一种导电泡沫填充芳纶蜂窝吸波复合材料及其制备方法和用途

本发明属于先进材料，具体涉及一种导电泡沫填充芳纶蜂窝吸波复合材料及其制备方法和用途。

背景技术：

1、如今，作为信息传输和雷达探测的关键工具，电磁波在通信技术和雷达探索领域取得了巨大的发展。然而，电磁波技术不可避免地会引发电磁干扰和电磁污染，对高精度仪器和人类健康造成负面影响。此外，为了满足隐身技术的需求，实现飞行器、舰船等装备雷达截面的减小至关重要。因此，为了解决电磁污染和实现装备的隐身性能，研究人员提出了一种可行的解决方案，即设计和开发电磁波吸收材料以吸收多余的电磁波能量。尽管在传统的微波吸收领域取得了很大的进展，但仍面临宽频吸收和承载能力受限等挑战，从而限制了实际应用的发展速度。开发并设计简单制备、宽频吸波、具有一定承载能力的吸波材料，以满足雷达探测和装备隐身等要求，具有重要的研究意义和应用价值。

2、新型碳基材料如石墨烯、碳纳米管、金属有机框架等不同于传统材料，具有重量轻、比表面积大、化学稳定性好、力学性能增强等特点。多壁碳纳米管是碳基吸波材料中的超级纤维，其拥有密度低、耐高温、弹性变形能力显著等突出优势。与其他碳基材料相比，多壁碳纳米管具有更高的介电损耗角正切、长径比、机械强度和极化效应，且能够更好地分散在基体中。此外，多壁碳纳米管还具有较好的稳定性和电损耗能力，是理想的微波吸收材料。但是多壁碳纳米管作为吸波填料形成吸波涂层时整体介电常数过高导致材料的阻抗匹配较差，影响其微波吸收性能。

3、为了解决上述多壁碳纳米管作为吸波填料效果不佳的问题，研究者进行了多种方案优化。如公告号为cn107365567b的专利利用磁性材料包覆降低介电常数，公告号为cn111500255b的专利利用钡铁氧体覆盖碳管以求良好的阻抗匹配。但是，众多优化方法均需要复杂的制备过程或引入其它材料包覆，这不仅难以精准控制而且对环境保护有巨大压力。因此，需要进一步优化多壁碳纳米管作为吸波填料制备吸波材料的方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种导电泡沫填充芳纶蜂窝吸波复合材料及其制备方法和用途。

2、本发明提供了一种芳纶蜂窝吸波复合材料，它是将由热膨胀微球和多壁碳纳米管混合后的混合物压入芳纶蜂窝孔内发泡而得。

3、进一步地，所述热膨胀微球和多壁碳纳米管的重量比为3:(3～7)。

4、进一步地，所述热膨胀微球和多壁碳纳米管的重量比为3:5。

5、进一步地，所述热膨胀微球的粒径为20～30μm，膨胀倍率为9～10倍，初始发泡温度为125～135℃，最佳发泡温度为165～180℃；

6、和/或，所述多壁碳纳米管的长度为15～30μm，管径为3～15μm，电阻率为1300-3000μω·m。

7、进一步地，所述热膨胀微球和多壁碳纳米管混合后的混合物压入芳纶蜂窝孔内前进行球磨，球磨时间为5～15min，转速为60～300r/min。

8、进一步地，所述发泡的方法包括如下步骤：

9、将由热膨胀微球和多壁碳纳米管混合后的混合物压入芳纶蜂窝孔内后，进行热压发泡；

10、优选地，所述热压发泡时，热压机上板温度为100～150℃，下板温度为90～140℃，压力为0.1～1.0mpa，热压时间为10～15min；

11、更优选地，所述热压发泡时，热压机上下两板温差为2～10℃，热压时间为15min。

12、进一步地，所述芳纶蜂窝的密度为32～160kg/m3，边长为1.83～5.50mm。

13、本发明还提供了前述的芳纶蜂窝吸波复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

14、(1)将热膨胀微球和多壁碳纳米管干混得到混合物；

15、(2)将步骤(1)得到的得到混合物压入芳纶蜂窝孔内发泡而得。

16、本发明还提供了前述的芳纶蜂窝吸波复合材料在制备吸波材料中的用途。

17、进一步地，所述吸波材料为隐身材料；

18、优选地，所述隐身材料为航空航天领域使用的隐身材料。

19、目前通常针对芳纶蜂窝芯的功能化主要有填充和浸渍两种制备工艺，虽然在吸波方面取得一定效果，但现有的研究中制备过程较复杂和有害试剂的应用是困扰大规模制备功能化芳纶蜂窝的两大问题。

20、公告号为cn109294519b的专利采用多层石墨烯海绵对芳纶蜂窝进行梯度填充，实现对电磁波宽频吸收和力学承载功能化复合材料的制备。原理在于还原后的石墨烯海绵具有一定的吸波能力，搭配梯度效应实现对电磁波的宽频吸收。然而其在得到石墨烯海绵的前置步骤包括氧化石墨烯的水凝胶制备、氧化石墨烯气凝胶的制备和氧化石墨烯气凝胶还原，其中涉及过程繁杂且有害试剂过多，导致控制变量困难难以进行大规模制备，且由于石墨烯海绵的力学性能有限致使整体的复合材料承载能力也受到限制。

21、公告号为cn109851995b的专利通过化学反应过程将三氯化铁、氯化亚铁和聚苯胺包覆在膨胀微球表面，该方法赋予了膨胀微球磁损耗和介电损耗使其具有对电磁波的多重损耗机制。但该方法制备过程复杂，其中包括共沉淀、原位聚合、树脂共混、固化等，涉及试剂条件变量过多，最终导致其吸波性能较差且不稳定。

22、此外，传统蜂窝填充中多数采用树脂发泡体系得到泡沫蜂窝复合材料，其中不同吸波剂添加量不可避免得会对发泡体系产生不利影响，导致泡沫未发起、变形、变脆等问题，限制了蜂窝复合材料的进一步发展。

23、本发明先由热膨胀微球和多壁碳纳米管干混得到混合物，随后将芳纶蜂窝和混合物经一定时间的加热和限制发泡得到一种芳纶蜂窝吸波复合材料。本发明采用热膨胀微球为基础的限制发泡，经加热限制发泡后可得到良好的力学性能的泡沫，原位填充芳纶蜂窝芯实现对整体复合材料承载能力的增强。本发明采用多壁碳纳米管为吸波填料，相比于其它碳基吸波材料与热膨胀微球干混时具有更好的分散性，使制备得到的芳纶蜂窝吸波复合材料有更稳定的吸波表现。

24、本发明在制备芳纶蜂窝吸波复合材料时，吸波性能只与选定的热膨胀微球和多壁碳纳米管的重量比有关，与过程中其它变量无关。因此本发明适应于不同密度、孔径、大小的芳纶蜂窝芯，只需控制热膨胀微球和多壁碳纳米管重量比便能实现不同性质芳纶蜂窝芯的填充和稳定的吸波能力的复现，因此本发明具有广泛的适用性。

25、因此，本发明解决了功能化芳纶蜂窝的制备复杂、有害试剂滥用问题，实现了原位发泡填充芳纶蜂窝芯，同时制备过程简单可重复性高，过程中不使用有害试剂，不添加任何粘合剂和发泡剂，仅使用热膨胀微球和多壁碳纳米管即可赋予芳纶蜂窝芯吸波和更强的承载能力。在芳纶蜂窝吸波复合材料中未见报道，并具有显著优势。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、1、本发明制备方法简单，步骤仅包括热膨胀微球和多壁碳纳米管的干混和对芳纶蜂窝的填充，不涉及任何试剂的添加和调配，相比于传统填充和浸渍工艺可节约生产成本，简化制备流程。

28、2、本发明热膨胀微球和多壁碳纳米管混合物完整且均匀填充芳纶蜂窝孔内空间的，制备过程不涉及对芳纶蜂窝材料的加工和破坏，与传统浸渍或填充工艺相比复合材料力学承载能力增强明显。

29、3、本发明实现的宽频吸波效果仅由热膨胀微球和多壁碳纳米管重量比控制，与其它工艺条件无关，确保制备复合材料性能稳定且过程可重复；本发明最终得到的功能化芳纶蜂窝材料承载和吸波能力优异。

30、综上，本发明由热膨胀微球和多壁碳纳米管干混得到混合物，随后将芳纶蜂窝和混合物加热和限制发泡得到一种芳纶蜂窝吸波复合材料。本发明制备的吸波复合材料具有宽频吸收的特点，且吸波效果仅由热膨胀微球和多壁碳纳米管重量比控制，确保制备的吸波复合材料性能稳定且过程可重复；同时，与现有填充和浸渍工艺相比，本发明制备方法不涉及任何试剂的添加和调配，可节约生产成本，简化制备流程；并且本发明实现对芳纶蜂窝孔完整且均匀填充，制备过程不涉及对芳纶蜂窝材料的加工和破坏，与传统浸渍或填充工艺相比制备的吸波复合材料力学承载能力增强明显。因此，本发明的吸波复合材料及其制备方法在电磁波隐身领域具有广泛的应用前景。

31、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

32、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。