[go: up one dir, main page]

CN107033544B - 一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107033544B
CN107033544B CN201710216052.6A CN201710216052A CN107033544B CN 107033544 B CN107033544 B CN 107033544B CN 201710216052 A CN201710216052 A CN 201710216052A CN 107033544 B CN107033544 B CN 107033544B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon carbide
nano
absorbent
carbide fibre
reinforcing body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710216052.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107033544A (zh
Inventor
望红玉
江红涛
薛云龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201710216052.6A priority Critical patent/CN107033544B/zh
Publication of CN107033544A publication Critical patent/CN107033544A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107033544B publication Critical patent/CN107033544B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/10—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/02—Electrophoretic coating characterised by the process with inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/004—Additives being defined by their length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法，先将除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的纳米吸收剂均进行干燥；将干燥后的碳化硅纤维布附着在导电板上，然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块导电板作为负极；将干燥后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，进行电泳沉积，得到纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体；以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，其中基体占基体和吸收体总质量的30～50％，制得纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。本发明材料同时兼具良好的力学性能和吸波性能，材料结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。

Description

一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构 吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料领域，具体涉及一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法。
背景技术
与树脂基吸波涂层相比，树脂基结构吸波材料具有高比强度和比刚度、可设计性强、结构尺寸稳定性好等优点，已经成为吸波材料最具研究潜力的方向之一。随着隐身技术的发展，研制同时具有宽频带、高吸收、高强度等优良性能的树脂基结构吸波材料具有重要的现实意义。目前对树脂基结构吸波材料吸波性能的研究主要集中在基体电性能调节上，大部分集中于玻璃纤维/环氧树脂基复合材料的研究，其技术途径一般是在环氧树脂基体中添加各种导电填料，如炭黑(CB)、碳纳米管(CNTs)、石墨烯、碳纳米纤维、短切碳纤维、ZnO等等，但是仅仅通过调节基体电性能制备的结构吸波材料往往不能兼得吸波性能和力学性能，这是由于结构吸波材料中玻璃纤维的体积分数高(50％-65％)且电导率低，需要高含量的纳米吸收剂提高其吸波性能，而高含量纳米吸收剂的加入会使树脂体系的粘度升高，造成了吸收剂在结构吸波材料内部分散均匀性降低，从而损害了结构吸波材料的力学性能。
专利CN 102218868A公开了一种碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，该吸波材料包括第一介质层、吸收层、第二介质层和反射层的多功能层叠加型结构，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维具有不同的电阻率，该复合材料成型工艺简单，但是不同结构层的介电设计难度大，而且不同介质层的厚度也会对吸波性能产生明显的影响。专利CN 102181153A公布了一种碳纳米管及功能化纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，将碳纳米管经过羧基功能化后，在碳纳米管上引入二元胺或者多元胺，将得到氨基化的碳纳米管与羧基化的碳纤维反应，得到表面接枝的碳纳米管的碳纤维，最后将得到功能化的碳纳米管和碳纤维应用于聚酰亚胺复合材料的制备中，可以利用碳纳米管的强度和韧性强化韧化碳纤维，改善碳纤维与树脂基体的粘结性能，提高复合材料的界面粘结强度，但是并没有对其吸波性能研究，而且由于碳纤维高电导率的特性，该复合材料也不会具有良好的吸波性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法，通过电泳沉积法，制得兼具良好的力学性能和吸波性能的树脂基结构吸波材料。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：
(1)取碳化硅纤维布进行除胶处理，取纳米吸收剂进行酸化处理，将除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的纳米吸收剂均进行干燥；
(2)将步骤(1)干燥后的碳化硅纤维布附着在导电板上，然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块导电板作为负极；将步骤(1)干燥后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，进行电泳沉积，得到纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体，其中纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％～9.5％；
(3)以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，其中基体占基体和吸收体总质量的30～50％，采用树脂基复合材料成型工艺，制得纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。
进一步地，步骤(1)中除胶处理的具体步骤是，将碳化硅纤维布放入丙酮中，在80～100W的超声波中清洗1～12小时。
进一步地，步骤(1)中酸化处理是将纳米吸收剂放入到浓硝酸中，在50℃～90℃处理5h～24h，其中浓硝酸的质量为纳米吸收剂的质量8～30倍。
进一步地，碳化硅纤维布中碳化硅纤维的电导率在1～1.6S/cm或电导率在10-6～10-4S/cm。
进一步地，纳米吸收剂采用管径为5～100nm以及长度为2～15um的碳纳米管，或者厚度为0.8～1nm以及颗粒尺寸为0.2～0.6um的石墨烯。
进一步地，步骤(1)中的干燥均是在50～100℃烘干。
进一步地，步骤(2)中有机溶剂是丙酮、N-N二甲基乙酰胺或乙醇；步骤(2)中纳米吸收剂在有机溶剂中的质量分数在1％～10％。
进一步地，步骤(2)中电泳沉积的电压在20V～100V，电泳沉积的时间在1～24h。
进一步地，步骤(3)中，耐高温树脂为环氧树脂或有机硅树脂，且树脂基复合材料成型工艺为手糊成型工艺；或者耐高温树脂是聚酰亚胺树脂或聚苯并恶唑树脂，树脂基复合材料的成型工艺为模压成型工艺。
一种利用如上所述制备方法制得的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提出来一种碳化硅纤维增强树脂基结构吸波材料的制备方法，通过采用电泳沉积法将纳米吸收剂沉积到碳化硅纤维的表面获得纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体，然后再以耐高温树脂为基体，利用纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体制备结构吸波材料，使其同时兼具良好的力学性能和吸波性能，满足武器中温部位对雷达波隐身和承载能力的要求，也可应用于防电磁辐射等领域，解决了传统多层结构吸波材料介电设计难度大，制备工艺复杂，力学性能偏低的问题。
本发明材料的弯曲强度在235～594MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是3.5～7.6GHz，产品结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。
附图说明
图1为实施例2手糊工艺制备的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强耐高温树脂结构吸波材料的实物图。
图2为实施例4模压工艺制备的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体耐高温树脂结构吸波材料的反射率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明中碳化硅纤维增强树脂基吸波材料中增强体是二维碳化硅纤维布，基体是耐高温树脂。碳化硅纤维的电导率在1～1.6S/cm或电导率在10-6～10-4S/cm。
本发明纳米吸收剂采用碳纳米管或石墨烯，其中，碳纳米管的最佳管径为5～100nm，长度为2～15um；石墨烯厚度为0.8～1nm，颗粒尺寸为0.2～0.6um。
本发明制备方法，包括以下工艺步骤：
步骤1、选取不同电导率的二维碳化硅纤维布和不同颗粒尺寸的纳米吸收剂。
步骤2、将上述的碳化硅纤维布放入丙酮中进行除胶处理，在超声波中清洗1～12小时后放入烘箱中烘干；超声波功率为80～100W。将上述纳米吸收剂放入到质量分数约为65％的浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为纳米吸收剂的8～30倍，酸化处理温度为50℃～90℃，处理时间为5h～24h，将进行除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的纳米吸收剂放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为50～100℃。
步骤3、将步骤2得到的碳化硅纤维布附着在金属铜板上然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块金属铜板作为负极，将步骤2得到酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，如丙酮、N-N二甲基乙酰胺、乙醇中，其中纳米吸收剂在有机溶剂中的质量分数在1％～10％。调控电泳沉积过程中电压的大小20V～100V，电泳沉积时间1～24h，得到不同纳米吸收剂沉积含量的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体的制备，其中纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％～9.5％。金属铜板可以替换成其他具有良好导电性质的板材，如导电石墨板等。
步骤4、以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，采用树脂基复合材料成型工艺，制备纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。其中，基体占基体和吸收体总质量的30～50％，不能过低或者过高，否则制得的吸波材料的力学性能偏低。
其中，树脂基复合材料成型工艺是根据不同树脂，采用其适用的固化工艺；当耐高温树脂是指环氧树脂、有机硅树脂，树脂基复合材料的成型工艺为手糊成型工艺；当耐高温树脂是指聚酰亚胺树脂、聚苯并恶唑树脂，树脂基复合材料的成型工艺为模压成型工艺。
本发明以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体制备吸波材料，使该吸波材料具有一定的力学性能和吸波性能。本发明的特点是选用的耐高温树脂如环氧树脂、有机硅树脂等可采用简单的手糊工艺进行制备；如聚酰亚胺树脂、聚苯并恶唑树脂等可采用模压成型工艺。本发明的优点是操作简单，所得产品结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。而且所用的树脂基体都是综合性能优异，耐温性良好的树脂，这使本发明制备的复合材料的使用范围大大的扩大。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以环氧树脂作为基体，碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为二维碳化硅纤维布，碳化硅纤维编织布电导率为1S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为70wt％，环氧树脂基体的含量为30wt％。
本实施例还提出了一种制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强环氧树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为1S/cm的二维碳化硅纤维编织布和管径为5nm，长度为15um的碳纳米管。
步骤2、将上述碳化硅纤维布剪裁为6片，每片的规格为45mm*45mm。将裁剪好的碳化硅纤维布放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中超声1小时，超声波功率为80W。将上述碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳纳米管的8倍，酸化处理温度为50℃，处理时间为5h，将进行除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为50℃。
步骤3、将步骤2得到的碳化硅纤维布附着在铜板上然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块金属铜板作为负极，将步骤2得到酸化处理后的碳纳米管分散在有机溶剂丙酮中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数为1％。调控电泳沉积过程中电压的大小20V，电泳沉积时间1h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％。
步骤4、用电子分析天平准确称量6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以环氧树脂为树脂基体，聚酰胺为固化剂，二者质量配比为4:1，用电子分析天平准确称量环氧树脂和固化剂的质量，其中环氧树脂和固化剂的质量和碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为3:7。
步骤5、采用手糊工艺法制备复合材料，将均匀混合后的环氧树脂和固化剂浆料用刷子均匀的涂刷到6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体上，然后整齐排列成预制体，预制体在室温下放置2小时后放入烘箱中，以3℃/min的升温速率升温到120℃并保温1h，完成预制体的固化成型，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强环氧树脂基吸波材料。该复合材料的弯曲强度可以达到398MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是3.5GHz。
实施例2
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以有机硅树脂作为基体，碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为二维碳化硅纤维布，碳化硅纤维编织布用电导率为1.6S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为3.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为60wt％，有机硅树脂基体的含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强有机硅树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为1.6S/cm的二维碳化硅纤维编织布和管径为20nm，长度为10um的碳纳米管。
步骤2、将上述碳化硅纤维布剪裁为6片，每片的规格为45mm*45mm。将裁剪好的碳化硅纤维布放入丙酮中进行除胶处理，在超声波中清洗6小时，超声波功率为100W。将上述碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳纳米管的16倍，酸化处理温度为70℃，处理时间为10h，将进行除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为80℃。
步骤3、将步骤2得到的碳化硅纤维布附着在铜板上然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块金属铜板作为负极，将步骤2得到酸化处理后的碳纳米管分散在有机溶剂乙醇中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数为3.5％。调控电泳沉积过程中电压的大小40V，电泳沉积时间6h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为3.5％。
步骤4、用电子分析天平准确称量6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以有机硅树脂为树脂基体，其中有机硅树脂的质量和碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为4:6。
步骤5、采用手糊工艺法制备复合材料，将有机硅树脂用刷子均匀的涂刷到6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体上，然后整齐排列成预制体，预制体在室温下放置2小时后放入烘箱中。预制体固化的温度为梯度变化，具体是，从室温以3℃/min的升温速率至150℃并保温30min。保温结束后，将烘箱以3℃/min的升温速率升温至180℃，保温1h，然后将烘箱以3℃/min的升温速率升温至280℃，保温40min；至此完成固化得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强有机硅树脂结构吸波材料。制得的吸波材料如图1所示，结构完整性好，该复合材料的弯曲强度可以达到440MPa，抗冲击性强，不易分层；在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是4.7GHz。
实施例3
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以聚苯并恶唑树脂作为基体，碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为二维碳化硅纤维布，碳化硅纤维编织布用电导率为10-6S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为9.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为50wt％，聚苯并恶唑树脂基体的含量为50wt％。
本实施例还提出了一种制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚苯并恶唑树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为10-6S/cm的二维碳化硅纤维编织布和管径为100nm，长度为2um的碳纳米管。
步骤2、将上述碳化硅纤维布剪裁为6片，每片的规格为45mm*45mm。将裁剪好的碳化硅纤维布放入丙酮中进行除胶处理，在超声波中清洗1小时，超声波功率为100W。将上述碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳纳米管的30倍，酸化处理温度为90℃，处理时间为24h，将进行除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为100℃。
步骤3、将步骤2得到的碳化硅纤维布附着在铜板上然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块金属铜板作为负极，将步骤2得到酸化处理后的碳纳米管分散在有机溶剂N-N二甲基乙酰胺中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数为10％。调控电泳沉积过程中电压的大小80V，电泳沉积时间24h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为9.5％。
步骤4、用电子分析天平准确称量6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以聚苯并恶唑树脂为树脂基体，用电子分析天平准确称量聚苯并恶唑树脂的质量，其中聚苯并恶唑树脂的质量和碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为5:5。
步骤5、采用模压工艺成型复合材料，将聚苯并恶唑均匀的涂刷到6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体上制备成预制件，将预制件放入真空烘箱，抽真空以排除预制件中的气泡，在真空度为0.08MPa的条件下保持30min，然后恢复至常压状态。
步骤6、将步骤5的预制件从室温开始升温，升温速度5℃/min,升温至120℃保温30min，同时施加压力5MPa，保温结束后卸去压力，完成结构吸波复合材料的制作加工。该复合材料的弯曲强度可以达到235MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是5.6GHz。
实施例4
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以聚酰亚胺树脂作为基体，石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为二维碳化硅纤维布，碳化硅纤维编织布用电导率为10-4S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为7.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为60wt％，聚酰亚胺树脂基体的含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为10-4S/cm的二维碳化硅纤维编织布和厚度为0.8nm，颗粒尺寸为0.6um的石墨烯。
步骤2、将上述碳化硅纤维布剪裁为6片，每片的规格为45mm*45mm。将裁剪好的碳化硅纤维布放入丙酮中进行除胶处理，在超声波中清洗10小时，超声波功率为90W。将上述碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳纳米管的24倍，酸化处理温度为70℃，处理时间为8h，将进行除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为80℃。
步骤3、将步骤2得到的碳化硅纤维布附着在铜板上然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块金属铜板作为负极，将步骤2得到酸化处理后的碳纳米管分散在有机溶剂丙酮中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数为8.5％。调控电泳沉积过程中电压的大小100V，电泳沉积时间12h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为7.5％。
步骤4、用电子分析天平准确称量6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以聚酰亚胺树脂为树脂基体，用电子分析天平准确称量聚酰亚胺前驱体聚酰胺酸的质量，其中聚酰胺酸转化为聚酰亚胺的转化率为40％，其中聚酰胺酸的质量和石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为10:6。
步骤5、采用模压工艺成型复合材料，将聚酰胺酸溶液均匀的涂刷到石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体上制备预制件。将涂刷后的预制件放入真空烘箱，抽真空以排除预制件中的气泡，在真空度为0.08MPa的条件下保持10min，然后恢复至常压状态。将预制件从室温开始升温，升温速度5℃/min,升温至240℃保温2小时。
步骤6、将步骤5处理后预制件放置于模具中，在液压机上加压。以3℃/min的升温速率升温至300℃，开始施加压力15MPa并保温30min，然后继续以3℃/min的升温速率升温至370℃，保温1小时，保温结束后卸去压力，完成结构吸波复合材料的制作加工。如图2所示，该复合材料的弯曲强度可以达到594MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是7.6GHz。
实施例5
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以聚酰亚胺树脂作为基体，石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为二维碳化硅纤维布，碳化硅纤维编织布用电导率为10-4S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为6％。复合材料中多尺度增强体的含量为60wt％，聚酰亚胺树脂基体的含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为10-4S/cm的二维碳化硅纤维编织布和厚度为1nm，颗粒尺寸为0.2um的石墨烯。
步骤2、将上述碳化硅纤维布剪裁为6片，每片的规格为45mm*45mm。将裁剪好的碳化硅纤维布放入丙酮中进行除胶处理，在超声波中清洗12小时，超声波功率为100W。将上述石墨烯放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为石墨烯的30倍，酸化处理温度为80℃，处理时间为18h，将进行除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的石墨烯放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为90℃。
步骤3、将步骤2得到的碳化硅纤维布附着在铜板上然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块金属铜板作为负极，将步骤2得到酸化处理后的石墨烯分散在有机溶剂乙醇中，其中石墨烯在有机溶剂中的质量分数为8％。调控电泳沉积过程中电压的大小70V，电泳沉积时间10h，得到石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体，其中石墨烯在石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为6％。
步骤4、用电子分析天平准确称量6层碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以聚酰亚胺树脂为树脂基体，用电子分析天平准确称量聚酰亚胺前驱体聚酰胺酸的质量，其中聚酰胺酸转化为聚酰亚胺的转化率为40％，其中聚酰胺酸的质量和石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为10:6。
步骤5、采用模压工艺成型复合材料，将聚酰胺酸溶液均匀的涂刷到石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体上制备预制件，将涂刷后的预制件放入真空烘箱，抽真空以排除预制件中的气泡，在真空度为0.08MPa的条件下保持10min，然后恢复至常压状态。将预制件从室温开始升温，升温速度5℃/min,升温至240℃保温2小时。
步骤6、将步骤5处理后预制件放置于模具中，在液压机上加压。以3℃/min的升温速率升温至300℃，开始施加压力15MPa并保温30min，然后继续以3℃/min的升温速率升温至370℃，保温1小时，保温结束后卸去压力，完成结构吸波复合材料的制作加工。该复合材料的弯曲强度可以达到594MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是6.1GHz。
本发明制得的碳化硅纤维布增强树脂结构吸波材料集吸波和承载功能于一体，易于成型，结构简单。
本发明纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体是通过电泳沉积法将上述的纳米吸收剂沉积到二维碳化硅纤维布，通过调控电泳沉积的时间、电泳沉积的电压、溶液浓度等因素，实现不同纳米吸收剂沉积含量的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体的制备，其中调控电泳沉积的时间越长、电泳沉积的电压越大、溶液浓度越高，纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数越高，一般为0.5％-9.5％。
本发明制备的复合材料可以实现良好的吸波性能和力学性能，通过沉积纳米吸收剂含量的调控，可以实现不同电导率纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体的制备，达到对复合材料介电性能进行调节，进而调节吸波性能的目的，而且使复合材料具有良好的力学性能，满足复合材料部件轻量化的要求。

Claims (10)

1.一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取碳化硅纤维布进行除胶处理，取纳米吸收剂进行酸化处理，将除胶处理后的碳化硅纤维布和酸化处理后的纳米吸收剂均进行干燥；
(2)将步骤(1)干燥后的碳化硅纤维布附着在导电板上，然后连接到电泳沉积仪的正极，另一块导电板作为负极；将步骤(1)干燥后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，进行电泳沉积，得到纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体，其中纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％～9.5％；
(3)以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，其中基体占基体和吸收体总质量的30～50％，采用树脂基复合材料成型工艺，制得纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料；
步骤(3)中，耐高温树脂为环氧树脂或有机硅树脂；或者耐高温树脂是聚酰亚胺树脂或聚苯并恶唑树脂。
2.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中除胶处理的具体步骤是，将碳化硅纤维布放入丙酮中，在80～100W的超声波中清洗1～12小时。
3.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中酸化处理是将纳米吸收剂放入到浓硝酸中，在50℃～90℃处理5h～24h，其中浓硝酸的质量为纳米吸收剂的质量8～30倍。
4.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：碳化硅纤维布中碳化硅纤维的电导率在1～1.6S/cm或电导率在10-6～10-4S/cm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：纳米吸收剂采用管径为5～100nm以及长度为2～15μ m的碳纳米管，或者厚度为0.8～1nm以及颗粒尺寸为0.2～0.6μm的石墨烯。
6.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的干燥均是在50～100℃烘干。
7.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中有机溶剂是丙酮、N-N二甲基乙酰胺或乙醇；步骤(2)中纳米吸收剂在有机溶剂中的质量分数在1％～10％。
8.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中电泳沉积的电压在20V～100V，电泳沉积的时间在1～24h。
9.根据权利要求1所述的一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，耐高温树脂为环氧树脂或有机硅树脂时，树脂基复合材料成型工艺为手糊成型工艺；或者耐高温树脂是聚酰亚胺树脂或聚苯并恶唑树脂时，树脂基复合材料的成型工艺为模压成型工艺。
10.一种利用权利要求1所述制备方法制得的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。
CN201710216052.6A 2017-04-01 2017-04-01 一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法 Active CN107033544B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710216052.6A CN107033544B (zh) 2017-04-01 2017-04-01 一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710216052.6A CN107033544B (zh) 2017-04-01 2017-04-01 一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107033544A CN107033544A (zh) 2017-08-11
CN107033544B true CN107033544B (zh) 2019-03-22

Family

ID=59534045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710216052.6A Active CN107033544B (zh) 2017-04-01 2017-04-01 一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107033544B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108360251A (zh) * 2018-01-30 2018-08-03 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种表面为石墨烯的碳化硅多晶壳核吸波颗粒及其制备方法以及在纺织整理中的应用
CN108252114B (zh) * 2018-02-09 2020-12-29 青海大学 一种碳化硅纤维布增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法
CN108437579A (zh) * 2018-05-16 2018-08-24 山东天磁新材料科技有限公司 一种耐高温吸波复合材料及其制备方法
CN112301743B (zh) * 2020-10-30 2023-04-18 西安工程大学 电泳沉积空心微球负载碳纤维织物复合材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102628214A (zh) * 2012-04-09 2012-08-08 天津大学 一种碳纤维表面电沉积ZnO层复合材料及制备方法和应用
CN103408899A (zh) * 2013-07-16 2013-11-27 同济大学 一种类树结构微纳吸波剂/环氧树脂复合吸波材料的制备方法
CN103923601A (zh) * 2013-12-20 2014-07-16 西北工业大学 结构/吸波一体化复合材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102628214A (zh) * 2012-04-09 2012-08-08 天津大学 一种碳纤维表面电沉积ZnO层复合材料及制备方法和应用
CN103408899A (zh) * 2013-07-16 2013-11-27 同济大学 一种类树结构微纳吸波剂/环氧树脂复合吸波材料的制备方法
CN103923601A (zh) * 2013-12-20 2014-07-16 西北工业大学 结构/吸波一体化复合材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107033544A (zh) 2017-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107033544B (zh) 一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法
CN106967276B (zh) 纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法
Cheng et al. Transparent and flexible electromagnetic interference shielding materials by constructing sandwich AgNW@ MXene/wood composites
CN103554530A (zh) 导电连续纤维增强织物或预浸料及导电化处理方法
CN106671451B (zh) 纤维增强复合材料、其制备方法与应用
CN107177053B (zh) 一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法
CN103770431B (zh) 一种纳米添加层层间改性纤维金属复合材料的制备方法
CN104893601A (zh) 一种具有两种导电结构的导电胶膜及其制备方法
CN103937426A (zh) 一种导电的结构胶接材料及其制备方法
CN106189088A (zh) 一种碳纳米管‑氧化石墨烯混杂增强复合材料的制备方法
CN108406982B (zh) 地采暖地板基材用导热多功能复合人造板及其制造方法
CN107722595B (zh) 一种纤维-石墨烯-热塑性聚芳醚多尺度复合材料的制备方法
CN109049865B (zh) 一种三维传热通道复合材料及其制备方法
CN101328302B (zh) 一种环氧树脂基压电阻尼复合材料及其制备方法
CN110561779A (zh) 一种磁场取向碳纳米管增强纤维树脂基复合材料层间力学性能的方法
CN109788728A (zh) 一种轻质吸波暗室尖锥材料及其制备方法
CN107009710B (zh) 一种轻质宽频结构吸波板及其制备方法
CN107200997B (zh) 一种氧化物纳米线-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基的结构吸波材料及其制备方法
CN108252114B (zh) 一种碳化硅纤维布增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法
CN101186742B (zh) 形状记忆复合材料及其制备方法
CN115960435A (zh) 一种基于导电网络的碳纤维/酚醛树脂增强复合材料
JP4164572B2 (ja) 複合材料およびその製造方法
CN115558238A (zh) 超混杂导电树脂、预浸料、复合材料及材料的制备方法
CN109265919B (zh) 一种3d导热复合材料及其制备方法
CN103342026A (zh) 一种共固化结构阻尼材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant