[发明专利]一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及其制备方法。制备方法包括如下步骤：(1)将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC‑101、TMC‑102、TMC‑201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％；(2)功能化石墨烯浆料和发泡液的混合；(3)预聚合；(4)聚合。该方法制得的产品性能可靠，质量稳定，不仅能够起到吸收电磁波的效果，而且还具备轻质、宽频、易于加工的优点。

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料及制备方法。

背景技术

传统的吸波材料主要包括铁氧体、磁性金属微粉、陶瓷类材料等，比如羰基铁粉的饱和磁感应强度较高，在微波频段范围内磁导率高，有利于实现高吸收、低反射，采用羰基铁粉可以满足高频段微波吸收剂和抗干扰器件的要求。但是由于羰基铁粉与空气的阻抗匹配性不好，而且吸收带宽也比较窄，密度较大，这在一定程度上限制了它的应用。单独使用这些材料存在一些问题，比如密度大、稳定性差、吸收频带窄等，因而不能满足吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。这些问题的出现就促使人们探索新型的吸波材料，并且使得材料在宽频带内有较好的匹配特性，在较薄厚度下有较强的电磁波衰减能力，除此之外还有兼具有较小的面密度及良好的耐热耐候性能等要求。

设计、开发、制造吸收性能较好的轻质吸波材料，一直是专业技术领域努力的方向。通过将吸波剂加入到硬质聚氨酯泡沫体系，再注入到模具中反应发泡，或者将软质聚氨酯泡沫切割成预定形状，浸渍吸波剂溶液来制备聚氨酯泡沫复合吸波材料，这些材料已应用于微波暗室建造等方面。但是聚氨酯泡沫吸波材料的耐温性、比强度、比模量还处在较低的水平，同时由于吸收组分与基体的结合力不高，导致在使用时易出现吸收剂掉粉脱落的情况，从而影响了使用性能。相比于其它种类的泡沫，PMI泡沫抗疲劳性能最好，适合用于高载荷应用领域如机车、高速船舶、航天航空及风电叶片等。因此选择PMI作为基体材料，通过理论分析设计，复合或添加特定的低密度吸收组分如碳粉、碳纳米管、石墨烯、介孔碳等，可以获得轻质型高效吸波材料。

石墨烯将中的碳原子以六边形蜂窝结构形式有规则排列在二维平面空间，所有的碳原子共用离域π轨道电子，具有弛豫响应与极化共振特征，可以将电磁能量以转换的形式进行衰减。因此，将石墨烯与耐高温、高比强度、高比模量的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫复合可以获得轻质高强的复合吸波材料。

在将石墨烯与PMI泡沫复合的过程中，发明人发现，石墨烯与泡沫基体的复合存在技术障碍，石墨烯与PMI泡沫基体的复合效果对形成的复合吸波材料的吸波性能有直接影响。基于这一研究，发明人提出了本专利申请。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明解决的是如下一个或多个技术问题：

现有技术中吸波材料密度大、阻抗匹配差、吸收带宽窄、结构应用不够灵活的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种功能化石墨烯/聚甲基丙烯酰亚胺复合吸波材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将石墨烯、树脂、修饰剂、偶联剂、分散剂、润湿剂和有机溶剂混合均匀，得到功能化石墨烯浆料；其中，所述修饰剂选自KH550、KH560、KH570中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的1％～5％；所述偶联剂选自TMC-101、TMC-102、TMC-201中的任一种或多种，其质量为石墨烯质量的0.5％～2％；