CN102218868B - 碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料及其制备方法，该吸波材料为一包括第一介质层、吸收层、第二介质层和反射层的多功能层叠加型结构，各功能层均由连续碳化硅纤维增强树脂基复合材料构成，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维具有不同的电阻率。该吸波材料的制备方法为：先选取连续碳化硅纤维，再将其编织成平纹布；然后以树脂为基体，按照各功能层叠加顺序和厚度，采用树脂基复合材料成型工艺制得本发明的吸波材料。本发明的吸波材料具有结构简单、参数宽容度好、易于成型、吸波功能优良等优点。

Description

碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及到结构吸波材料领域，具体涉及树脂基夹层结构吸波材料及其制备方法。
背景技术
目前较为成熟的吸波材料结构包括Salisbury屏、Dallenbach屏、Jaumman吸波体、多层匹配结构等。其中Salisbury屏吸收体吸收频段窄；Dallenbach吸收体受目前材料电磁参数频散效应的限制，难以实现宽频吸收；Jaumann吸收体设计简单，吸收频段宽，但材料厚度较大是其主要缺陷；多层匹配吸波材料吸收频段宽，但是设计难度大，并且具有不同介电性能的材料制备较为困难。可见，现有吸波材料均存在一定不足。另外，从结构吸波材料研究现状来看，目前较为常用的方法是在复合材料中添加雷达吸收剂实现其吸波性能，吸收剂的添加会导致复合材料力学性能的恶化以及密度增加等不良影响，并且材料吸波性能的稳定性也难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单、参数宽容度好、易于成型、吸波功能优良、集吸波和承载功能于一体的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，并相应提供制备该树脂基夹层结构吸波材料的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，其为一包括第一介质层、吸收层、第二介质层和反射层的多功能层叠加型结构，各功能层均由连续碳化硅纤维增强树脂基复合材料构成，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维具有不同的电阻率。
作为对上述技术方案的进一步改进，上述叠加型结构由外至内依次为第一介质层、吸收层、第二介质层和反射层，第一介质层及第二介质层中的连续碳化硅纤维的电阻率远大于吸收层中连续碳化硅纤维的电阻率，吸收层中连续碳化硅纤维的电阻率大于反射层中连续碳化硅纤维的电阻率。
上述碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，所述的第一介质层及第二介质层中连续碳化硅纤维的电阻率优选为104Ω·cm～106Ω·cm，所述吸收层中连续碳化硅纤维的电阻率优选为0.6Ω·cm～1Ω·cm，所述反射层中连续碳化硅纤维的电阻率优选为10-2Ω·cm～10-1Ω·cm。
上述的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料中，所述第一介质层的厚度优选为2.2mm～2.4mm，所述吸收层的厚度优选为0.33mm～0.38mm，所述第二介质层的厚度优选为2.3mm～2.5mm，所述反射层的厚度优选为1.5mm～2.0mm。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)选取满足各层电阻率的连续碳化硅纤维，再将连续碳化硅纤维编织成平纹布；
(2)以树脂为基体，按照各功能层叠加顺序和厚度，采用树脂基复合材料成型工艺，制得碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述树脂优选是指环氧树脂、不饱和聚酯或丙烯酸树脂，与此相配套的优选的树脂基复合材料成型工艺为手糊成型工艺。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述树脂优选是指环氧树脂、不饱和聚酯或酚醛树脂，与此相配套的优选的树脂基复合材料成型工艺为模压成型工艺。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的树脂基夹层吸波材料，以连续碳化硅纤维作为增强材料，该吸波材料具有较好的韧性和强度，使得其首先能够提供承载功能；更为重要的是，由于本发明的吸波材料具有多功能叠加型结构，使得各层的介电性能呈近似的梯度分布，且具有较好的匹配特性，电磁波能够尽量入射到吸波材料内部并被有效吸收，这使得本发明的吸波材料在不另外添加雷达吸收剂的情况下，具有良好的吸收电磁波的功能，因此，该吸波材料具有优良的宽频吸波特性以及力学性能，可替代目前仅具有单一承载功能的玻璃钢材料，也可以作为目前金属部件的替代品，在满足部件使用要求的前提下赋予其优良的雷达吸波功能。
此外，由于本发明吸波材料的特殊结构可以在厚度较小的情况下实现宽频吸波特性，这便能有效减轻产品重量，满足部件的轻量化需求。
由于本发明的吸波材料结构相对简单，其原料来源广泛，通过现有常规的树脂基复合材料成型工艺即可制备成型，整个制备工艺步骤简单，可有效应用于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的结构示意图；其中，1、第一介质层；2、吸收层；3、第二介质层；4、反射层。
图2为实施例1模压工艺制备的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的反射率曲线图。
图3为实施例2手糊工艺制备的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的反射率曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，一种本发明的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，为一包括第一介质层1、吸收层2、第二介质层3和反射层4的多功能层叠加型结构，各功能层均由连续碳化硅纤维增强树脂基复合材料构成，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维具有不同的电阻率。本实施例中碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的叠加型结构由外至内依次为第一介质层1、吸收层2、第二介质层3和反射层4，第一介质层1和第二介质层2中的连续碳化硅纤维的电阻率远大于吸收层3中连续碳化硅纤维的电阻率，吸收层3中连续碳化硅纤维的电阻率大于反射层4中连续碳化硅纤维的电阻率。各功能层的性能参数具体如下：
第一介质层1：连续碳化硅纤维电阻率为3.5×105Ω·cm，厚度为2.3mm；
吸收层2：连续碳化硅纤维电阻率为0.83Ω·cm，厚度为0.36mm；
第二介质层3：连续碳化硅纤维电阻率为5×105Ω·cm，厚度为2.4mm；
反射层4：连续碳化硅纤维电阻率为8.2×10-2Ω·cm，厚度为1.8mm。
制备本实例的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的方法，包括以下具体步骤：
(1)选取满足各层电阻率的连续碳化硅纤维，再将连续碳化硅纤维编织成平纹布；
(2)将酚醛树脂与丙酮按照1∶1的质量比配制成树脂溶液，然后将树脂溶液均匀刷涂在上述连续碳化硅纤维编织的平纹布上，室温晾置24h，制成预浸料；将预浸料修剪成180mm×180mm，按照预先设计的铺层顺序和各层厚度，将预浸料铺入钢模中，以2℃/min的升温速率升温至80℃，加压1.5MPa，然后再以2℃/min的升温速率升温至150℃保压2h，自然冷至室温脱模，得到碳化硅纤维增强树脂基夹层结构吸波材料。
经过上述步骤制得的树脂基夹层结构吸波材料的实测反射率曲线如图2所示，力学性能如下表1所示。由测试数据可知，实施例1制备的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构吸波材料的反射率在6.5GHz～18GHz均小于-10dB，强度与普通玻璃钢材料相当，并且模量较玻璃钢材料有明显提高，具有较好的承载和吸波功能。
表1、模压工艺制备的树脂基夹层结构吸波材料力学性能
  密度(g/cm3)  弯曲强度(MPa)   模量(GPa)
  1.74   335.8   31.2
实施例2：
如图1所示，本发明的另一种碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，为一包括第一介质层1、吸收层2、第二介质层3和反射层4的多功能层叠加型结构，各功能层均由连续碳化硅纤维增强树脂基复合材料构成，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维具有不同的电阻率。该碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的叠加型结构由外至内依次为第一介质层1、吸收层2、第二介质层3和反射层4，第一介质层1及第二介质层2中的连续碳化硅纤维的电阻率远大于吸收层3中连续碳化硅纤维的电阻率，吸收层3中连续碳化硅纤维的电阻率大于反射层4中连续碳化硅纤维的电阻率。本实施例中，各功能层的性能参数具体如下：
第一介质层1：连续碳化硅纤维电阻率为4.2×105Ω·cm，厚度为2.4mm；
吸收层2：连续碳化硅纤维电阻率为0.91Ω·cm，厚度为0.33mm；
第二介质层3：连续碳化硅纤维电阻率为4.5×105Ω·cm，厚度为2.3mm；
反射层4：连续碳化硅纤维电阻率为6.3×10-2Ω·cm，厚度为1.7mm。
制备本实例的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的方法，包括以下具体步骤：
(1)本步骤同实施例1中的步骤(1)；
(2)以E-44环氧树脂为树脂基体，二乙烯三胺为固化剂，丙酮为稀释剂，三者质量配比为100∶10∶10，将三者搅拌均匀，按照铺层顺序和各层厚度，采用手糊工艺成型复合材料，在60℃温度下固化4h，得到碳化硅纤维增强树脂基夹层结构吸波材料。
将固化后的树脂基夹层结构吸波材料切割成180mm×180mm，作为测试样品。经过测试实验，通过手糊工艺制备的树脂基夹层结构吸波材料反射率曲线如图3所示，力学性能如表2所示。由测试数据可知，实施例2制备的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构吸波材料的反射率在7.2GHz～18GHz均小于-10dB，强度与普通玻璃钢材料相当，并且模量较玻璃钢材料有明显提高，具有较好的承载和吸波功能。
表2、手糊工艺制备的树脂基夹层吸波材料力学性能
  密度(g/cm3)  弯曲强度(MPa)  模量(GPa)
  1.63   340.8   29.8

Claims (4)

1.一种碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料，其特征在于，所述吸波材料为一包括第一介质层、吸收层、第二介质层和反射层的多功能层叠加型结构，各功能层均由连续碳化硅纤维增强树脂基复合材料构成，充当各功能层中增强材料的连续碳化硅纤维具有不同的电阻率；所述叠加型结构由外至内依次为第一介质层、吸收层、第二介质层和反射层，所述的第一介质层及第二介质层中的连续碳化硅纤维的电阻率远大于所述吸收层中连续碳化硅纤维的电阻率，所述吸收层中连续碳化硅纤维的电阻率大于所述反射层中连续碳化硅纤维的电阻率；所述的第一介质层及第二介质层中连续碳化硅纤维的电阻率为104Ω·cm～106 Ω·cm，所述吸收层中连续碳化硅纤维的电阻率为0.6Ω·cm～1Ω·cm，所述反射层中连续碳化硅纤维的电阻率为10-2Ω·cm～10-1 Ω·cm；所述第一介质层的厚度为2.2mm～2.4mm，所述吸收层的厚度为0.33mm～0.38mm，所述第二介质层的厚度为2.3mm～2.5mm，所述反射层的厚度为1.5mm～2.0mm。
2.一种如权利要求1所述的碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）选取满足各层电阻率的连续碳化硅纤维，再将连续碳化硅纤维编织成平纹布；
（2）以树脂为基体，按照各功能层叠加顺序和厚度，采用树脂基复合材料成型工艺，制得碳化硅纤维增强树脂基夹层结构的吸波材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述树脂是指环氧树脂、不饱和聚酯或丙烯酸树脂，所述树脂基复合材料成型工艺为手糊成型工艺。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述树脂是指环氧树脂、不饱和聚酯或酚醛树脂，所述树脂基复合材料成型工艺为模压成型工艺。
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