，密度低等特點，順應(yīng)了當(dāng)前吸波屏蔽材料“高、薄、輕、寬”的發(fā)展趨勢；
5.工藝相對簡單、容差性好，產(chǎn)品二次加工性能好，應(yīng)用領(lǐng)域廣，可應(yīng)用于電磁兼容emc和電磁互擾emi電子元器件，手機(jī)、電腦的電磁輻射防護(hù)，廣播、電視發(fā)射臺的電磁輻射防護(hù)，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備電磁輻射的防護(hù)，辦公、居住區(qū)建筑物的電磁輻射防護(hù)、家用電器的電磁輻射防護(hù)等諸多領(lǐng)域，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將進(jìn)一步描述本發(fā)明的示例性實施例的技術(shù)方案。如無特殊說明，實施例所使用的試劑均為市售試劑，所使用的操作均為本領(lǐng)域的常規(guī)操作。
實施例1
a.前驅(qū)體混合和分散。
將氯化鎳/氯化鈷、碳化硅纖維、鈣鈦礦、氧化石墨烯(go)、1，4-對二氯苯、硫化鈉、磷酸鈉等放入有機(jī)溶劑體系中，超聲分散15～20min，備用。
選取氯化鎳2mol，碳化硅纖維2mol，鈦酸鈣0.5mol，氧化石墨烯(go)6mol。
設(shè)聚苯硫醚的片段數(shù)等于氯化鎳、碳化硅纖維、鈦酸鈣、氧化石墨烯(rgo)物質(zhì)的量之和的3倍。
選1，4-對二氯苯31.5mol，硫化鈉78.75mol∶磷酸鈉0.1575mol∶有機(jī)溶劑體系78.75mol。
溶劑體系按摩爾比計n-甲基吡咯烷酮∶二甲基甲酰胺∶六甲基磷酰三胺＝45∶45∶10。
b.還原氧化石墨烯，還原氯化鎳/氯化鈷，生成聚苯硫醚(pps)預(yù)聚物，縮聚聚苯硫醚(pps)。
將氫氧化鈉溶解到水合肼中配置成溶液，滴加到a步驟的備用分散液中，然后將分散液放入反應(yīng)釜，200℃且0.03mpa反應(yīng)4h，260℃且0.5mpa下反應(yīng)2.5小時，抽濾后將濾渣放入擠出機(jī)造粒，最后形成發(fā)明產(chǎn)品即可定制化多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料。
選氫氧化鈉56mol，水合肼144mol。
實施例2～9
實施例2～9改變氯化鎳，碳化硅纖維，鈦酸鈣，氧化石墨烯(rgo)的配比，相應(yīng)的1，4-對二氯苯等也隨之改變，目的是為了考察通過配比變化控制吸波屏蔽材料的性能。見下表(“-”代表與實施例1相同)
實施例10～11
實施例10～11改變生成聚苯硫醚的片段數(shù)，實施例10中設(shè)聚苯硫醚的片段數(shù)等于氯化鎳、碳化硅纖維、鈦酸鈣、氧化石墨烯(go)物質(zhì)的量之和的2倍，相應(yīng)的1，4-對二氯苯21mol，硫化鈉52.5mol，磷酸鈉0.105mol，有機(jī)溶劑體系52.5mol。實施例11中設(shè)聚苯硫醚的片段數(shù)等于氯化鎳、碳化硅纖維、鈦酸鈣、氧化石墨烯(go)物質(zhì)的量之和的4倍，相應(yīng)的1，4-對二氯苯42mol，硫化鈉105mol，磷酸鈉0.21mol，有機(jī)溶劑體系105mol。未提及的其余參數(shù)與實施例1相同。
實施例12～13
實施例12～13改變鈣鈦礦類高介電損耗型吸波屏蔽材料，實施例12采用鈦酸鋇，實施例13采用鈦酸鍶。未提及的其余參數(shù)與實施例1相同。
實施例14
實施例14改變硫化物為硫化鉀，未提及的其余參數(shù)與實施例1相同
實施例15～20
實施例15～20分別改變硫化鈉、磷酸鈉、有機(jī)溶劑體系物質(zhì)的量，考察生成聚苯硫醚的反應(yīng)情況等。見下表(“-”代表與實施例1相同)，未提及的其余參數(shù)與實施例1相同。
實施例21～24
實施例21～24分別改變氫氧化鈉、水合肼的物質(zhì)的量，考察氯化鎳、石墨烯的還原情況等。見下表(“-”代表與實施例1相同)，未提及的其余參數(shù)與實施例1相同。
性能測試
將實施例1-24所制備的多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料注塑成相應(yīng)測試要求的測試片，然后進(jìn)行性能測試。測試項目及方法如下：
1、吸波性能、介電性能、磁性能
所制備的多損耗機(jī)制吸波屏蔽材料，其介電性能、磁性能和吸波性能是將成品注塑成相應(yīng)的測試片(圓片或環(huán)片)，經(jīng)過拋光、清洗處理，用安捷倫agilent-n5230a型網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀分析測試，頻率在2～18ghz。
2、體積電阻率
依照國標(biāo)gb/t1410-2006進(jìn)行檢驗。
3、熱變形溫度
依照國標(biāo)gb/t1633-2000，采用fywk-300熱變形維卡溫度測定儀測定。
4、拉伸強(qiáng)度
依照國標(biāo)gb/t1040-2006進(jìn)行檢驗。
測試結(jié)果見下表：
性能測試結(jié)果