CN102303432A - 带通型树脂基夹层结构的透波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带通型树脂基夹层结构的透波材料及其制备方法，该透波材料包括由石英纤维增强树脂基复合材料制成的一外表层和一内表层，外表层和内表层之间夹设有一由高强纤维增强树脂基复合材料制成的芯层，外表层和外表层的介电常数为2.6～2.7，损耗角正切值为0.003～0.004；芯层的介电常数为4.2～4.3，损耗角正切值为0.005～0.006。其制备方法包括：准备增强材料，将增强材料预浸胶，再将预浸增强材料依次铺设并一体成型产品，或者分别采用相应预浸增强材料制备各层后进行粘结，制得产品。本发明具有频选透波功能优良、集透波和承载功能于一体、结构简单且性价比高的优点。

Description

带通型树脂基夹层结构的透波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种带通型透波材料及其制备方法。
背景技术
透波材料是指对一定频带内电磁波透过率较高的一类材料，广泛应用于制备各种天线罩，透波材料通常具有较低的介电常数和介电损耗，并且介电性能不随温度和频率的变化产生明显的变化。
对于带通型透波材料，多采用多层结构来满足频选透波的要求。目前常用的多层结构透波材料包括A、B、C型夹层等。A型夹层是一种三层对称结构，它由里外两层比较致密的高介电常数的薄的表层（纤维增强树脂基复合材料）和低介电常数、低损耗低密度的多孔芯层（如多孔材料、泡沫、蜂窝材料等）组成；B型夹层结构也是一种三层对称结构，与A型夹层不同的是它是由两层低介电常数、低密度的表层和致密的、高介电常数芯层组成；C型夹层结构由两层A型夹层结构组合而成，该结构电磁透波性能较好。
其中，A型夹层在泡沫夹芯厚度较大时可实现频选透波性能，但其谐振峰较多且受各层厚度和电性能参数影响较大，难以满足实际使用要求；而当泡沫夹芯厚度较小时力学性能较差，难以满足承载要求。C型夹层结构由两层A型夹层组合而成，它能进一步抵消独立的A型夹层的剩余反射、减少谐振峰，但此结构透波率对入射角的变化比较敏感。而B型夹层结构力学性能较好，当芯层材料介电常数为表层材料介电常数的均方根时，其频选透波性能优异，且对单层厚度的鲁棒性要求不高，使得工艺实现难度较小。从改善材料的频选透波性能和力学性能的角度考虑，实际制备工艺最有望实现的应为B型夹层。目前，B型夹层要求表层介电常一般为芯层介电常数的均方值，导致各层材料制备难度较大，极大地限制了其应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种频选透波功能优良、集透波和承载功能于一体、结构简单且性价比高的带通型树脂基夹层结构的透波材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种带通型树脂基夹层结构的透波材料，其特征在于，所述透波材料包括由石英纤维增强树脂基复合材料制成的一外表层和一内表层，所述外表层和内表层之间夹设有一由高强纤维增强树脂基复合材料制成的芯层，所述外表层和外表层的介电常数优选为2.6～2.7，损耗角正切值优选为0.003～0.004；所述芯层的介电常数优选为4.2～4.3，损耗角正切值优选为0.005～0.006。
作为本发明的透波材料的进一步改进：
上述的透波材料中，所述内表层厚度优选为2.5mm～2.7mm，所述外表层的厚度优选为2.5mm～2.7mm，所述芯层的厚度优选为2.7mm～2.9mm。
上述的透波材料中，所述外表层和内表层的厚度相等。
上述的透波材料中，所述外表层、内表层和芯层的树脂基体优选为高纯邻甲基环氧树脂。
作为一个总的技术构思，本发明还提供二种上述带通型树脂基夹层结构的透波材料的制备方法，方法一，包括以下步骤：
（1）材料准备：准备石英纤维布和高强纤维布，配制树脂胶液；
（2）预浸胶：采用树脂胶液对所述石英纤维布和高强纤维布进行浸泡，充分浸渍后，取出并晾干，得到石英纤维预浸布和高强纤维预浸布；
（3）成型：按照所述透波材料的铺层顺序和铺层厚度，依次叠加铺设所述的高强纤维预浸布和石英纤维预浸布，压制成型并固化，经表面加工后，得到所述带通型树脂基夹层结构的透波材料。
方法二，包括以下步骤：
（1）材料准备：准备石英纤维布和高强纤维布，配制树脂胶液；
（2）预浸胶：采用树脂胶液对所述石英纤维布和高强纤维布进行浸泡，充分浸渍后，取出并晾干，得到石英纤维预浸布和高强纤维预浸布；
（3）制备各层复合材料：根据外表层和内表层的设计厚度铺设石英纤维预浸布，然后采用模具压制成型并固化，得到石英纤维增强树脂基复合材料；根据芯层的设计厚度铺设高强纤维预浸布，采用模具压制成型并固化，得到高强纤维增强树脂基复合材料；
（4）粘接成型：以所述石英纤维增强树脂基复合材料作为外表层和内表层，以所述高强纤维增强树脂基复合材料作为芯层，按照外表层、芯层和内表层的铺层顺序，用树脂胶液将各层材料紧密粘合为一体，固化后得到所述带通型树脂基夹层结构的透波材料。
作为本发明的制备方法的进一步改进：
上述的制备方法中，所述树脂胶液是由质量比为（2～2.5）∶1∶（1.5～2）的高纯邻甲基环氧树脂、线性酚醛树脂和丁酮搅拌混合而成的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的带通型树脂基夹层结构的透波材料为三层实心对称结构，以石英纤维作为内表层和外表层的增强材料，以高强纤维作为芯层的增强材料，原料成本低廉、来源广泛且能使该透波材料具有较好的强度，使得其能够提供承载功能；内表层和外表层的密度和介电常数低，芯层致密且介电常数高，使得该透波材料具有良好的匹配性和透过系数，因此，该透波材料具有优良的力学性能和频选透波特性，可替代目前普遍采用的蜂窝夹芯透波材料，在满足结构部件使用要求的前提下赋予其优良的频选透波功能。
2、本发明的上述透波材料的制备方法，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，整个制备工艺可控性高，可有效应用于工业化生产，并可以用来制备大尺寸复杂形面构件。
附图说明
图1是本发明的带通型树脂基夹层结构的透波材料的截面结构示意图；
图2是本发明具体实施例1的带通型树脂基夹层结构的透波材料的实物照片；
图3为本发明具体实施例1的带通型树脂基夹层结构的透波材料的透波率曲线示意图。
图例说明：
1、外表层；2、芯层；3、内表层。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明的带通型树脂基夹层结构的透波材料，包括由石英纤维增强树脂基复合材料制成的一外表层1和一内表层3，外表层1和内表层3之间夹设有一由高强纤维增强树脂基复合材料制成的芯层2。内表层3和外表层1厚度为2.6mm，介电常数为2.68，损耗角正切值为0.0034；芯层2的厚度为2.8mm，介电常数为4.28，损耗角正切值为0.005。
上述的带通型树脂基夹层结构的透波材料，是通过以下步骤制备得到的：
1、材料准备：
a. 准备石英纤维布和高强纤维布，
b. 配制树脂胶液：将质量比为2∶1∶2的高纯邻甲基环氧树脂（浙江江山市江环公司）、线性酚醛树脂（作为固化剂）和丁酮（作为溶剂）搅拌混合均匀，制备成树脂胶液；
2、预浸胶：采用树脂胶液对石英纤维布和高强纤维布进行浸泡2h，取出并晾干，得到石英纤维预浸布和高强纤维预浸布；
3、制备各层复合材料：铺设符合厚度要求的石英纤维预浸布，采用模具压制成型并固化（180℃条件下固化6h），经机械加工后得到一石英纤维增强树脂基复合材料制成的外表层1；采用制备外表层1的方法制备一内表层3；铺设符合厚度要求的高强纤维预浸布，采用模具压制成型并固化（180℃条件下固化6h），经机械加工后得到一由高强纤维增强树脂基复合材料制成的芯层2；
4、粘接成型：按照外表层1、芯层2和内表层3的顺序用树脂胶液将三者紧密粘合为一体，得到带通型树脂基夹层结构的透波材料。
上述制得的带通型树脂基夹层结构的透波材料的实物照片如图2所示，实测透波率曲线如图3所示。由测试结果可知，该透波材料的透波率曲线上有三个透波峰，分别在12 GHz～13 GHz、19 GHz～21 GHz和29.5 GHz～31 GHz，且透波率均大于90％，具有较好的频选透波功能。此外，该透波材料的弯曲强度为283.97MPa，弯曲模量为22.51GPa，力学性能优良，具有较好的承载能力。
实施例2：
本实施例的带通型树脂基夹层结构的透波材料，其结构与实施例1相同，在此不再赘述。
该带通型树脂基夹层结构的透波材料，是通过以下步骤制备得到的：
1、材料准备：
a. 准备石英纤维布和高强纤维布，
b. 配制树脂胶液：将质量比为2.5∶1∶1.5的高纯邻甲基环氧树脂（浙江江山市江环公司）、线性酚醛树脂（作为固化剂）和丁酮（作为溶剂）搅拌混合均匀，制备成树脂胶液；
2、预浸胶：采用树脂胶液对石英纤维布和高强纤维布进行浸泡2h，取出并晾干，得到石英纤维预浸布和高强纤维预浸布；
3、成型：
按照外表层1、芯层2和内表层3的顺序，依次叠加铺设符合厚度要求的石英纤维预浸布和高强纤维预浸布，采用模具压制成型并固化（180℃条件下固化6h），经机械加工后一次性制得带通型树脂基夹层结构的透波材料。
本实施例的带通型树脂基夹层结构的透波材料的透波性能与实施例1相同。该透波材料的弯曲强度为302.25MPa，弯曲模量为23.06GPa，力学性能略优于实施例1的透波材料。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1. 一种带通型树脂基夹层结构的透波材料，其特征在于，所述透波材料包括由石英纤维增强树脂基复合材料制成的一外表层和一内表层，所述外表层和内表层之间夹设有一由高强纤维增强树脂基复合材料制成的芯层，所述外表层和外表层的介电常数为2.6～2.7，损耗角正切值为0.003～0.004；所述芯层的介电常数为4.2～4.3，损耗角正切值为0.005～0.006。
2. 根据权利要求1所述的带通型树脂基夹层结构的透波材料，其特征在于，所述内表层、外表层的厚度均为2.5mm～2.7mm，所述芯层的厚度为2.7mm～2.9mm。
3. 根据权利要求2所述的带通型树脂基夹层结构的透波材料，其特征在于，所述外表层和内表层的厚度相等。
4. 根据权利要求1或2或3所述的带通型树脂基夹层结构的透波材料，其特征在于，所述树脂基复合材料的树脂基体为高纯邻甲基环氧树脂。
5. 一种如权利要求1～4中任一项所述的带通型树脂基夹层结构的透波材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）材料准备：准备石英纤维布和高强纤维布，配制树脂胶液；
（2）预浸胶：采用树脂胶液对所述石英纤维布和高强纤维布进行浸泡，充分浸渍后，取出并晾干，得到石英纤维预浸布和高强纤维预浸布；
（3）成型：按照所述透波材料的铺层顺序和铺层厚度，依次叠加铺设所述的高强纤维预浸布和石英纤维预浸布，压制成型并固化，经表面加工后，得到所述带通型树脂基夹层结构的透波材料。
6. 一种如权利要求1～4中任一项所述的带通型树脂基夹层结构的透波材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）材料准备：准备石英纤维布和高强纤维布，配制树脂胶液；
（2）预浸胶：采用树脂胶液对所述石英纤维布和高强纤维布进行浸泡，充分浸渍后，取出并晾干，得到石英纤维预浸布和高强纤维预浸布；
（3）制备各层复合材料：根据外表层和内表层的设计厚度铺设石英纤维预浸布，然后采用模具压制成型并固化，得到石英纤维增强树脂基复合材料；根据芯层的设计厚度铺设高强纤维预浸布，采用模具压制成型并固化，得到高强纤维增强树脂基复合材料；
（4）粘接成型：以所述石英纤维增强树脂基复合材料作为外表层和内表层，以所述高强纤维增强树脂基复合材料作为芯层，按照外表层、芯层和内表层的铺层顺序，用树脂胶液将各层材料紧密粘合为一体，固化后得到所述带通型树脂基夹层结构的透波材料。
7. 根据权利要求5或6所述的带通型树脂基夹层结构的透波材料的制备方法，其特征在于，所述树脂胶液是由质量比为（2～2.5）∶1∶（1.5～2）的高纯邻甲基环氧树脂、线性酚醛树脂和丁酮搅拌混合而成的。
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