專利名稱：一種阻燃隔熱、吸波材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于阻燃、隔熱和吸波材料應用領域，涉及一種阻燃隔熱、吸波材料及其制備方法，尤其涉及一種輕質，寬頻的阻燃隔熱、吸波材料及其制備方法。
背景技術：
隨著偵察探測手段的不斷進步和人們對電磁輻射危害的重視，新型吸波材料的研究成為關注的熱點，常用的吸波材料很難將阻燃、隔熱和吸波隱身集于一體。中國專利1651524A (公開號)公開了一種含碳納米管復合涂層型吸波材料及其制備方法，材料由聚合物和碳納米管組成，利用碳納米管的介電損耗，將雷達波轉化為熱能；中國專利1909115A (公開號)公開了難燃型吸波材料及其制備方法，材料由無紡布及難燃材料組成，提高了基體的耐高溫性能；中國專利101995187A (公開號)公開了紅外雷達新型一體化隱身織物及其制備方法，材料采用多層設計，對紅外和雷達波段具有良好的吸收效果。總結目前常用的一些阻燃、隔熱、吸波材料的制備方法和技術，主要存在以下缺陷I、材料功能比較單一，且性能非常有限。2、材料質量較大，價格較高，且壽命較短。3、材料制備工藝較為復雜。
發明內容
本發明的目的是改進現有技術的不足，提供一種阻燃隔熱、吸波材料，這種材料兼具阻燃、隔熱和吸波功能，材料質量較輕，涂層較薄。本發明的另一個目的在于提供一種阻燃隔熱、吸波材料的制備方法。本發明的目的是這樣實現的一種阻燃隔熱、吸波材料，其包括一個基層，其為網布，其兩側涂覆粘結劑涂層，所述粘結劑涂層為聚氯乙烯粘結劑涂層；在所述粘結劑涂層中包括吸波劑，所述吸波劑包括鍍鎳玻璃微珠；所述吸波劑的加入量以質量比計為吸波劑粉體粘結劑=0. 17 1.85:1。
，還包括鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維中的至少一種。所述吸波劑的加入量即其與粘結劑的比例優選為吸波劑:粘結劑=0. 389 I. 85:1 ;或者，吸波劑:粘結劑=0. 19 I. 222:1或者，吸波劑粘結劑=12:13。在聚氯乙烯粘結劑中加入吸波劑，能夠提高材料的隔熱和吸波作用。另外，在吸波劑和粘結劑的配比上如果不合理，例如吸波劑較多，相對粘結劑量較少，材料的機械性能例如抗拉性能、疲勞斷裂強度等均會降低。一般粘結劑的量為低于35%，則本發明提供的材料機械性能將變差。所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球與鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維的質量比為1 :((T3)(0 4)。
所說吸波劑是指由鍍鎳空心玻璃微珠，以及鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維中的至少一種，按照所需的比例混合而成。其中都包括鍍鎳空心玻璃微球，該成份可以使得材料的降溫效果提高，如果單獨使用玻璃微球，玻璃微球的加入量可達到30%。然而，如果玻璃微球的含量再增加，降溫效果也不會提高更多。而玻璃微球的加入量15%以上就具有較好的降溫效果。在鍍鎳空心玻璃微球的含量達到16%以上時，降溫效果就非常突出。鍍鎳玻璃微球的加入，也可以使得材料的吸波性能提高，為使材料偏向于優異的隔熱和熱紅外隱身性能，在吸波劑中可單獨使用或增大鍍鎳空心玻璃微珠的含量，在鍍鎳空心玻璃微珠含量為25%時，其在30 150°C之間，降溫達2 15°C，在140°C左右時，最大降溫達15°C。為使材料偏向于雷達隱身，可在由鍍鎳空心玻璃微珠中加入鐵纖維和/或鍍鎳碳纖維組成的吸波齊U，鍍鎳玻璃微球與兩種至少之一的纖維構成導電吸波網絡，在鐵纖維與鍍鎳空心玻璃微珠含量為1:5，且吸波劑在粘結劑中的含量達到50%時，在8 18GHz波段，平均反射率小于-10dB。為降低材料的面密度，而又使材料具有較好吸波性能，可在由鍍鎳空心玻璃微珠和鐵纖維組成的吸波劑中適當提高鍍鎳碳纖維含量，在鍍鎳碳纖維與鐵纖維質量比為1:4時，綜合面密度與吸波效果最佳。
本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料，為了適應各種使用的要求，需要有較小的面密度。使用鍍鎳空心玻璃微球，可以降低材料的面密度，使得材料輕軟。鐵纖維的加入會使得材料的面密度顯著增加。為了保證材料的面密度較低，可以在吸波劑中加入鍍鎳碳纖維，同時減少鐵纖維的加入量，這樣，就可以得到吸波效果好，同時面密度較低、既具有良好的隔熱、阻燃效果，又有良好的吸波特性的材料。本材料當其整體厚度為0.5mm 2mm時，面密度為0.5 4. 5Kg/m2。本材料在30°C 150°C范圍內，降溫幅度達2°C 15°C，氧指數最大達45%。如果考慮偏重吸收微波，所述吸波劑可以是包含較多的鐵纖維和/或鍍鎳碳纖維；如果考慮偏重吸收紅外線，所述吸波劑可以是包含多一些鍍鎳空心玻璃微珠。如下是一些優選方案所述吸波劑只是包括鍍鎳玻璃微球，其與粘結劑的質量比為(0. 176^0. 429), BP粘結劑的比例在15 30%。優選鍍鎳玻璃微球與粘結劑的質量比為0. 25:1。所述吸波劑包括鍍鎳空心玻璃微球、鍍鎳碳纖維和羰基多晶鐵纖維，其吸波劑與粘結劑的質量比為(0. 190^0.923) :1，鍍鎳空心玻璃微球鍍鎳碳纖維羰基多晶鐵纖維=3:1:8,或者為 1:1:6。所述吸波劑包括鍍鎳空心玻璃微球和鍍鎳碳纖維，該吸波劑與粘結劑的質量比為
0.25、. 667:1，鍍鎳空心玻璃微球和鍍鎳碳纖維為2:3。所述吸波劑包括鍍鎳空心玻璃微球和多晶鐵纖維，該吸波劑與粘結劑的質量比為
0.25、. 667:1，鍍鎳空心玻璃微球和鍍鎳碳纖維為2:3。所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與鍍鎳碳纖維的質量比為I (0. 5 2)。所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與多晶鐵纖維的質量比為I (0. 05 I. 5)。所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維的質量比為:1 :(0. ro =(Te)0
所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其中的鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維的質量比為1:4。所述的網布可以是增強網布，該增強網布可以是指聚酯纖維網、玻璃纖維網或不銹鋼網。所述鍍鎳空心玻璃微珠，采用鈀活化、化學鍍工藝獲得，使得該鍍鎳空心玻璃微珠具有導電和軟磁性能。所得鍍鎳空心玻璃微珠粒徑優選為8 100 U m，鍍層均勻、致密，鍍層含鎳量大于95%。所述鍍鎳碳纖維，采用鈀活化、化學鍍工藝獲得，使得該鍍鎳碳纖維具有導電和軟磁性能。
所得鍍鎳碳纖維優選直徑I 7 ii m，長度50 200 U m。所述多晶鐵纖維，由五羰基鐵Fe (CO) 5采用磁引導氣相分解法(MOCVD)制得。多晶鐵纖維優選成圓柱形，直徑I 3iim,長度100 200 ii m。上述材料的獲得方法均為現有技術。所述網布為聚酯纖維網布、或玻璃纖維網布、或不銹鋼網布。所述網布的厚度一般50 500lim。所述粘結劑是由聚氯乙烯、增塑劑和抗氧化劑混配而成，其配比為100 (20-150) (0-3)，該比例為重量比。其中的增塑劑一般為D0P。其中的抗氧化劑一般為Sb2O3。本發明的另一個目的是提供所述阻燃隔熱、吸波材料的制備方法，具體包括以下幾個步驟步驟I :制備吸波劑，所述吸波劑包括鍍鎳空心玻璃微珠，還包括鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維中的至少一種其中，采用鈀活化、化學鍍的方法制備鍍鎳空心玻璃微珠，采用鈀活化、化學鍍的方法制備鍍鎳碳纖維，和/或采用磁引導氣相分解法(MOCVD)制備羰基多晶鐵纖維；步驟2 :配制粘結劑將聚氯乙烯、增塑劑及抗氧化劑按照100 :(20-150) (0-3)的比例，配制粘結劑；步驟3 :將步驟I制備的吸波劑和步驟2制備的粘結劑按照設定比例混合，并均勻分散，制成糊狀物，即涂層材料；步驟4 :將步驟3制成的涂層材料涂覆到網布的兩個側面上達到設定厚度，刷涂之后，放入模具中，170°C延壓成形。進一步地，步驟4的涂覆操作可以采用二次涂覆，第一次涂覆粘結劑涂層，將網布兩側均勻刷涂涂層材料為設定厚度的50-80%，并150-180°C條件下固化15-30min，自然冷卻，然后進行二次刷涂達到設定厚度。在第一次涂覆后，材料上可能出現氣泡，在第二次涂覆之前，可以將氣泡刺破。具體地，可以借助顯微鏡將預成型材料涂層中的汽泡用針刺破；去除氣泡的目的是保持涂層的均質性，也保證涂層中吸波粉體的密實填充。本發明所說粘結劑由聚氯乙烯、增塑劑和抗氧化劑組成，具有優異的阻燃隔熱性能，其阻燃氧指數最大可達45%。在本發明提供的制備方法中，步驟I配制粘結劑中，聚氯乙烯、增塑劑(DOP)和抗氧化劑(Sb2O3)可以按照100 50 2的質量比均勻分散成糊狀物。步驟2中，對于鍍鎳空心玻璃微珠的鍍鎳在采用鈀活化、化學鍍鎳之后，可進行450°C鍍層 熱處理步驟。對于碳纖維鍍鎳在采用鈀活化、化學鍍鎳之后可進行750°C鍍層熱處理的步驟。本發明具有以下優點本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料通過在聚氯乙烯粘結劑中添加吸波劑，可以兼具阻燃隔熱和吸波功能。本發明所述材料可以在具有良好的阻燃隔熱性能的同時具有較高的吸波強度、較寬的吸波頻帶、較小的面密度。可用于吸波遮障和電磁屏蔽等。將幾種輕質吸波材料混配作為吸波劑，并以具有阻燃、隔熱性能的高分子材料為基體，制備輕質的阻燃隔熱、吸波材料具有現實的意義。鍍鎳空心玻璃微珠和碳纖維是兩種輕質非金屬材料，采用鈀活化化學鍍鎳的方法可以在其表面形成具有一定導電和軟磁性能的鎳鍍層，其與具有優異磁損耗的多晶鐵纖維按照一定比例混配，可以制成對不同波段具有良好吸波性能的吸波粉體。這種吸波粉體與具有阻燃性能的聚氯乙烯通過壓延成形就可制備出集阻燃、隔熱、吸波于一身的輕質材料。
圖I是本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料的斷面結構簡圖。圖2是本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料中所添加的吸波劑中鍍鎳空心玻璃微珠和未鍍鎳的空心玻璃微珠的SEM圖。圖3本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料中所添加的吸波劑中鍍鎳碳纖維和未鍍鎳的碳纖維的SEM圖。圖4是本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料中所添加的吸波劑中鐵纖維和其局部放大的SEM圖。鐵纖維不需鍍鎳。圖5為本發明提供的粉體中三種組份的比例為Ni-GB/Ni_CF/MIF=l :0.5:4的吸波齊IJ與不同量的粘結劑混合得到的阻燃隔熱、吸波材料的氧指數圖。圖6為本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料的降溫效果圖，其中的H為吸波劑粉體，質量比為(Ni-GB/Ni-CF/Fe=3:1:8)。圖7為本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料的吸波性能效果圖，吸波劑中只包含鍍鎳空心玻璃微球。圖8為本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料的吸波性能效果圖，吸波劑中包括鍍鎳空心玻璃微球和鍍鎳碳纖維，質量比為鎳空心玻璃微球鍍鎳碳纖維=2:3，通過占空比計算，并結合電子顯微鏡觀察，在這個比例上，二者能在機體中形成最好的導電吸波網絡。圖9為為本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料的吸波性能效果圖，吸波劑中的H為吸波劑粉體，質量比為(Ni-GB/Ni-CF/Fe=3:1:8)。
具體實施例方式下面將通過實例對發明做進一步詳細說明，但下述的實例僅僅是本發明其中的例子而已，并不代表本發明所限定的權利保護范圍。如圖I所示，本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料，其包括一個基層2，其為網布，是增強網布。所述網布可以為聚酯纖維網布、或玻璃纖維網布、或不銹鋼網布。基層2兩側涂覆粘結劑涂層材料外涂層I和材料內涂層3。所述粘結劑涂層為聚氯乙烯粘結劑涂層；在所述粘結劑涂層中包括吸波劑，所述吸波劑包括鍍鎳玻璃微珠，所述吸波劑的加入量為吸波劑粉體粘結劑=0. 17 I . 85: I。所述吸波劑還可以包括鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維中的至少一種；所述吸波劑的加入量即其與粘結劑的比例以質量比計為所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球與鍍鎳碳纖維和/或多晶鐵纖維的質量比為1 (0 3):(0 4)。所述吸波劑的加入量即其與粘結劑的比例優選為0. 389^1. 85: I。所述吸波劑的加入量即其與粘結劑的比例優選為0. 19^1. 222: I。所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與所述粘結劑的比例為吸波劑粘結劑=0. 176 0. 429 10所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與鍍鎳碳纖維的質量比為I (0. 5 2);或者，所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與多晶鐵纖維的質量比為I (0. 05 I. 5)。下面是一些具體實施例實施例I :在聚氯乙烯粘結劑中加入吸波劑，吸波劑與粘結劑的比例是12 13,吸波劑中包括鍍鎳空心玻璃微球，同時還加入鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維，三種組份的質量比為3:1:8。網布為聚酯纖維網布，厚度為100微米。所述聚氯乙烯粘結劑是由聚氯乙烯、增塑劑和抗氧化劑混配而成，其配比為100 50 :2，該比例為重量比。鍍鎳空心玻璃微珠和鍍鎳碳纖維采用鈀活化、化學鍍工藝獲得。阻燃隔熱、吸波材料的制備方法為步驟I :制備吸波劑(I)空心玻璃微珠具體的鈀活化、化學鍍方法是首先，對于空心玻璃微珠進行預處理表面除油處理，空心將玻璃微珠放入30g/L NaOH或40g/L Na2C03溶液中，進行磁力攪拌，攪拌速度為400r/s，攪拌I小時取出；再將空心玻璃微珠進行丙酮整面，放入丙酮與水體積比為1:1的溶液中，在超聲波清洗儀中清洗2小時。其次對空心璃微珠進行表面偶聯處理按I: I的質量比將硅烷偶聯劑(KH-550)與水配成均勻溶液，將溶液滴入經過上述預處理后的玻璃微珠中，充分混合I小時，成糊狀。然后將其放入烘箱中，80°C恒溫3小時。再對空心玻璃微球進行鈀活化將氯化鈀溶液(0. 5g/L)加入燒杯中，滴加濃鹽酸(0. 2mol / L)，緩慢升溫至70°C，加入氯化亞錫溶液(20g/L)，保溫、同時磁力攪拌30分鐘，配制敏化活化液；將偶聯后玻璃微珠放入敏化活化液中進行活化。按如表I的比例配制化學鍍鎳溶液。
表I玻璃微珠鍍鎳所用溶液配方
權利要求
1.一種阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于包括一個基層，該基層為網布，其兩側涂覆粘結劑涂層，所述粘結劑涂層為聚氯乙烯粘結劑涂層；在所述粘結劑涂層中包括吸波劑，所述吸波劑包括鍍鎳玻璃微珠；所述吸波劑的加入量以質量比計為吸波劑粉體粘結劑=0. 17 I. 85:1。
2.如權利要求I所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，還包括鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維中的至少一種。
3.如權利要求I或2所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，所述吸波劑的加入量即其與粘結劑的比例以質量比計為吸波劑粘結劑=0. 389 I. 85:1 ;或者，吸波劑粘結劑=0. 19 I. 222:1 ;或者， 吸波劑粘結劑=12:13。
4.如權利要求I或2或3所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球與鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維的質量比為1 ((T3) ((T4);和/或， 所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與所述粘結劑的比例為吸波劑粘結劑=0. 176 0. 429 1 ;或者， 所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與鍍鎳碳纖維的質量比為1 (0. 5 2);或者， 所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與多晶鐵纖維的質量比為1 (0. 05 I. 5);或者， 所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其與鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維的質量比為1 :(0. I I) :(1 6);或者， 所述吸波劑中鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，其中的鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維的質量比為1:4 ;或者， 吸波劑包括鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，還包括鍍鎳碳纖維和羰基多晶鐵纖維，該吸波劑與粘結劑的質量比為(0. 19(T0. 923) :1，鍍鎳空心玻璃微球鍍鎳碳纖維羰基多晶鐵纖維=3:1:8,或者為1:1:6 ;或者， 吸波劑包括鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，還包括鍍鎳碳纖維，該吸波劑與粘結劑的質量比為0. 25^0. 667:1，鍍鎳空心玻璃微球和鍍鎳碳纖維的質量比為2:3 ;或者， 吸波劑包括鍍鎳玻璃微球為鍍鎳空心玻璃微球，還包括多晶鐵纖維，該吸波劑與粘結劑的質量比為0. 25、. 667:1，鍍鎳空心玻璃微球和多晶鐵纖維的質量比為2:3。
5.如權利要求I所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，所述網布為聚酯纖維網布、或玻璃纖維網布、或不銹鋼網布。
6.如權利要求I至5之一所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，所述聚氯乙烯粘結劑是由聚氯乙烯、增塑劑和抗氧化劑混配而成，其質量比為100 :(20-150) : (0-3)。
7.如權利要求6所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，粘結劑中，增塑劑為DOP，抗氧化劑為Sb2O3，聚氯乙烯、增塑劑和抗氧化劑按照100 50 2的質量比均勻分散成糊狀物。
8.如權利要求I至7之一所述的阻燃隔熱、吸波材料，其特征在于，其整體厚度為.0. 5謹 2謹，面密度為0. 5 4. 5Kg/m2，在30°C 150°C范圍內，降溫幅度達2°C 15°C，氧指數最大達45%。
9.一種如權項I至8所述的阻燃隔熱、吸波材料的制備方法，其特征在于，包含以下幾個步驟 步驟I :制備吸波劑，所述吸波劑包括鍍鎳玻璃微球，還包括鍍鎳碳纖維和多晶鐵纖維中的至少一種其中，采用鈀活化、化學鍍的方法制備鍍鎳玻璃微珠、鍍鎳碳纖維；采用磁引導氣相分解法(MOCVD)制備多晶鐵纖維； 步驟2 :配制粘結劑將聚氯乙烯、增塑劑及抗氧化劑按照100 :(20-150) :(0-3)的比例，配制粘結劑； 步驟3 :將步驟I制備的吸波劑和步驟2制備的粘結劑按照設定比例混合，并均勻分散，制成糊狀物，即涂層材料； 步驟4 :將步驟3制成的涂層材料涂覆到網布的兩個側面上達到設定厚度，刷涂之后，放入模具中，170°C延壓成形。
10.根據權利要求9所述的阻燃隔熱、吸波材料的制備方法，其特征在于，步驟4的涂覆操作采用二次涂覆，第一次涂覆粘結劑涂層，將網布兩側均勻刷涂涂層材料為設定厚度的50-80%，并150-180°C條件下固化15-30min，自然冷卻，然后進行二次刷涂達到設定厚度；或者， 步驟4的涂覆操作采用二次涂覆，第一次涂覆粘結劑涂層，將網布兩側均勻刷涂涂層材料為設定厚度的50-80%，并150-180°C條件下固化15-30min，自然冷卻，然后進行二次刷涂達到設定厚度；在第二次涂覆之前去除預成型材料涂層中的汽泡；或者， 配制粘結劑中，聚氯乙烯、增塑劑(DOP)和抗氧化劑(Sb2O3)按照100 50 2的質量比均勻分散成糊狀物。
全文摘要
本發明提供一種阻燃隔熱、吸波材料，其包括一個基層，該基層為網布，其兩側涂覆粘結劑涂層，所述粘結劑涂層為聚氯乙烯粘結劑涂層；在所述粘結劑涂層中包括吸波劑，所述吸波劑包括鍍鎳玻璃微珠；所述吸波劑的加入量以質量比計為吸波劑粉體:粘結劑=0.17~1.85:1。本發明還提供該材料的制備方法。本發明提供的阻燃隔熱、吸波材料通過在聚氯乙烯粘結劑中添加吸波劑，可以兼具阻燃隔熱和吸波功能。本發明所述材料可以在具有良好的阻燃隔熱性能的同時具有較高的吸波強度、較寬的吸波頻帶、較小的面密度。可用于吸波遮障和電磁屏蔽等。
文檔編號D06M11/83GK102746823SQ20121018275
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者于鶴龍, 廖樂平, 張偉, 張紓, 王思捷, 趙陽, 馬萬鵬 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院