吸波涂料、复合型吸波纳米涂料、制备方法、涂层和应用与流程

1.本发明属于雷达吸波涂料技术领域，具体是涉及一种吸波涂料、复合型吸波纳米涂料、制备方法、涂层和应用。


背景技术：

2.雷达是现代空天侦查的主要技术手段之一，在航天器探测、侦查、跟踪等领域被广泛应用。雷达在现代武器装备中应用广泛，其中探测侦察采用的雷达频率范围主要在8ghz～12ghz(x波段)和12ghz～18ghz(ku波段)的厘米波，精确打击采用的雷达频率范围包括26.5ghz～40ghz(ka波段)和90ghz～100ghz(w波段)的毫米波。现有的吸波涂料附着力及耐腐蚀性能不足，且要实现较好的吸波效果，所需的涂层较厚，会增加装备的负载和能耗。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种吸波涂料、复合型吸波纳米涂料、制备方法、涂层和应用，在26ghz～40ghz范围吸波性能好，可有效降低涂层厚度，提高涂层吸波性能、耐腐蚀性能和对底材的附着力。
4.本发明提供一种吸波涂料，包括如下重量份组份，丙烯酸乳液40～60份，纳米吸波剂30～40份，水15～20份，防沉剂0.8～1.2份，分散剂1.2～1.6份；所述纳米吸波剂为纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉和纳米氧化钇的混合物。
5.优选的，所述纳米铁氧体的平均粒径为10～50nm，纳米氧化铬的平均粒径为10～50nm，所述纳米氧化钇的平均粒径为40～60nm，所述纳米镍粉的平均粒径为10～30nm。
6.优选的，所述纳米铁氧体的平均粒径为20nm，所述纳米氧化铬的平均粒径为20nm，所述纳米氧化钇的平均粒径为50nm，所述纳米镍粉的平均粒径为10nm。
7.优选的，所述纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉和纳米氧化钇的重量比为2:2:3:1。
8.优选的，还包括如下重量份组份，增稠剂0.8～1.2份，流平剂0.4～0.8份，所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述流平剂为聚丙烯酸酯。
9.优选的，所述丙烯酸乳液为水性丙烯酸乳液，所述防沉剂为气相法二氧化硅，所述分散剂为聚羧酸钠。
10.优选的，包括如下重量份组份，丙烯酸乳液46份，纳米吸波剂34份，水16份，防沉剂1份，分散剂1.5份。
11.本发明提供一种复合型吸波纳米涂料，包括所述吸波涂料，还包括涂料乙，所述涂料乙包括a组份和b组份，所述a组份包括如下重量份组分，丙烯酸乳液50～70份，纳米氧化铝6～10份，纳米氧化锌6～10份，纳米钛白粉6～10份，石墨烯0.5～1.0份，分散剂0.2～0.6份，防沉剂0.2～0.5份，溶剂15～20份，所述b组份为脂肪族异氰酸酯（优选六亚甲基二异氰酸酯）8～12份。
12.优选的，所述a组份包括如下重量份组分，丙烯酸乳液57份，纳米氧化铝9份，纳米
氧化锌7份，纳米钛白粉9份，石墨烯0.6份，分散剂0.2份，防沉剂0.2份，溶剂16份。
13.优选的，所述丙烯酸乳液为羟基丙烯酸乳液，所述分散剂为聚丙烯酸甲酯，所述防沉剂为气相二氧化硅，所述溶剂为乙酸乙酯。
14.本发明提供一种复合型吸波纳米涂料的制备方法，包括如下步骤，制备得到吸波涂料和涂料乙；吸波涂料的制备方法为，将纳米铁氧体和纳米氧化铬的分散液、纳米氧化钇分散液、纳米镍粉分散液与丙烯酸乳液混合，得到所述吸波涂料，所述纳米铁氧体和纳米氧化铬的分散液、纳米氧化钇分散液、纳米镍粉分散液的制备方法分别为，将纳米铁氧体与纳米氧化铬的混合物、纳米氧化钇、纳米镍粉分别分散在水、防沉剂和分散剂混合溶液中，分别得到纳米铁氧体和纳米氧化铬的分散液、纳米氧化钇分散液和纳米镍粉分散液；由于纳米铁氧体和纳米氧化铬的密度较接近，在分散时将这两种成分一起分散。
15.涂料乙的制备方法为，将a组份和b组份混合，得到所述涂料乙；a组份的制备方法为，将石墨烯、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米钛白粉分散在含有分散剂、防沉剂的溶剂中，然后和丙烯酸乳液混合，得到a组份。
16.优选的，a组份的制备方法为，将石墨烯、纳米钛白粉分散在含有防沉剂、分散剂的溶剂中，得到石墨烯纳米钛白粉混合物；将纳米氧化铝、纳米氧化锌分散在含有防沉剂、分散剂的溶剂中，得到纳米氧化铝纳米氧化锌混合物，然后将石墨烯纳米钛白粉混合物、纳米氧化铝纳米氧化锌混合物与丙烯酸乳液混合，得a组份。
17.本发明提供一种涂层，包括所述复合型吸波纳米涂料，制备方法为，将所述吸波涂料和所述涂料乙依次间隔涂覆在物体表面，干燥后得到；所述涂料乙直接和物体表面接触，且涂料乙位于最外侧。
18.本发明提供一种复合型吸波纳米涂料的应用，所述复合型吸波纳米涂料应用于制备吸波材料，比如飞机隐身材料。
19.本发明的有益效果是，本发明提出一种涂层薄、附着力好、耐腐蚀性能好、在26ghz～40ghz范围具有良好吸波性能的复合型吸波纳米涂料，该涂料分为涂料甲和涂料乙。其中，涂料甲使用了纳米级吸波剂，纳米微粒尺寸小，比表面积大，界面极化与多重散射可增强涂层对入射电磁波的损耗；纳米材料量子尺寸效应使电子能级分裂，分裂的能级间隔处于微波的能量范围内，为纳米材料创造了新的吸波通道；纳米材料中的原子和电子在微波场中的辐照，材料的原子和电子运动加剧，使电磁能转化为热能，增加了对电磁波的吸收，使电磁能转化为热能的效率增加，从而提高了对电磁波的吸收性能；纳米微粒具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗，有利于将吸收的雷达波等转换成其它形式的能量（热能、电能或机械能）而消耗掉。
20.涂料乙不仅可以提高整个涂层的耐腐蚀性能，更为重要的是：其中的纳米材料成分，其尺寸小于雷达波长，可增加雷达波的透过率，减少涂层对雷达波的反射，能够使入射电磁波最大限度地进入材料内部而不是在其表面就被反射，从而提高了复合型纳米吸波涂层的吸波性能。
21.本发明将纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉和纳米氧化钇共同作为吸波剂，相对于常规的非纳米尺度的吸波剂，可以明显提高其在27～40ghz的吸波性能，且在一定程度上可以提高其附着力。
22.本发明将吸波涂料和涂料乙依次间隔涂覆在物体表面，涂料乙直接和物体表面接触，且涂料乙位于最外侧，可以明显地提高在27～40ghz的吸波性能、附着力和耐腐蚀性能。
23.多层吸波技术可以使雷达波在材料表面的初次反射波与进入材料内的二次反射波发生干涉而抵消，从而使雷达回波能量衰减，进一步改善了整个涂层对入射雷达波的损耗。制备的复合型吸波纳米涂层600μm左右的厚度，在27～40ghz能够实现较高强度的吸波效果（反射损耗≤-7db）。通过调节复合型纳米吸波涂层的甲乙两种涂层的厚度，对复合型纳米吸波涂层的反射损耗值进行调控，可满足不同的使用环境和要求，调节方式简便易行，有利于大规模产业化生产和推广应用。
24.复合型吸波纳米涂层的涂料甲、涂料乙都采用丙烯酸乳液涂料，层间相容性好，对底材的附着力强，耐腐蚀性能好，复合型吸波纳米涂层对底材具有优异的附着力（大于10mpa）。
25.本发明提出的制备方法所制备的涂料均匀稳定，不易结块，施工性好。
具体实施方式
26.实施例1涂料甲的组成（重量份）：水性丙烯酸乳液46份，纳米吸波剂34份，水16份，防沉剂气相法二氧化硅1份，分散剂聚羧酸钠1.5份，增稠剂羟乙基纤维素0.9份，聚丙烯酸酯流平剂0.6份。其中纳米吸波剂为纳米铁氧体（20nm）、纳米氧化铬（20nm）、纳米镍粉（10nm左右）、纳米氧化钇（50nm）、的混合物（纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉、纳米氧化钇的质量比为2:2:3:1）。
27.涂料甲的制备方法：步骤1：向超速离心分散设备中加入1/2配方量的水，在搅拌状态下加入配方量的纳米铁氧体粉末和纳米氧化铬粉末，高速离心分散10分钟后，加入1/2配方量的分散剂聚羧酸钠，继续高速离心分散20分钟后，在搅拌状态下，加入1/2配方量的增稠剂羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯流平剂、气相法二氧化硅，搅拌均匀，得到纳米铁氧体纳米氧化铬分散液。
28.步骤2：向超速离心分散设备中加入3/8配方量的水，在搅拌状态下加入配方量的纳米氧化钇粉，高速离心分散10分钟后，加入3/8配方量的分散剂聚羧酸钠，继续高速离心分散20分钟后，在搅拌状态下，加入3/83配方量的增稠剂羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯流平剂、气相法二氧化硅，搅拌均匀，得到纳米氧化钇分散液。
29.步骤3：向超速离心分散设备中加入1/8配方量的水，在搅拌状态下加入配方量的纳米镍粉，高速离心分散10分钟后，加入1/8配方量的分散剂聚羧酸钠，继续高速离心分散20分钟后，在搅拌状态下，加入1/8配方量的增稠剂羟乙基纤维素、聚丙烯酸酯流平剂、气相法二氧化硅，搅拌均匀，得到纳米镍粉分散液。
30.步骤4：在搅拌状态下，将步骤1、步骤2、步骤3的分散液依次加入到配方量的水性丙烯酸乳液中，充分搅拌30分钟，即得纳米吸波涂料。
31.所述涂料乙包括a组份和b组份，涂料乙的组成（重量份）：a组份：羟基丙烯酸乳液57份，纳米氧化铝9份，纳米氧化锌7份，纳米钛白粉9份，石墨烯0.6份，分散剂聚丙烯酸甲酯0.2份，防沉剂气相二氧化硅0.2份，乙酸乙酯16份，b组分：六亚甲基二异氰酸酯10份。
32.涂料乙的制备方法：本发明所述面层涂料为双组分涂料，其中a组分的制备方法为：步骤1.将配方量的聚丙烯酸甲酯溶解于乙酸乙酯中，得到溶液i；步骤2.将50%的溶液i与石墨烯、纳米钛白粉、30%的防沉剂气相二氧化硅进行充分混合与分散得到混合物ii；步骤3.将50%的溶液i与纳米氧化铝、纳米氧化锌、70%的防沉剂气相二氧化硅进行充分混合与分散得到混合物ⅲ；步骤4.将混合物ⅲ、混合物ii与羟基丙烯酸乳液充分混合，即得面层涂料；b组分：配方量六亚甲基二异氰酸酯作为固化剂。
33.复合型吸波纳米涂层的制备方法为，将所述涂料乙涂覆在物体表面，干燥后，涂覆涂料甲，干燥后，涂覆涂料乙，干燥后，涂覆涂料甲，干燥后，涂覆涂料乙，干燥后得到。
34.复合型吸波纳米涂层的厚度：由底到面依次为：涂料乙70
µ
m+涂料甲300
µ
m+涂料乙70
µ
m+涂料甲100
µ
m+涂料乙70
µ
m。
35.实施例2涂料配方与实施例1相同。
36.复合型吸波纳米涂层的厚度：乙70
µ
m+甲300
µ
m+乙210
µ
m。
37.实施例3涂料配方与实施例1相同。
38.复合型吸波纳米涂层的厚度：乙70
µ
m+甲300
µ
m+乙70
µ
m。
39.对比例1配方组成与实施例1相同。
40.复合型吸波纳米涂层的厚度：乙70
µ
m+甲300
µ
m。
41.对比例1和实施例3相比，没有最外层涂料乙，从检测数据来看，实施例3增加了最外层的涂料乙后，整体吸波性能有所改善，这可能是由于涂料乙中的纳米成分增加了电磁波透过率，使更多的入射波进入吸波层而被损耗。
42.对比例2涂层只有涂料甲，其组成与实施例1中所述涂料甲组成相同。涂层厚度：甲300
µ
m。
43.对比例3涂料乙的组成（重量份）：羟基丙烯酸乳液57份，石墨烯0.6份，分散剂聚丙烯酸甲酯0.2份，防沉剂气相二氧化硅0.2份，溶剂乙酸乙酯16份，六亚甲基二异氰酸酯10份。
44.涂料甲的组成与实施例1中涂料甲的组成相同。
45.复合型吸波纳米涂层的厚度：乙70
µ
m+甲300
µ
m+乙70
µ
m。
46.对比例4涂料甲的组成（重量份）：水性丙烯酸乳液46份，纳米吸波剂34份，水16份，防沉剂气相法二氧化硅1份，分散剂聚羧酸钠1.5份，增稠剂羟乙基纤维素0.9份，聚丙烯酸酯流平剂0.6份。其中纳米吸波剂为纳米铁氧体（20nm）、纳米羰基铁粉（50nm）、纳米镍粉（10nm左右）的混合物（纳米铁氧体、纳米羰基铁粉、纳米镍粉的质量比为2:2:3）。
47.涂料乙的组成与实施例1中涂料甲的组成相同。
48.复合型吸波纳米涂层的厚度：乙70
µ
m+甲300
µ
m+乙70
µ
m。
49.对比例4和实施例2的厚度是一样的，主要区别在于涂料甲中纳米吸波剂不同，纳米铁氧体、纳米氧化钇、纳米镍粉组合相对于纳米铁氧体、纳米羰基铁粉、纳米镍粉组合，具有更好的效果。
50.对比例5其中纳米吸波剂为纳米级铁氧体（100nm）、纳米氧化铬（100nm）、氧化钇（100nm）、纳米镍粉（100nm左右）的混合物（铁氧体、氧化铬、纳米镍粉、氧化钇的质量比为2:2:3:1）。其他和实施例1相同。
51.与实施例1相比，对比例5的涂料甲中选用了粒径更大的吸波剂，且实施例1的不同吸波剂的粒径不同。从对比可以看出，对吸波性能有改善作用，对涂层附着力也有增强作用。
52.将本发明实施例和对比例中提供的底层涂料和面层涂料涂覆于铝合金表面，室温干燥48小时后进行测试。铝板尺寸180mm*180mm*4mm。将基材表面处理后涂覆吸波涂料，制得涂层样板。涂层样板按照gjb 2038a-2011《雷达吸波材料反射率测试方法》测试其1ghz～18ghz频段反射率，按照gb/t 1766-2008进行酸处理和碱处理，按照gb/t 5210-2006《色漆和清漆 拉开法附着力试验》进行测试。得到如表1-2所示的测试结果。
53.表1 不同试样在各频段的反射损耗（单位：db）表2 5%h2so4浸泡24小时、再用10%naoh浸泡24小时后样板的吸波性能及涂层附着力说明：本发明所述复合型吸波纳米涂料中，涂料甲含有吸波剂，涂料乙不含吸波剂。在比较各样板吸波效果时，甲涂层的厚度保持恒定为300
µ
m。
54.表2与表1的实施例1、实施例2和实施例3的吸波性能及附着力相比，经过酸碱处理后吸波性能和附着力几乎没有变化，说明涂层耐酸、耐碱性能好。
55.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的保护范围限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
56.本技术中一个或多个实施例旨在涵盖落入本技术的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何
省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种吸波涂料，其特征是，包括如下重量份组份，丙烯酸乳液40～60份，纳米吸波剂30～40份，水15～20份，防沉剂0.8～1.2份，分散剂1.2～1.6份；所述纳米吸波剂为纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉和纳米氧化钇的混合物。2.如权利要求1所述的吸波涂料，其特征是，所述纳米铁氧体和纳米氧化铬的平均粒径分别为10～50nm，所述纳米氧化钇的平均粒径为40～60nm，所述纳米镍粉的平均粒径为10～30nm。3.如权利要求1所述的吸波涂料，其特征是，所述纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉和纳米氧化钇的重量比为2:2:3:1。4.如权利要求1-3任一项所述的吸波涂料，其特征是，还包括如下重量份组份，增稠剂0.8～1.2份，流平剂0.4～0.8份，所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述流平剂为聚丙烯酸酯；所述丙烯酸乳液为水性丙烯酸乳液，所述防沉剂为气相法二氧化硅，所述分散剂为聚羧酸钠；所述吸波涂料包括如下重量份组份，丙烯酸乳液46份，纳米吸波剂34份，水16份，防沉剂1份，分散剂1.5份。5.一种复合型吸波纳米涂料，其特征是，包括如权利要求1-4任一项所述的吸波涂料，还包括涂料乙，所述涂料乙包括a组份和b组份，所述a组份包括如下重量份组分，丙烯酸乳液50～70份，纳米氧化铝6～10份，纳米氧化锌6～10份，纳米钛白粉6～10份，石墨烯0.5～1.0份，分散剂0.2～0.6份，防沉剂0.2～0.5份，溶剂15～20份，所述b组份为脂肪族异氰酸酯8～12份。6.如权利要求5所述的复合型吸波纳米涂料，其特征是，所述a组份包括如下重量份组分，丙烯酸乳液57份，纳米氧化铝9份，纳米氧化锌7份，纳米钛白粉9份，石墨烯0.6份，分散剂0.2份，防沉剂0.2份，溶剂16份；所述丙烯酸乳液为羟基丙烯酸乳液，所述分散剂为聚丙烯酸甲酯，所述防沉剂为气相二氧化硅，所述溶剂为乙酸乙酯。7.一种如权利要求5或6所述复合型吸波纳米涂料的制备方法，其特征是，包括如下步骤，制备得到吸波涂料和涂料乙；吸波涂料的制备方法为，将纳米铁氧体和纳米氧化铬的分散液、纳米氧化钇分散液、纳米镍粉分散液与丙烯酸乳液混合，得到所述吸波涂料，所述纳米铁氧体和纳米氧化铬的分散液、纳米氧化钇分散液、纳米镍粉分散液的制备方法分别为，将纳米铁氧体和纳米氧化铬的混合物、纳米氧化钇、纳米镍粉分别分散在水、防沉剂和分散剂混合溶液中，分别得到纳米铁氧体和纳米氧化铬的分散液、纳米氧化钇分散液和纳米镍粉分散液；涂料乙的制备方法为，将a组份和b组份混合，得到所述涂料乙；a组份的制备方法为，将石墨烯、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米钛白粉分散在含有分散剂、防沉剂的溶剂中，然后和丙烯酸乳液混合，得到a组份。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，a组份的制备方法为，将石墨烯、纳米钛白粉分散在含有防沉剂、分散剂的溶剂中，得到石墨烯纳米钛白粉混合物；将纳米氧化铝、纳米氧化锌分散在含有防沉剂、分散剂的溶剂中，得到纳米氧化铝纳米氧化锌混合物，然后将石墨烯纳米钛白粉混合物、纳米氧化铝纳米氧化锌混合物与丙烯酸乳液混合，得a组份。9.一种涂层，其特征是，包括如权利要求5或6所述的复合型吸波纳米涂料，所述涂层的
制备方法为，将所述吸波涂料和所述涂料乙依次间隔涂覆在物体表面，干燥后得到；所述涂料乙直接和物体表面接触，且涂料乙位于最外侧。10.一种如权利要求5或6所述的复合型吸波纳米涂料的应用，其特征是，所述复合型吸波纳米涂料应用于制备吸波材料。

技术总结
本发明属于雷达吸波涂料技术领域，具体涉及一种吸波涂料、复合型吸波纳米涂料、制备方法、涂层和应用，包括如下重量份组份，丙烯酸乳液40～60份，纳米吸波剂30～40份，水15～20份，防沉剂0.8～1.2份，分散剂1.2～1.6份；所述纳米吸波剂为纳米铁氧体、纳米氧化铬、纳米镍粉和纳米氧化钇的混合物；本发明可以有效降低涂层厚度，提高涂层吸波性能、耐腐蚀性能和附着力。力。


技术研发人员：陈桂福 游益 张凤菊 秦建民
受保护的技术使用者：湖南益涂纳米材料科技有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/10/19