[發明專利]一種半碳化酞菁鐵吸波劑的制備方法與所得吸波劑及其應用

有效

• 申請號: 201410542084.1
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104327797B
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 雷雅杰;劉濤;蘆艾;賀江平;王憲忠;孫素明;徐翔
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: C09K3/00
• 分類號: C09K3/00;C07D487/22
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 伍孝慈

技術領域

本發明涉及一種電磁波吸收材料的制備方法，特別是一種基于雙鄰苯二甲 腈樹脂的吸波劑的制備，本發明同時涉及了吸波劑和其應用。

背景技術

隨著航空電子技術及雷達探測技術的迅速發展，戰場上的武器系統和戰略 目標面臨著嚴重的威脅，隱身技術作為提高武器系統生存能力的有效手段，受 到世界各國軍事領域的高度重視。雷達隱身技術是通過減弱、抑制、吸收、偏 轉目標的雷達波，降低其雷達散射截面(RCS)，使其在一定范圍內難以被敵方雷 達識別和發現的技術。其技術途徑之一是在雷達探測目標上應用能吸收雷達波 的材料,即利用吸波材料降低目標的RCS。

吸波材料是武器裝備實現隱身效果的關鍵。傳統的吸波材料以強吸收為主， 按照材料耗損機理可將電磁波吸收劑分為以共振和磁滯損耗來衰減電磁波的磁 介質型吸波劑，如鐵氧體和羧基鐵；通過介質極化弛豫損耗來吸收電磁波的電 介質型吸波劑，如鈦酸鋇鐵電陶瓷；以及利用電場的相互作用來吸收電磁波的 電阻型吸波劑，如碳黑、金屬粉、碳化硅、石墨以及特種碳纖維等。為了達到 良好的隱身效果，實際應用對吸波材料提出了“寬頻帶、強吸收、質量輕”等 要求。盡管國內外有關吸波材料的研究很多，但傳統吸波材料的性能還不能完 全滿足這一要求，如國內科研工作者WangMeng等(Absorptionpropertiesof carbonyl-iron/carbonblackdouble-layermicrowaveabsorbers，Journal ofMagnetismandMagneticMaterials,2009,321:3442–3446)明確指出 鐵氧體吸波劑具有一定的局限性，存在成本高、比重大而且需要燒結和球磨， 制備過程復雜等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備工藝簡單、成本低廉并且滿足“寬頻帶、強 吸收、質量輕”等要求的新型吸波材料并同時提供該吸波材料的制備與應用。

本發明首先提出了一種半碳化酞菁鐵吸波劑的制備方法，其步驟包括：

1)預聚：以N-甲基吡咯烷酮為溶劑對原料雙鄰苯二甲腈單體與催化劑二茂 鐵甲醛進行溶解，其中雙鄰苯二甲腈單體在溶液中的質量百分比為94％～98％，二 茂鐵甲醛質量百分比為2％～6％，將混合后的溶液在200±5℃下加熱并回流2～4 小時，其后將溶液倒入蒸餾水中并進行攪拌，將攪拌中析出的沉淀過濾，即得 到酞菁鐵齊聚物，將該酞菁鐵齊聚物用蒸餾水洗滌2～3次后烘干；

2)固化：將由步驟1)得到的酞菁鐵齊聚物在固化程序下進行固化，即得 到酞菁鐵聚合物，該固化程序為：起始溫度為250±5℃，在此溫度下恒溫4小 時，然后升溫至280±5℃并在該溫度下恒溫4小時，其后升溫至300±5℃并在 該溫度下恒溫4小時；

3)裂解：將由步驟2)得到的酞菁鐵聚合物在氮氣氛圍下進行裂解，對裂 解后的物質進行冷卻并粉碎至微米級大小，即得到半碳化酞菁鐵吸波劑，該裂 解程序為：起始溫度300±5℃，其后以1℃/min的升溫速率升溫至裂解溫度 600～900℃，并在該溫度下恒溫4小時。

上述半碳化酞菁鐵吸波劑的制備過程中原料雙鄰苯二甲腈是一類綜合性能 十分優異的耐高溫熱固性高分子，其單體中腈基受熱易加成聚合形成以酞菁環 為主的體型網絡結構，酞菁環中心有半徑為0.135nm的空穴，可容納多種金屬 和過渡金屬元素以形成金屬酞菁，如果將金屬酞菁通過固相裂解使其碳化，其 內部將積累大量離域電子，在交變電磁場中便可產生介電弛豫，進而吸收電磁 波，因此碳化的金屬酞菁可作為吸波劑使用，其碳化程度可以通過調整裂解溫 度和時間進行控制，使其只發生一定程度的碳化，即半碳化，而部分結構仍然 保持了聚合物的屬性。

固化過程中溫度及恒溫時間的改變將直接影響所得酞菁鐵聚合物的聚合程 度，進而影響裂解過程中材料結構的變化，若固化程序設計不正確則將最終導 致所得半碳化酞菁鐵吸波劑的吸波性能發生變化甚至失效。

在裂解程序方面，酞菁鐵聚合物裂解過程中升溫速率直接決定了酞菁鐵聚 合物的分解速率，升溫速率過快、裂解過程過于劇烈，將造成材料內部微細結 構的破壞，致使所得材料不具備吸波的功能性；升溫速率過慢等效于裂解時間 加長，可能會導致材料碳化程度太高而直接轉變為碳材料，失去其作為新型吸 波劑的屬性。

因此合理準確的固化及裂解程序設計是得到本發明半碳化酞菁鐵吸波劑的 重要環節。