CN102615883A - 耐150℃泡沫夹层吸波复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料及其制备方法，其复合材料包含上蒙层、泡沫夹层和下蒙皮，其重量比为：10～20∶60～80∶10～20；厚度比为1～3∶8～15∶2～6。该制备方法，先按重量配比分别称量出各组份原料，然后通过泡沫夹层上下铺覆增强纤维蒙皮，高温固化进行复合，得到到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。本发明制备的泡沫夹层复合材料，结构轻质、吸波频带宽。弯曲强度、弯曲模量分别在3MPa、150MPa，而密度在0.20g/cm3以下，对8-18GHz波段的电磁波呈现宽频吸收，泡沫夹层材料的最大反射率在12.9GHz处达-41.7dB。

Description

耐150℃泡沫夹层吸波复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及泡沫复合材料，具体地指一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料及其制备方法。

背景技术

随着军事技术的不断发展，雷达、毫米波、红外、激光、多光谱和声波等现代探测和制导技术大量应用于武器系统中，给飞机、舰艇、坦克及其它武器的生存造成了极大的威胁。隐身材料技术作为提高武器系统生存和突防能力，提高武器装备隐身能力，提高总体作战效能的有效手段，受到世界各军事大国的高度重视，然而，传统的单一吸波涂料，吸波频带有限、效率低、重量大、耐温性差等局限，满足不了现代武器结构吸波隐身一体化的要求。因此，吸波宽、效率高、密度小以及兼容型吸波材料已成为全世界研究的热点。

结构吸波复合材料是同时具有承载能力和吸波性能的结构/功能一体化复合材料，国外先进的隐身飞机已开始大量应用结构吸波复合材料。F-117A、B-2、F-22隐身飞行器上结构吸波材料用量分别为10％、50％、70％。可以说，结构吸波材料的发展在很大程度上影响着隐身材料乃至整个隐身技术的未来。其中轻质泡沫夹层型吸波复合材料因其强度高、韧性好、质量轻等特点，可使武器系统明显减重、增强机动性能而越来越多的应用于隐身飞行器结构件，如B-2飞机的蒙皮就采用了轻质泡沫夹层吸波复合材料。

尽管泡沫夹层复合材料具有轻质、力学性能优良、吸波性能好、吸波频带宽等优点，然而，如何提高材料的吸波性能与耐高温性能成为目前的研究重点。同时，泡沫夹层吸波复合材料耐高温性能方面的报道还比较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料及其制备方法，从而得到耐高温、轻质化、吸收频带宽、力学性能优异的结构型吸波复合材料。

为解决上述技术问题，本发明提供一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，包含上蒙皮、泡沫夹层和下蒙皮，其特征在于：所述上蒙皮、泡沫夹层和下蒙皮的重量比为：10～20∶60～80∶10～20；所述上蒙层、泡沫夹层和下蒙皮的厚度比为1～3∶8～15∶2～6；所述上蒙皮组份的重量比为：电磁波吸波材料5～35、增强纤维布40～50、树脂基体5～20；所述泡沫夹层组份中按重量比包括：电磁波吸波材料10～20、泡沫材料20～60、树脂基体30～60、引发剂0～5、发泡剂0～5、交联剂0～5；所述下蒙皮组份的重量比为：电磁波吸波材料5～35、增强纤维布40～50、树脂基体5～20。

进一步，所述电磁波吸波材料为石墨、羰基铁铁粉、二氧化锰和铁氧体吸收剂中任选一种或几种，其粒径为0.5～10μm；所述增强纤维布为E玻璃纤维布、S玻璃纤维布和碳纤维布中任选其一；所述树脂基体为环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和聚醚酰亚胺树脂中任选其一。

再进一步，所述泡沫材料为聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺中任选其一。

再进一步，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、戊烷、异戊烷、正戊烷、三氯三氟乙烷和二氯二氟甲烷中任选其一；所述发泡剂为正丁醇、异丁醇、叔丁醇和新戊醇中任选其一；所述交联剂为丙烯酸烯丙酯、烯丙基丙烯酰胺和烯丙基甲基丙烯酰胺中任选其一。

再进一步，所述泡沫夹层组份中按重量比还包括：触变剂0～3、表面活性剂0～2、发酸固化剂0～1、醚类多元醇0～0.5、催化剂0～1、泡沫稳定剂0～5、有机多异氰酸酯0～4、溶剂1～10、脱水剂0～4。

再进一步，所述触变剂为硅藻土、石棉和云母中任选其一；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类和DC-190中任选其一；所述发酸固化剂为硫酸、磷酸、盐酸和草酸、苯磺酸、甲苯磺酸和醋酸中任选其一；所述醚类多元醇为山梨醇聚醚-20和二乙二醇聚醚中任选其一；所述催化剂为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡、三乙胺和三亚乙基二胺中任选其一；所述泡沫稳定剂为磺化脂肪醇和磺化脂肪酸中任选其一；所述有机多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多异氰酸酯中任选其一；所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和六甲基磷酰胺中任选其一；所述脱水剂为乙酸酐和马来酸酐中任选其

本发明提供一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

1)按所述泡沫夹层中各组份重量称取原料，混合搅拌2～8h，得到均匀的混合溶液；

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于40～100℃模具中固化2～6h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整；

3)按所述上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取原料，将电磁波吸波材料分散在树脂基体中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍；

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的增强纤维布铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作，直至上蒙皮和下蒙皮的厚度满足设计要求；

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在100～150℃、160～200℃、200～220℃和220～260℃区间分别固化2～4h、2～4h、3～6h和3～4h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。

本发明的一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料的制备方法的有益效果在于：

1、复合材料通过泡沫夹层上下铺覆增强纤维蒙皮，并与高玻璃化转变温度的树脂基体进行复合。

2、将具有良好电损耗的电磁波吸波材料进行混合添加。

3、将一种到多种电磁波吸波材料进行分层叠加设计，使得复合材料兼具电损耗与磁损耗的优点。

4、本发明得到复合材料质轻、力学性能优异，耐温性能良好。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：

1)按泡沫夹层中各组份重量称取聚苯乙烯40份，双马树脂30份，偶氮二异丁腈2份，异丁醇3份，烯丙基甲基丙烯酰5份，二氧化锰10份，石墨10份，混合搅拌5h，得到均匀的混合溶液。

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于60℃模具中固化4h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整。

3)按上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取双马树脂19份，E玻璃纤维49份，羰基铁粉末8份，石墨24份，将羰基铁粉末和石墨分散在双马树脂中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍。

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的E玻璃纤维铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夹层的重量分别为10份，20份，70份；且厚度分别为1.8mm、3mm和10mm。

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在120、180℃分别固化2h，然后在200、250℃分别固化4h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。

采用此方法制备的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料在8～18GHz的扫频范围内，12.9GHz处出现最大峰值，反射率达到-41.7dB，R＜-10dB的频宽为1.5GHz。弯曲强度为5.9MPa，弯曲模量为182MPa，弯曲强度残余率(150℃)为98.4％，弯曲模量残余率(150℃)为97.7％。

实施例2

1)按泡沫夹层中各组份重量称取聚氯乙烯50份，环氧树脂30份，三氯三氟乙烷4份，苯磺酸1份，石墨15份，混合搅拌5h，得到均匀的混合溶液。

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于100℃模具中固化2h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整。

3)按上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取环氧树脂20份，S玻璃纤维47份，二氧化锰16份，石墨17份，将二氧化锰和石墨分散在环氧树脂中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍。

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的S玻璃纤维铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夹层的重量分别为15份，15份，70份；其厚度分别为2mm、3mm和15mm。

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在100、200℃分别固化3h和2h，然后在200℃、260℃分别固化4h和2h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。

采用此方法制备的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料在8～18GHz的扫频范围内，12.5GHz处出现最大峰值，反射率达到-37.0dB，R＜-10dB的频宽为1.7GHz。弯曲强度为4.7MPa，弯曲模量为138MPa，150℃下，弯曲强度残余率85.0％，弯曲模量残余率87.2％。

实施例3

1)按泡沫夹层中各组份重量称取聚醚酰亚胺26份，聚酰亚胺树脂60份，脂肪醇聚氧乙烯醚1份，正丁烷3份，苯磺酸1份，二氧化锰10份，混合搅拌8h，得到均匀的混合溶液。

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于50℃模具中固化6h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整；

3)按上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取酚醛树脂15份，碳纤维50份，二氧化锰粉末15份，石墨20份，将二氧化锰和石墨分散在环氧树脂中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍。

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的碳纤维铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夹层的重量分别为12份，16份，72份；其厚度分别为2mm、5mm和12mm。

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在150、180℃分别固化2h，然后在200℃、240℃分别固化6h和2h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。

采用此方法制备的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料在8～18GHz的扫频范围内，13.5GHz处出现最大峰值，反射率达到-22.5dB，R＜-10dB的频宽为3.2GHz。弯曲强度为5.7MPa，弯曲模量为168MPa，150℃下，弯曲强度残余率96.4％，弯曲模量残余率93.0％。

实施例4

1)按泡沫夹层中各组份重量称取聚氯乙烯49份，酚醛树脂31份，二甲基锡1份，磺化脂肪醇2份，正戊烷5份，二氧化锰5份，石墨7份，混合搅拌8h，得到均匀的混合溶液。

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于80℃模具中固化4h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整。

3)按上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取双马树脂18份，碳纤维50份，羰基铁铁粉10份，石墨22份，将羰基铁铁粉和石墨分散在双马树脂中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍。

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的碳纤维铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夹层的重量分别为20份，15份，65份；其厚度分别为2mm、5mm和10mm。

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在130、160℃分别固化3h和4h，然后在200℃、260℃分别固化4h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。

采用此方法制备的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料在8～18GHz的扫频范围内，12.2GHz处出现最大峰值，反射率达到-38.5dB，R＜-10dB的频宽为2.3GHz。弯曲强度为6.1MPa，弯曲模量为168MPa，150℃下，弯曲强度残余率99.1％，弯曲模量残余率98.9％。

实施例5

1)按泡沫夹层中各组份重量称取聚氨酯37份、环氧树脂30份，乙酸酐12份，硅藻土1份，二氧化锰8份，羰基铁12份，混合搅拌4h，得到均匀的混合溶液。

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于100℃模具中固化6h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整。

3)按上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取聚酰亚胺树脂20份，碳纤维45份，二氧化锰粉末35份，将二氧化锰粉末分散在聚酰亚胺树脂中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍。

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的碳纤维铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夹层的重量分别为20份，15份，65份；其厚度分别为1.8mm、3mm和10mm。

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在150、200℃分别固化3h和4h，然后在220℃、260℃分别固化4h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。

采用此方法制备的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料在8～18GHz的扫频范围内，12.5GHz处出现最大峰值，反射率达到-26.0dB，R＜-10dB的频宽为1.9GHz。弯曲强度为4.8MPa，弯曲模量为159MPa，150℃下，弯曲强度残余率96.7％，弯曲模量残余率95.0％。

Claims (7)

1.一种耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，包含上蒙皮、泡沫夹层和下蒙皮，其特征在于：所述上蒙皮、泡沫夹层和下蒙皮的重量比为：10～20∶60～80∶10～20；所述上蒙层、泡沫夹层和下蒙皮的厚度比为1～3∶8～15∶2～6；所述上蒙皮组份的重量比为：电磁波吸波材料5～35、增强纤维布40～50、树脂基体5～20；所述泡沫夹层组份中按重量比包括：电磁波吸波材料10～20、泡沫材料20～60、树脂基体30～60、引发剂0～5、发泡剂0～5、交联剂0～5；所述下蒙皮组份的重量比为：电磁波吸波材料5～35、增强纤维布40～50、树脂基体5～20。

2.根据权利要求1所述的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，其特征在于：所述电磁波吸波材料为石墨、羰基铁铁粉、二氧化锰和铁氧体吸收剂中任选一种或几种，其粒径为0.5～10μm；所述增强纤维布为E玻璃纤维布、S玻璃纤维布和碳纤维布中任选其一；所述树脂基体为环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和聚醚酰亚胺树脂中任选其一。

3.根据权利要求1或2所述的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，其特征在于：所述泡沫材料为聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺中任选其一。

4.根据权利要求1或2所述的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、戊烷、异戊烷、正戊烷、三氯三氟乙烷和二氯二氟甲烷中任选其一；所述发泡剂为正丁醇、异丁醇、叔丁醇和新戊醇中任选其一；所述交联剂为丙烯酸烯丙酯、烯丙基丙烯酰胺和烯丙基甲基丙烯酰胺中任选其一。

5.根据权利要求1或2所述的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，其特征在于：所述泡沫夹层组份中按重量比还包括：触变剂0～3、表面活性剂0～2、发酸固化剂0～1、醚类多元醇0～0.5、催化剂0～1、泡沫稳定剂0～5、有机多异氰酸酯0～4、溶剂1～10、脱水剂0～4。

6.根据权利要求5所述的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料，其特征在于：所述触变剂为硅藻土、石棉和云母中任选其一；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类和DC-190中任选其一；所述发酸固化剂为硫酸、磷酸、盐酸和草酸、苯磺酸、甲苯磺酸和醋酸中任选其一；所述醚类多元醇为山梨醇聚醚-20和二乙二醇聚醚中任选其一；所述催化剂为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡、三乙胺和三亚乙基二胺中任选其一；所述泡沫稳定剂为磺化脂肪醇和磺化脂肪酸中任选其一；所述有机多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多异氰酸酯中任选其一；所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和六甲基磷酰胺中任选其一；所述脱水剂为乙酸酐和马来酸酐中任选其一。

7.一种权利要求1所述的耐150℃泡沫夹层吸波复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)按所述泡沫夹层中各组份重量称取原料，混合搅拌2～8h，得到均匀的混合溶液；

2)将步骤1)所得混合溶液倒入模腔，将模腔置于40～100℃模具中固化2～6h，然后自然冷却至室温，得到泡沫夹层，并将泡沫夹层打磨使其表面平整；

3)按所述上蒙皮和下蒙皮中各组份重量称取原料，将电磁波吸波材料分散在树脂基体中，形成均匀的树脂胶液；将裁剪好的增强纤维布放入上述树脂胶液中，使增强纤维布完全浸渍；

4)在步骤2)所得泡沫夹层上下表面均匀涂覆上述树脂胶液中，并将上述浸渍完全的增强纤维布铺设在泡沫夹层的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重复操作，直至上蒙皮和下蒙皮的厚度满足设计要求；

5)将步骤4)中复合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夹层放入模具中，合紧模具，放入烘箱中，在100～150℃、160～200℃、200～220℃和220～260℃区间分别固化2～4h、2～4h、3～6h和3～4h，得到耐150℃泡沫夹层吸波复合材料。