低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料及其制備方法，屬于吸波材料【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了現(xiàn)有微波材料密度較大、力學(xué)性能低和耐溫性能不好的問(wèn)題。本發(fā)明的制備方法是將橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑攪拌均勻后，經(jīng)密煉、開(kāi)煉，在150-160℃硫化并同時(shí)發(fā)泡25-35min，得到微孔吸波材料。本發(fā)明制備的微孔吸波材料的總厚度在1.4-2.0mm之間，面密度小于1.7kg/m2，材料在特定波段具有較好的吸波性能，同時(shí)具有較好的耐溫性和力學(xué)性，耐溫可達(dá)到150℃，拉伸強(qiáng)度平均值大于8.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率最小值為360%。
【專利說(shuō)明】低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料及其制備方法，屬于吸波材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，貼片型吸波材料一般是采用膠粘劑與吸收劑(一般為磁性材料)混合輥壓而成。通過(guò)選擇不同的基材，優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，使吸波材料的性能滿足不同需求。這類貼片型材料吸波具有均勻性好、工藝可控性強(qiáng)、材料性能(特別是電性能)穩(wěn)定、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]但是，現(xiàn)有的貼片型吸波材料普遍存在面密度過(guò)高的缺點(diǎn)，厚度不到Imm的吸波片其面密度大多已經(jīng)超過(guò)3.0kg/m2，強(qiáng)度一般在4MPa左右，耐溫性能一般低于100°C，無(wú)法滿足飛行器等裝備的力學(xué)性能等要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有吸波材料面密度較大、力學(xué)性能低和耐溫性能不好的問(wèn)題，而提供一種低面密度高拉伸強(qiáng)度的吸波材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，包括橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老齊?、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑；所述橡膠、發(fā)泡劑和塑化劑的質(zhì)量比為100: (5-18): (15-25) ;所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺(AC)、改性偶氮二甲酰胺(ACPff)或N, N’-二甲基五次甲基四胺；所述吸收劑為微米級(jí)導(dǎo)電炭黑，吸收劑的質(zhì)量為橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的總質(zhì)量的30-40%。
[0006]優(yōu)選的，所述吸收劑的質(zhì)量為橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的總質(zhì)量的5-18%。
[0007]優(yōu)選的，所述橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺和促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100:5:2:2:1.5:2:1。
[0008]優(yōu)選的，所述橡膠為丁腈橡膠或氫化丁腈橡膠。
[0009]優(yōu)選的，所述防老劑為N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳(NBC)、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體(RD)、N-異丙基-N’ -苯基對(duì)苯二胺(4010NA)中的一種或多種。
[0010]優(yōu)選的，所述流動(dòng)助劑為顆粒狀脂肪酸、顆粒狀脂肪酸衍生物或顆粒狀硬脂酸異戊四醇。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述促進(jìn)劑為N-環(huán)己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺(CZ)或2-硫醇基苯并噻唑(MBT)。
[0012]優(yōu)選的，所述塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯中的一種或多種。
[0013]上述低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料的制備方法，包括以下步驟:[0014](I)將橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑攪拌均勻后，密煉混合均勻，得到混合物；
[0015](2)將步驟(1)得到的混合物開(kāi)煉至得到均一穩(wěn)定的原料；
[0016](3)將步驟(2)得到的均一穩(wěn)定的原料在150-160°C硫化并同時(shí)發(fā)泡25-35min，即得到低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料。
[0017]優(yōu)選的，步驟(1)中，所述密煉是在密煉機(jī)中85 °C以內(nèi)密煉10_15min，步驟(2)中，所述開(kāi)煉是在開(kāi)煉機(jī)中開(kāi)煉20次以上。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019](I)本發(fā)明采用微米級(jí)導(dǎo)電炭黑作為吸收劑，使材料具有優(yōu)異的吸波性能的同時(shí)具有較低的面密度，并且對(duì)材料提供一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，進(jìn)一步增加材料的力學(xué)性能；并采用與硫化在同一溫度區(qū)間的發(fā)泡劑，使材料在制備過(guò)程中硫化的同時(shí)發(fā)泡，保證了材料的泡孔分布均勻，并具有閉孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了材料的低密度和高強(qiáng)度；
[0020](2)本發(fā)明制備的微孔吸波材料總厚度在1.4-2.0mm之間，面密度小于L 7kg/m2，材料在特定波段具有較好的吸波性能，同時(shí)具有較好的耐溫性和力學(xué)性，耐溫可達(dá)到150°C，拉伸強(qiáng)度平均值大于8.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率最小值為360% ；
[0021](3)本發(fā)明的制備方法在材料硫化的同時(shí)發(fā)泡，不僅保證了微波材料的結(jié)構(gòu)，而且簡(jiǎn)單、易行、成本低，利于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1-3制備的微孔吸波材料材料的平板反射率測(cè)試曲線圖；
[0023]圖2中，(a)為本發(fā)明實(shí)施例1制備的微孔吸波材料橫截面的光學(xué)顯微鏡成像圖；(b)為本發(fā)明實(shí)施例2制備的微孔吸波材料橫截面的光學(xué)顯微鏡成像圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)而不是對(duì)本發(fā)明專利要求的限制。
[0025]低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料包括100重量份的橡膠、5重量份的氧化鋅、2重量份的硬脂酸、2重量份的防老劑、1.5重量份的流動(dòng)助劑、2重量份的硫磺、I重量份的促進(jìn)劑、5-18重量份的發(fā)泡劑、15-25重量份的塑化劑和吸收劑；其中，橡膠為丁腈橡膠220或氫化丁腈橡膠；防老劑為N，N- 二丁基二硫代氨基甲酸鎳、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體、N-異丙基-N’ -苯基對(duì)苯二胺中一種或多種；流動(dòng)助劑為顆粒狀脂肪酸、顆粒狀脂肪酸衍生物或顆粒狀硬脂酸異戊四醇，優(yōu)選`顆粒狀脂肪酸衍生物ZC-56或顆粒狀硬脂酸異戊四醇D-821 ;促進(jìn)劑為N-環(huán)己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺或2-硫醇基苯并噻唑；塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯中的一種或多種；發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺、改性偶氮二甲酰胺或N，N’-二甲基五次甲基四胺；吸收劑為微米級(jí)導(dǎo)電炭黑，其質(zhì)量為橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的總質(zhì)量的30-40%，優(yōu)選5-18%(按照領(lǐng)域公知，默認(rèn)發(fā)泡劑在形成最終產(chǎn)品后無(wú)殘留計(jì)算)。
[0026]低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料的制備方法，包括如下步驟:[0027](I)將橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑物理攪拌均勻后，加入密煉機(jī)中密煉混合均勻，得到混合物；
[0028]所述橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的質(zhì)量比為100:5:2:2:1.5:2:1: (5-18): (15-25)，所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺、改性偶氮二甲酰胺或N，N’ - 二甲基五次甲基四胺，所述吸收劑為微米級(jí)導(dǎo)電炭黑，其質(zhì)量為橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的總質(zhì)量的30-40%，優(yōu)選5-18%(按照領(lǐng)域公知，默認(rèn)發(fā)泡劑在形成最終產(chǎn)品后無(wú)殘留計(jì)算)；
[0029](2)將步驟(1)得到的混合物加入開(kāi)煉機(jī)中，以包輥的工藝開(kāi)煉，得到均一穩(wěn)定的原料；
[0030](3)將步驟(2)得到的均一穩(wěn)定的原料加入模具中，將模具置于平板硫化機(jī)中，在150-160°C硫化并同時(shí)發(fā)泡25-35min，裁去多余邊料，得到低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料。
[0031]本發(fā)明中，橡膠為丁腈橡膠220或氫化丁腈橡膠，防老劑為N，N- 二丁基二硫代氨基甲酸鎳、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體、N-異丙基-N’ -苯基對(duì)苯二胺中一種或多種，流動(dòng)助劑為顆粒狀脂肪酸、顆粒狀脂肪酸衍生物ZC-56或顆粒狀硬脂酸異戊四醇D-821，優(yōu)選顆粒狀脂肪酸衍生物ZC-56或顆粒狀硬脂酸異戊四醇D-821，促進(jìn)劑為N-環(huán)己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺或2-硫醇基苯并噻唑，塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯中的一種或多種。
[0032]本發(fā)明步驟⑴中，橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑的添加順序有一定的要求，按照領(lǐng)域人員公知，為防止溫度過(guò)高產(chǎn)生提iu的硫化，硫橫和促進(jìn)劑要在最后加入。
[0033]本發(fā)明步驟(1)中，·為防止助劑在高溫下有效成分被破壞，密煉過(guò)程溫度最好控制在85°C以內(nèi)。
[0034]本發(fā)明步驟(2)中，橡膠開(kāi)煉工藝由于配膠量的原因，按照現(xiàn)有的煉膠三包兩輥工藝并不能使其充分開(kāi)煉均勻，因此，優(yōu)選使用開(kāi)煉20次以上的方法。
[0035]本發(fā)明所使用的密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)的種類依據(jù)制備吸波材料的量進(jìn)行選擇。
[0036]本發(fā)明所使用平板硫化機(jī)模具尺寸200 X 200mm2或300 X 3002mm,更優(yōu)選300 X 3002mm，模腔高度尺寸可調(diào)整，根據(jù)需求在1.0-2.0mm之間變化。
[0037]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0038]實(shí)施例1
[0039]將100g 丁腈橡膠220、5g氧化鋅、2g硬脂酸、2gN，N- 二丁基二硫代氨基甲酸鎳、1.5g顆粒狀脂肪酸、2g硫磺、IgN-環(huán)己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺、5g偶氮二甲酰胺、15g鄰苯二甲酸二丁酯和40.5g微米級(jí)導(dǎo)電炭黑加入密煉機(jī)中85°C以內(nèi)密煉混合均勻，得到混合物；將密煉得到的混合物移至開(kāi)煉機(jī)開(kāi)煉得到均一穩(wěn)定的原料，再將62.0g原料切成合適尺寸放入200X2002mm的模具中，模腔高度尺寸1.2mm, 150°C下在平板硫化機(jī)內(nèi)硫化發(fā)泡25min，得到微孔吸波材料，材料的力學(xué)性能如表1所示。
[0040]實(shí)施例2
[0041]將100g 丁腈橡膠220、5g氧化鋅、2g硬脂酸、2g2，2，4_三甲基_1，2_ 二氫化喹啉聚合體、1.5g顆粒狀脂肪酸衍生物ZC-56、2g硫磺、lg2-硫醇基苯并噻唑、IOg改性偶氮二甲酰胺、20g鄰苯二甲酸二辛酯和50.225g微米級(jí)導(dǎo)電炭黑加入密煉機(jī)中密煉混合均勻，得到混合物；將密煉得到的混合物移至開(kāi)煉機(jī)開(kāi)煉得到均一穩(wěn)定的原料，再將65.0g原料切成合適尺寸放入200 X 2002mm的模具中，模腔高度尺寸1.5mm, 155°C下在平板硫化機(jī)內(nèi)硫化發(fā)泡30min，得到微孔吸波材料，材料的力學(xué)性能如表1所示。
[0042]實(shí)施例3
[0043]將100g氫化丁腈橡膠、5g氧化鋅、2g硬脂酸、IgN-異丙基-N’ -苯基對(duì)苯二胺、181^二丁基二硫代氨基甲酸鎳、1.58顆粒狀硬脂酸異戊四醇0-821、28硫磺、182-硫醇基苯并噻唑、15gN，N’-二甲基五次甲基四胺、20g鄰苯二甲酸二辛酯、3g鄰苯二甲酸二乙酯和50.3275g微米級(jí)導(dǎo)電炭黑加入密煉機(jī)中密煉混合均勻，得到混合物；將密煉得到的混合物移至開(kāi)煉機(jī)開(kāi)煉得到均一穩(wěn)定的原料，再將71.0原料切成合適尺寸放入200X2002mm的模具中，模腔高度尺寸1.7mm, 155°C下在平板硫化機(jī)內(nèi)硫化發(fā)泡35min,得到微孔吸波材料。
[0044]實(shí)施例1-2的微孔吸波材料制作成啞鈴樣品，寬度6mm，有效距離25mm。力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備為深圳三思縱橫科技股份有限公司的SUNS電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試使用GB/T528-1998硫化橡膠拉伸方法。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
[0045]表1實(shí)施例1和實(shí)施例2的微孔吸波材料的力學(xué)性能
[0046]
實(shí)施例1斷裂伸拉伸強(qiáng)度實(shí)施例2 斷裂伸拉伸強(qiáng)度
長(zhǎng)半.％MPa長(zhǎng)半％MPa
試樣 I576.526514.9635試樣 I408.24459.8170 試樣 2610.870415.0648試樣 2387.03189.2280 Wft- 3481.052715.0315試樣 3327.590110.1765 試樣 4517.031215.5937試樣 4367.46`388.6370
[0047]將實(shí)施例1-3得到的微孔吸波材料裁切成180 X 180mm2的標(biāo)準(zhǔn)樣片，材料的RCS測(cè)試設(shè)備為安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA-X系列的N-5244A，測(cè)試方法為弓形法，針對(duì)8_12GHz頻段進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。將材料進(jìn)行縱向切片裁切，得到水平斷面，利用電子顯微鏡進(jìn)行斷面結(jié)構(gòu)拍攝，得到其發(fā)泡大小和發(fā)泡分布情況。測(cè)試結(jié)果如圖2。
[0048]圖1中曲線(a)為實(shí)施例1的微孔吸波材料的平板反射率，從曲線(a)可以看出，材料在8-12GHZ頻段范圍內(nèi)吸收均低于-6dB，峰值可達(dá)到-30dB以下；圖1中曲線(b)為實(shí)施例2的微孔吸波材料的平板反射率，從曲線(b)可以看出，材料在8-12GHZ頻段范圍內(nèi)吸收均低于_7dB，峰值可達(dá)到_25dB以下；圖1中曲線(c)為實(shí)施例3的微孔吸波材料的平板反射率，從曲線(c)可以看出，材料在8-12GHZ頻段范圍內(nèi)吸收均低于-7.5dB，峰值可達(dá)到-25dB以下。
[0049]圖2(a)為實(shí)施例1的微孔吸波材料的橫截面光學(xué)顯微鏡成像圖，從圖中可以看出材料發(fā)泡分布較均勻，閉孔的直徑在100微米左右；圖2(b)為實(shí)施例2的微孔吸波材料的橫截面光學(xué)顯微鏡成像圖，從圖中可以看出，微波材料的發(fā)泡閉孔孔徑100微米居多，最大值達(dá)到200微米以上。
[0050]顯然，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于所述【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改 進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，包括橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑； 所述橡膠、發(fā)泡劑和塑化劑的質(zhì)量比為100: (5-18): (15-25)； 所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺、改性偶氮二甲酰胺或N，N’ - 二甲基五次甲基四胺； 所述吸收劑為微米級(jí)導(dǎo)電炭黑，吸收劑的質(zhì)量為橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的總質(zhì)量的30-40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述吸收劑的質(zhì)量為橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑和塑化劑的總質(zhì)量的5-18%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺和促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100:5:2:2:1.5:2:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述橡膠為丁腈橡膠或氫化丁腈橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述防老劑為N，N- 二丁基二硫代氨基甲酸鎳、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體、N-異丙基-N’ -苯基對(duì)苯二胺中一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述流動(dòng)助劑為顆粒狀脂肪酸、顆粒狀脂肪酸衍生物或顆粒狀硬脂酸異戊四醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述促進(jìn)劑為N-環(huán)己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺或2-硫醇基苯并噻唑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低面密`度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料，其特征在于，所述塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯中的一種或多種。
9.權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、流動(dòng)助劑、硫磺、促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、塑化劑和吸收劑攪拌均勻后，密煉混合均勻，得到混合物； (2)將步驟(1)得到的混合物開(kāi)煉至得到均一穩(wěn)定的原料； (3)將步驟⑵得到的均一穩(wěn)定的原料在150-160°C硫化并同時(shí)發(fā)泡25-35min，即得到低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低面密度高拉伸強(qiáng)度的微孔吸波材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述密煉是在密煉機(jī)中85°C以內(nèi)密煉10-15min，步驟(2)中，所述開(kāi)煉是在開(kāi)煉機(jī)中開(kāi)煉20次以上。
【文檔編號(hào)】B29B7/00GK103589010SQ201310521185
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】孫洪國(guó), 周金向, 楊小牛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所