CN103980691A - 聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用 - Google Patents

聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103980691A
CN103980691A CN201410239922.8A CN201410239922A CN103980691A CN 103980691 A CN103980691 A CN 103980691A CN 201410239922 A CN201410239922 A CN 201410239922A CN 103980691 A CN103980691 A CN 103980691A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tiny balloon
polyaryletherketone
polyaniline
carbon
preparation
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.)
Granted
Application number
CN201410239922.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103980691B (zh
Inventor
岳喜贵
魏薇
姜振华
方基永
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.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
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 Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201410239922.8A priority Critical patent/CN103980691B/zh
Publication of CN103980691A publication Critical patent/CN103980691A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103980691B publication Critical patent/CN103980691B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用，属于高分子材料技术领域。本发明制备的空心PANI/C/Fe3O4中，四氧化三铁作为磁性吸波剂，碳作为电介质吸收剂，聚苯胺作为导电高分子作为电介质吸波剂，同时聚苯胺的表面的极性基团增加了材料极性，易于分散在聚芳醚酮基体中。微球含量20～40wt％的复合材料表现出了优异的吸波性能，其吸收强，谱带宽，在2mm、3mm、4mm和5mm厚度调节下就能实现对5-18GHz范围内电磁波达90％的吸收，其最高反射损耗可以达到-44dB(5GHz)，因此该杂化材料有希望成为对电磁波能够高效损耗的轻质吸波材料。

Description

聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚苯胺/碳/四氧化三铁(PANI/C/Fe3O4)空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及其在吸波领域的应用。
背景技术
随着先进军事探测技术的发展，作为降低飞机、导弹、舰船及坦克等大型武器装备信号特征的雷达隐身技术，对于提高武器战场生存与突防能力有着非常重要的军事意义。吸波材料可以将电磁波能量转化为热能而衰减雷达波，是实现目标雷达隐身的重要手段。雷达隐身技术能显著吸收雷达波，令其转变为热能，从而减少雷达回波能量，飞机、舰艇以此达到隐身的目的。雷达隐身技术主要包括材料隐身、结构隐身、等离子体隐身和仿生学隐身等多种，其中，材料隐身技术是通过在目标表面涂覆各种电磁波吸收材料，散射或损耗雷达波以达到隐身的目的。
吸波材料必须具备厚度薄、质量轻、吸收频率宽、吸收能力强等特点，某些特殊场合的应用还要满足更为苛刻的要求，例如战斗机、巡航导弹等空中武器装备的尾喷管、鼻锥帽、机翼前沿等部件工作温度可达到700℃甚至1000℃以上，对雷达波反射较强，已成为影响新型武器装备隐身性能的重要因素。碳系吸波剂具有轻质、稳定性好、吸收强等优点，将电损耗型的碳材料引入吸波剂中，可以极大的增强吸收。在改善吸波剂材料组成、提高对电磁波损耗的同时，也可以从材料的结构设计入手，通过对结构形态的调整，实现对电磁波更强的吸收。中空以及多孔泡沫结构的吸波材料由于其能够增加电磁波在材料内的传输路径，可以通过多次的反射与吸波剂充分作用，从而起到了增加电磁波在材料内的损耗的作用。同时，由于引入了大量的空隙，其独特的结构形态在减重方面也有比较突出的贡献为了制备轻质、耐热、高强吸收的聚合物基吸波材料。本专利制备了聚苯胺/碳/四氧化三铁(PANI/C/Fe3O4)空心微球作为吸波剂制备聚芳醚酮酮为基质的复合材料作为吸波材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮树脂基复合材料、制备方法及其在吸波领域中的应用。
本发明制备的空心PANI/C/Fe3O4中，四氧化三铁作为磁性吸波剂，碳作为电介质吸收剂，聚苯胺作为导电高分子作为电介质吸波剂，同时聚苯胺的表面的极性基团增加了材料与极性，易于分散在聚芳醚酮基体中。
聚苯乙烯(PS)模板微球溶液按照文献报道的过程制备：首先，将20mL苯乙烯用质量分数5％的NaOH水溶液萃取，并用水洗涤。然后在氮气气氛保护下，将其加入到溶有1.5g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的乙醇/水(体积比为10：1，55mL)混合溶液中，充分搅拌。之后，将反应液升温至70℃，加入0.3g偶氮二异丁睛(AIBN)引发剂，并保持该温度搅拌反应8h。最后将所得悬浮液离心分离，并超声分散于30mL水中。
1、PANI/C/Fe3O4空心微球的制备
将上面的PS模板微球溶液加入到溶有FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O的水溶液中，氮气气氛下，搅拌并升温至50～80℃，然后加入氨水(质量分数为25％～28％)为沉淀剂，反应30～50min，得到表面沉积有Fe3O4纳米粒子的Fe3O4/PS磁性微球；磁铁分离微球，80～90℃真空干燥20～30h；其中，FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O的摩尔比为2：1，FeCl3水溶液的浓度为3～8mol/L；PS模板微球溶液、FeCl3水溶液和氨水的体积比为1：8～15：0.6～1。
取Fe3O4/PS磁性微球分散于溶有丙烯腈的水中(丙烯腈的体积含量为5％～20％)，氮气气氛下升温至70～80℃，加入1～3mol/L过硫酸铵水溶液，搅拌反应3～8h后；然后将得到的粒子用水洗涤并干燥后经预氧化(空气气氛，5～8℃/min升温至230～260℃，反应3～6h)和碳化(氮气气氛，4～8℃/min升温至1000～1200℃，反应1～3h)过程得到C/Fe3O4磁性空心微球(经过此步骤，PS模板被去除掉)；其中，Fe3O4/PS磁性微球与丙烯腈的重量比为1：1～40，丙烯腈与过硫酸铵水溶液的体积比为1：0.8～1.4。
之后取上述C/Fe3O4磁性空心微球分散于苯胺和HCl(1M)的混合液中，降温至0～5℃，然后加入过硫酸铵的HCl溶液，于0～5℃聚合3～6h；将沉淀洗涤、磁性分离后得到PANI/C/Fe3O4空心微球，真空80～95℃干燥20～30h。其中，苯胺与HCl的体积比为1：80～100；过硫酸铵溶于1mol/L的HCl中，二者的重量比为1：30；苯胺与过硫酸铵的重量比为1：2～5；C/Fe3O4磁性空心微球和苯胺的质量比为1:0.5～10.
2、空心微球/聚芳醚酮多孔复合材料的制备
将结构式如下所示的含有氨基的聚芳醚酮(POLYMER，卷:53期:22页:5002-5009)溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，制备得到聚合物溶液，溶液的质量浓度为5～35％；
然后向其中加入PANI/C/Fe3O4空心微球的同种溶剂的溶液，空心微球的质量为聚合物质量的20％～40％，搅拌均匀后立即倾倒于玻璃板上，依次按照60～70℃、3～5h，80～100℃、8～15h，110～130℃、3～6h的程序升温过程得到空心微球/聚芳醚酮多孔复合膜，厚度范围为300～3000微米。
附图说明
图1：实施例1产物的扫描电镜照片；(a)聚苯乙烯微球；(b)PANI/C/Fe3O4空心微球。
图2：随着空心微球添加量的不同，材料吸波性能随频率的变化(a)10wt％；(b)20wt％；(c)30wt％；(d)40wt％。
按照实施例1的条件制备的空心微球的大小为微米级，如图1所示。
按照实施例2、3、4、5制备的复合聚芳醚酮材料测试其吸波性能。将制备的复合材料与石蜡按照质量比为2:3混合均匀，压制出厚度不同的样品。微球含量20～40wt％的复合材料表现出了优异的吸波性能(其中30％最为优异)，其吸收强，谱带宽，在2mm、3mm、4mm和5mm厚度调节下就能实现对5-18GHz范围内电磁波达90％的吸收，其最高反射损耗可以达到-44dB(5GHz)。因此该复合材料有希望成为对电磁波能够高效损耗的轻质吸波材料。
具体实施方式
实施例1
将PS模板微球溶液(6mL)加入到50mL溶有FeCl3·6H2O(1.0812g)，FeCl2·4H2O(0.3976g)的水溶液中，氮气气氛下，搅拌并升温至70℃，加入3mL氨水(质量分数为25％～28％)为沉淀剂，反应30min，得到表面沉积有Fe3O4纳米粒子的Fe3O4/PS磁性微球。磁铁分离Fe3O4/PS微球80℃真空干燥24小时后，取1.0g分散于溶有10mL丙烯腈的80mL水中，氮气气氛下升温至70℃，加入10mL过硫酸铵(5mg)水溶液，搅拌反应4h后。将得到的粒子洗涤并干燥后，经预氧化(空气气氛，5℃/mim升温至250℃，4h)、碳化(氮气气氛，4℃/mim升温至1100℃，1h)过程得到C/Fe3O4空心微球。之后将上述微球0.1g分散于苯胺(0.1mL)/HCl(1M,9mL)混合液中，降至0℃，加入0.3g过硫酸铵(APS，溶于9mL1M HCl)，于0℃聚合4h。将沉淀洗涤、磁性分离后得到PANI/C/Fe3O4空心微球，其质量是0.12g。
实施例2
将含有氨基的聚芳醚酮1.0g溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)10mL制备聚合物溶液。然后加入0.1g的PANI/C/Fe3O4空心微球的DMF溶液，空心微球的质量为聚合物质量的10％，搅拌均匀后立即倾倒于玻璃板上。依次按照60℃(5h)，80℃(10h)，120℃(4h)的程序升温过程使复合欢材料交联更加完全并除去溶剂，得到空心微球/聚芳醚酮多孔复合膜，厚度是840微米。
实施例3
将微球的加入量改为0.2g，其余条件均与实施例1相同，厚度是870微米。
实施例4
将微球的加入量改为0.3g，其余条件均与实施例1相同，厚度是940微米。
实施例5
将微球的加入量改为0.4g，其余条件均与实施例1相同，厚度是940微米。

Claims (5)

1.一种聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料的制备方法，其步骤如下：
(1)PANI/C/Fe3O4空心微球的制备
将PS模板微球溶液加入到溶有FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O的水溶液中，氮气气氛下，搅拌并升温至50～80℃，然后加入质量分数为25％～28％的氨水为沉淀剂，反应30～50min，得到表面沉积有Fe3O4纳米粒子的Fe3O4/PS磁性微球；磁铁分离微球，80～90℃真空干燥20～30h；其中，FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O的摩尔比为2：1，FeCl3水溶液的浓度为3～8mol/L；PS模板微球溶液、FeCl3水溶液和氨水的体积比为1：8～15：0.6～1；
取Fe3O4/PS磁性微球分散于溶有丙烯腈的水中，丙烯腈的体积含量为5％～20％，氮气气氛下升温至70～80℃，加入1～3mol/L过硫酸铵水溶液，搅拌反应3～8h后；然后将得到的粒子用水洗涤并干燥后经预氧化和碳化过程得到C/Fe3O4磁性空心微球；其中，Fe3O4/PS磁性微球与丙烯腈的重量比为1：1～40，丙烯腈与过硫酸铵水溶液的体积比为1：0.8～1.4；
之后取上述C/Fe3O4磁性空心微球分散于苯胺和HCl的混合液中，降温至0～5℃，然后加入过硫酸铵的HCl溶液，于0～5℃聚合3～6h；将沉淀洗涤、磁性分离后得到PANI/C/Fe3O4空心微球，真空80～95℃干燥20～30h；其中，苯胺与HCl的体积比为1：80～100；过硫酸铵溶于1mol/L的HCl中，二者的重量比为1：30；苯胺与过硫酸铵的重量比为1：2～5；C/Fe3O4磁性空心微球和苯胺的质量比为1:0.5～10；
(2)空心微球/聚芳醚酮多孔复合材料的制备
将结构式如下所示的含有氨基的聚芳醚酮溶解于N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中，制备得到聚合物溶液，溶液的质量浓度为5～35％；
然后向其中加入PANI/C/Fe3O4空心微球的同种溶剂的溶液，空心微球的质量为聚合物质量的20％～40％，搅拌均匀后立即倾倒于玻璃板上，依次按照60～70℃、3～5h，80～100℃、8～15h，110～130℃、3～6h的程序升温过程得到空心微球/聚芳醚酮多孔复合膜，厚度范围为300～3000微米。
2.如权利要求1所述的一种聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：预氧化是在空气气氛下，以5～8℃/min的升温速度升温至230～260℃，然后反应3～6h。
3.如权利要求1所述的一种聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料的制备方法，其特征在于：碳化是在氮气气氛，以4～8℃/min的升温速度升温至1000～1200℃，然后反应1～3h。
4.一种聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料，其特征在于：由权利要求1～3所述的任一方法制备得到。
5.权利要求4所述的一种聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料在吸波领域的应用。
CN201410239922.8A 2014-06-02 2014-06-02 聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用 Expired - Fee Related CN103980691B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410239922.8A CN103980691B (zh) 2014-06-02 2014-06-02 聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410239922.8A CN103980691B (zh) 2014-06-02 2014-06-02 聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103980691A true CN103980691A (zh) 2014-08-13
CN103980691B CN103980691B (zh) 2016-06-29

Family

ID=51272872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410239922.8A Expired - Fee Related CN103980691B (zh) 2014-06-02 2014-06-02 聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103980691B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105401339A (zh) * 2015-09-06 2016-03-16 天津工业大学 一种聚芳醚砜基微/纳米纤维的制备方法
CN107722932A (zh) * 2017-10-24 2018-02-23 浙江理工大学 一种碳/聚苯胺吸波微球的制备方法
CN108531130A (zh) * 2018-03-03 2018-09-14 王艺霖 一种空心微球吸波材料的制备方法
CN109962238A (zh) * 2017-12-22 2019-07-02 中国电子科技集团公司第十八研究所 金属化合物颗粒材料表面原位制备碳/氮复合保护膜方法
CN109979762A (zh) * 2019-04-23 2019-07-05 桂林理工大学 一种多孔四氧化三铁/碳复合电极材料的制备方法
CN111718686A (zh) * 2020-06-11 2020-09-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种轻质复合吸波材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02211230A (ja) * 1989-02-10 1990-08-22 Nitto Denko Corp ポリアニリンからなる多孔質選択性透過膜及びその製造方法
CN101708667A (zh) * 2009-10-12 2010-05-19 苏州新纶超净技术有限公司 防辐射薄膜材料及其应用
CN101885915A (zh) * 2010-08-11 2010-11-17 哈尔滨工业大学 磁性四氧化三铁/导电聚苯胺轻质复合空心微球的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02211230A (ja) * 1989-02-10 1990-08-22 Nitto Denko Corp ポリアニリンからなる多孔質選択性透過膜及びその製造方法
CN101708667A (zh) * 2009-10-12 2010-05-19 苏州新纶超净技术有限公司 防辐射薄膜材料及其应用
CN101885915A (zh) * 2010-08-11 2010-11-17 哈尔滨工业大学 磁性四氧化三铁/导电聚苯胺轻质复合空心微球的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI WEI ET AL.: ""Novel ternary Fe3O4@polyaniline/polyazomethine/polyetheretherketone crosslinked hybrid membranes: fabrication, thermal properties and electromagnetic behaviours"", 《RSC ADVANCES》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105401339A (zh) * 2015-09-06 2016-03-16 天津工业大学 一种聚芳醚砜基微/纳米纤维的制备方法
CN107722932A (zh) * 2017-10-24 2018-02-23 浙江理工大学 一种碳/聚苯胺吸波微球的制备方法
CN107722932B (zh) * 2017-10-24 2020-11-27 浙江理工大学 一种碳/聚苯胺吸波微球的制备方法
CN109962238A (zh) * 2017-12-22 2019-07-02 中国电子科技集团公司第十八研究所 金属化合物颗粒材料表面原位制备碳/氮复合保护膜方法
CN108531130A (zh) * 2018-03-03 2018-09-14 王艺霖 一种空心微球吸波材料的制备方法
CN109979762A (zh) * 2019-04-23 2019-07-05 桂林理工大学 一种多孔四氧化三铁/碳复合电极材料的制备方法
CN111718686A (zh) * 2020-06-11 2020-09-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种轻质复合吸波材料及其制备方法
CN111718686B (zh) * 2020-06-11 2024-01-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种轻质复合吸波材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103980691B (zh) 2016-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103980691A (zh) 聚苯胺/碳/四氧化三铁空心微球与聚芳醚酮复合材料、制备方法及应用
CN107399735A (zh) 一种石墨烯复合气凝胶吸波材料的制备方法及其应用
CN101289569B (zh) 一种多壁碳纳米管/环氧树脂吸波隐身复合材料的制备方法
CN102382623B (zh) 一种碳基复合吸波材料的制备方法
JPWO2014136813A1 (ja) 電池電極又はセパレーターコーティング膜組成物、これを用いて得られるコーティング膜を有する電池電極又はセパレーター、及びこの電池電極又はセパレーターを有する電池
CN102744048B (zh) 酵母菌微球体磁性复合材料表面印迹吸附剂的制备方法
JP2014067632A (ja) 電池電極又はセパレーター保護用セラミックスラリー
CN103710991B (zh) 一种兼容雷达和红外隐身织物及其制备和应用
CN110204866B (zh) 具有超材料性能石墨稀泡沫/环氧树脂复合材料制备方法
CN102329425B (zh) 修饰的碳纳米管与铁氧体及聚酰亚胺复合吸波材料制备方法
CN112226143B (zh) 一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物及其应用
CN104845044A (zh) 一种由纳米石墨粉体制备的涂覆式吸波材料及其制备方法
CN103725073A (zh) 一种隐身涂料
CN106518034A (zh) 负载磁性金属单质莫来石陶瓷复合吸波材料制备方法
CN107732463A (zh) 一种核壳结构的CNT@Fe复合粉体的制备方法及含其的吸波复合材料
JP2016103439A (ja) スラリー組成物、その製造方法及びこれを用いて形成される被覆体
CN103304711B (zh) 一种树脂包覆型氢氧化铝的制备方法
CN102775739A (zh) 一种以介孔氧化硅泡沫材料为基体的复合吸波材料及其制备方法
CN109082072B (zh) 石墨烯/环氧树脂复合吸波材料及其制备方法和应用
CN102964571B (zh) 一种钡铁氧体/碳纳米管/聚3-甲基噻吩复合吸波材料的制备方法
CN106521312B (zh) 一种FeSiAl系合金微粉电磁吸收剂的制备方法
CN116209233A (zh) 一种复合吸波材料的制备方法与应用
CN108135119B (zh) 一种基于多孔石墨烯-合金硅的电磁屏蔽材料及其制备方法以及涂料
CN108503869A (zh) 低频电磁波吸收材料的制备方法
CN113045960B (zh) 一种环氧电磁屏蔽涂料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160629

Termination date: 20170602