CN104763100A - 具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法。该方舱大板由外到内依次包括外蒙皮层、硬质泡沫夹芯层和内蒙皮层，外蒙皮层是由纤维增强复合材料层与吸波材料层交替叠置而成。制备方法包括（1）将纤维增强复合材料所需的增强纤维和吸波材料作为铺层，结合树脂基体，采用真空灌注工艺、模压工艺或手糊工艺一次成型外蒙皮；或者先成型纤维增强复合材料，然后将纤维增强复合材料与吸波材料逐层粘合，制得外蒙皮；（2）将外蒙皮、硬质泡沫和内蒙皮进行粘合，得到方舱大板。本发明的方舱大板重量轻、雷达隐身和防弹性能好，制备方法简单方便。

Description

具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法

技术领域

本发明属于方舱技术领域，具体涉及一种具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法。

背景技术

方舱是指能为人员和装备提供适宜的工作环境和安全防护，便于实施多种方式装卸和运输的工作间。方舱是一种类似于集装箱的结构，可由卡车运输，可为舱内设备、人员提供适宜的环境，可以装载各种功能设备，形成指挥控制方舱、通信方舱、气象方舱、电子侦察方舱、机械维修方舱、医院方舱等等。

上世纪五十年代美国开始着手研制方舱，经过几十年的发展及检验，充分证明了方舱在机动性、灵活性、经济性、后勤保障等方面的优越性，已被世界各国所重视，各类各型方舱的列装量逐年增加。方舱已成为各种地面系统最重要的载体，其本身也已成为重要的地面装备。近年来，国外方舱技术不断发展，主要表现为：从专用系统向标准化、系列化和通用化发展；从单一舱体向可扩展、可重组方舱发展；从基本结构承载用途向电磁屏蔽、抗核加固、防弹、隐身等多功能一体化发展。

方舱大板是制造方舱的主要材料，方舱大板通过铆接形成方舱的四壁和顶板、底板，采用兼具雷达隐身和防弹性能的大板制造方舱，可以有效降低其雷达散射截面积和抵抗枪弹、破片的杀伤。

申请号为201120579785.4的中国专利文献（授权公告日为2012年9月12日）公开了一种具有毫米雷达波及厘米雷达波吸收涂层的隐身方舱，在舱外增加一层厚度不大于2mm的吸波涂层，该吸波涂层对毫米雷达波及厘米雷达波具有吸收作用。但是，该专利文献并未提供雷达隐身性能数据，并且采用吸波涂层会大大增加额外重量，而且过厚的涂层维护较困难。

申请号为201210384896.9的中国专利文献（申请公布日为2013年1月16日）公开了一种具有免维护的毫米雷达波和厘米雷达波结构隐身的方舱，所用壁板包括外蒙板和内蒙板，内外蒙板之间夹持有泡沫板，该泡沫板可以提供雷达吸波性能。但是，该专利文献并未提供吸波性能数据，且具有吸波性能的泡沫板一般需要较大的厚度，或者需要制备成尖锥状，如微波暗室用尖锥吸波材料，也会导致方舱板壁过厚等问题。

申请号为201210384897.3的中国专利文献（申请公布日为2013年1月16日）公开了一种具有壁板防穿透兼结构雷达隐身的方舱，其壁板由外至内依次为外防穿透层、吸波夹心层和内蒙板，内蒙板与外防穿透层之间设有骨架。该专利文献的方舱雷达隐身性能主要依靠雷达吸收材料填充的泡沫实现，防弹性能依靠高强纤维增强的外防穿透层提供。单纯依靠填充泡沫达到吸波性能会导致舱壁过厚等问题。该专利文献未提供具体的吸波性能数据，也未提供具体的防弹性能数据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别针对方舱大板不防弹、隐身性能差、厚度大、重量大的不足，提供一种轻质的、兼具雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板，由外到内依次包括外蒙皮层、硬质泡沫夹芯层和内蒙皮层，所述外蒙皮层是由纤维增强复合材料层与吸波材料层交替叠置而成。

上述的方舱大板中，优选的，所述纤维增强复合材料层是由纤维增强复合材料构成，所述纤维增强复合材料包括芳纶纤维增强复合材料或超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料，所述超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料中，超高分子量聚乙烯是指粘均分子量≥300万的聚乙烯。

上述的方舱大板中，优选的，所述芳纶纤维增强复合材料包括芳纶纤维织物增强环氧树脂基复合材料或芳纶纤维织物增强乙烯基酯树脂基复合材料；所述超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料包括超高分子量聚乙烯纤维织物增强聚乙烯基复合材料。

上述的方舱大板中，优选的，所述吸波材料层是由吸波材料构成，所述吸波材料为吸波织物或吸波薄膜；所述吸波织物包括碳纤维布、浸涂有吸波涂料的玻璃纤维布、表面涂覆有吸波涂层的玻璃纤维布或经过热处理的聚丙烯腈纤维布，所述吸波薄膜包括电阻片、电阻型容性频率选择表面或表面涂覆有吸波涂层的塑料薄膜。

上述的方舱大板中，优选的，所述硬质泡沫夹芯层是由硬质泡沫构成，所述硬质泡沫包括阻燃硬质聚氨酯泡沫、阻燃聚氯乙烯泡沫和阻燃聚酰亚胺闭孔泡沫中的一种或多种。

上述的方舱大板中，优选的，所述纤维增强复合材料层的厚度为1mm～20mm，所述吸波材料层的厚度为0.05mm～1mm，所述硬质泡沫夹芯层的厚度为2mm～50mm。

上述的方舱大板中，优选的，所述内蒙皮层是由铝合金或树脂基复合材料构成；所述内蒙皮层的厚度为0.5mm～2mm。

上述的方舱大板中，所述方舱大板的面密度＜20kg/m²。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用以下方法a或方法b制备外蒙皮：

方法a：按照预设的铺层排布方式，将所述纤维增强复合材料所需的增强纤维与所述吸波材料作为铺层，结合树脂基体，采用真空灌注工艺、模压工艺或手糊工艺一次成型外蒙皮；

方法b：先成型所述纤维增强复合材料，然后按照预设的排布方式，将所述纤维增强复合材料与所述吸波材料逐层粘合，制得外蒙皮；

（2）将外蒙皮、硬质泡沫和内蒙皮进行粘合，形成外蒙皮层、硬质泡沫夹芯层和内蒙皮层，得到具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板。

上述的制备方法中，优选的，所述方法b中，所述纤维增强复合材料是通过真空灌注工艺、模压工艺或手糊工艺成型制备得到。

本发明中，吸波材料采用电阻型容性频率选择表面时，方阻Rs为20W/□～400W/□，可优选采用公开号为CN103158299A的中国专利文献中的电阻型容性频率选择表面，公布日期为2013.06.19；吸波材料采用电阻片（吸波薄膜）时，电阻片的方阻Rs为20W/□～500W/□，可优选采用公开号CN102179968A的中国专利文献中的电阻片，公布日期为2011.09.14。

本发明的制备方法中，在成型时，吸波材料层与邻近的硬质泡沫层或纤维增强复合材料层是粘接成一体的。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种方舱大板，采用结构-功能一体设计，在满足相关国家标准要求的前提下，使其具备雷达隐身及防弹性能，为隐身防弹方舱的制备提供原材料。复合材料外蒙皮在承载的同时设计成吸波材料的一部分。具有宽的吸收带宽，可在4GHz～18GHz频率范围内使雷达反射率小于-10dB，即在多数机载雷达的工作频段内吸收90%以上的入射雷达波。

（2）本发明的方舱大板重量轻、防弹性能好，当外蒙皮采用芳纶纤维织物/环氧树脂复合材料，厚度约为10mm时，每平方米重量约为14kg，其防弹性能与5mm厚防弹钢板相当，而5mm防弹钢板每平方米重量约为39kg，约为本发明外蒙皮的3倍。采用超高分子量聚乙烯纤维织物/聚乙烯复合材料时，同等厚度下单位面积的质量还可进一步降低。

附图说明

图1为本发明实施例1中方舱大板的剖面结构示意图。

图2为本发明实施例1中方舱大板的雷达反射率曲线图。

图3为本发明实施例2中方舱大板的剖面结构示意图。

图4为本发明实施例2中方舱大板的雷达反射率曲线图。

图例说明：

1、外蒙皮层；2、硬质泡沫夹芯层；3、内蒙皮层；4、第一纤维增强复合材料；5、第二纤维增强复合材料层；6、第三纤维增强复合材料层；7、第一吸波材料层；8、第二吸波材料层；9、第三吸波材料层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板，如图1所示，该方舱大板由外到内（即由上至下）依次包括外蒙皮层1、硬质泡沫夹芯层2和内蒙皮层3。其中，外蒙皮层1采用结构-功能一体设计，由纤维增强复合材料层与吸波材料层交替叠置而成，具有防弹和隐身功能。

本实施例中，外蒙皮层1由外到内依次包括第一纤维增强复合材料层4、第一吸波材料层7、第二纤维增强复合材料层5、第二吸波材料层8和第三纤维增强复合材料层6，最内层的第三纤维增强复合材料层6与硬质泡沫夹芯层2相叠。外蒙皮层1的总厚度为10.4mm。

本实施例中，第一纤维增强复合材料层4、第二纤维增强复合材料层5、第三纤维增强复合材料层6均由芳纶纤维织物增强环氧树脂基复合材料（即芳纶纤维织物/环氧树脂复合材料）构成，厚度分别为3.1mm、3.2mm和3.7mm。

本实施例中，第一吸波材料层7是由电阻型容性频率选择表面构成，该电阻型容性频率选择表面是通过在玻璃纤维布表面印刷导电浆料制得，方阻Rs为82W/□，第一吸波材料层7的厚度为0.2mm。第二吸波材料层8是由碳纤维布构成，厚度为0.2mm。

本实施例中，硬质泡沫夹芯层2是由硬质泡沫构成，硬质泡沫具体为阻燃硬质聚氨酯泡沫，主要用于隔热，密度约为45kg/m³，厚度为20mm。

本实施例中，内蒙皮层3采用铝合金板，厚度为1mm。

一种上述本实施例的方舱大板的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备外蒙皮：按照符合吸波性能设计的要求，在模具中依次铺设3.1mm厚的芳纶纤维织物、第一吸波材料（电阻型容性频率选择表面）、3.2mm厚的芳纶纤维织物、第二吸波材料（碳纤维布）、3.7mm厚的芳纶纤维织物（也可反序铺设），采用真空灌注工艺抽真空，导入环氧树脂，于80℃下加热固化，一次成型外蒙皮。

（2）将外蒙皮、硬质泡沫和内蒙皮用结构胶粘合，形成外蒙皮层1、硬质泡沫夹芯层2和内蒙皮层3，得到同时具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板。

本实施例制备的方舱大板中，外蒙皮层1每平方米的重量约为14kg，整个方舱大板的面密度为17.5 kg/m²。本实施例的方舱大板的雷达波反射率如图2所示，6GHz～18GHz反射率小于-10dB，即吸收90%以上的雷达波。方舱大板的防弹性能与5mm厚的防弹钢板相当，而5mm防弹钢板时，每平方米重量约为39kg，约为本实施例外蒙皮层1的3倍。

实施例2：

一种本发明的具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板，如图3所示，该方舱大板由外到内（即由上至下）依次包括外蒙皮层1、硬质泡沫夹芯层2和内蒙皮层3。其中，外蒙皮层1采用结构-功能一体设计，由纤维增强复合材料层与吸波材料层交替叠置而成，具有防弹和隐身功能。

本实施例中，外蒙皮层1由外到内依次包括第一纤维增强复合材料层4、第一吸波材料层7、第二纤维增强复合材料层5、第二吸波材料层8、第三纤维增强复合材料层6和第三吸波材料层9，最内层的第三吸波材料层9与硬质泡沫夹芯层2相叠。外蒙皮层1的总厚度为14.3mm。

本实施例中，第一纤维增强复合材料层4、第二纤维增强复合材料层5、第三纤维增强复合材料层6均由超高分子量聚乙烯纤维织物/聚乙烯基复合材料（即超高分子量聚乙烯纤维织物/聚乙烯复合材料板）构成，超高分子量聚乙烯的粘均分子量在300万～500万之间，三层厚度分别为4.2mm、5.0mm和4.5mm。

本实施例中，第一吸波材料层7是由电阻片构成，方阻Rs为280W/□，厚度为0.2mm。第二吸波材料层8是由电阻片构成，方阻Rs为150W/□，厚度为0.2mm。第三吸波材料层9是由碳纤维布构成，厚度为0.2mm。

本实施例中，硬质泡沫夹芯层2是由硬质泡沫构成，硬质泡沫具体为阻燃硬质聚氨酯泡沫，主要用于隔热，密度约为45kg/m³，厚度为20mm。

本实施例中，内蒙皮层3采用铝合金板，厚度为1mm。

一种上述本实施例的方舱大板的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备外蒙皮：按照符合吸波性能设计的要求，采用加热模压工艺成型上述三种不同厚度的超高分子量聚乙烯纤维织物/聚乙烯复合材料板，按照4.2mm厚的复合材料板、第一吸波材料、5.0mm厚的复合材料板、第二吸波材料、4.5mm厚的复合材料板、第三吸波材料的顺序，采用结构胶粘合，得到外蒙皮。

（2）将外蒙皮、硬质泡沫和内蒙皮用结构胶粘合，形成外蒙皮层1、硬质泡沫夹芯层2和内蒙皮层3，得到同时具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板。

本实施例制备的方舱大板中，外蒙皮层1每平方米的重量约为15kg，整个方舱大板的面密度为18.5 kg/m²。该方舱大板的雷达波反射率如图4所示，4GHz～18GHz反射率小于-10dB，即吸收90%以上的雷达波。该方舱大板的防弹性能优于5mm厚防弹钢板。

以上所述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。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板，由外到内依次包括外蒙皮层、硬质泡沫夹芯层和内蒙皮层，其特征在于，所述外蒙皮层是由纤维增强复合材料层与吸波材料层交替叠置而成。

2.根据权利要求1所述的方舱大板，其特征在于，所述纤维增强复合材料层是由纤维增强复合材料构成，所述纤维增强复合材料包括芳纶纤维增强复合材料或超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料，所述超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料中，超高分子量聚乙烯是指粘均分子量≥300万的聚乙烯。

3.根据权利要求2所述的方舱大板，其特征在于，所述芳纶纤维增强复合材料包括芳纶纤维织物增强环氧树脂基复合材料或芳纶纤维织物增强乙烯基酯树脂基复合材料；所述超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料包括超高分子量聚乙烯纤维织物增强聚乙烯基复合材料。

4.根据权利要求1所述的方舱大板，其特征在于，所述吸波材料层是由吸波材料构成，所述吸波材料为吸波织物或吸波薄膜；所述吸波织物包括碳纤维布、浸涂有吸波涂料的玻璃纤维布、表面涂覆有吸波涂层的玻璃纤维布或经过热处理的聚丙烯腈纤维布，所述吸波薄膜包括电阻片、电阻型容性频率选择表面或表面涂覆有吸波涂层的塑料薄膜。

5.根据权利要求1所述的方舱大板，其特征在于，所述硬质泡沫夹芯层是由硬质泡沫构成，所述硬质泡沫包括阻燃硬质聚氨酯泡沫、阻燃聚氯乙烯泡沫和阻燃聚酰亚胺闭孔泡沫中的一种或多种。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的方舱大板，其特征在于，所述纤维增强复合材料层的厚度为1mm～20mm，所述吸波材料层的厚度为0.05mm～1mm，所述硬质泡沫夹芯层的厚度为2mm～50mm。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的方舱大板，其特征在于，所述内蒙皮层是由铝合金或树脂基复合材料构成；所述内蒙皮层的厚度为0.5mm～2mm。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的方舱大板，其特征在于，所述方舱大板的面密度＜20kg/m²。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用以下方法a或方法b制备外蒙皮：

方法a：按照预设的铺层排布方式，将所述纤维增强复合材料所需的增强纤维与所述吸波材料作为铺层，结合树脂基体，采用真空灌注工艺、模压工艺或手糊工艺一次成型外蒙皮；

方法b：先成型所述纤维增强复合材料，然后按照预设的排布方式，将所述纤维增强复合材料与所述吸波材料逐层粘合，制得外蒙皮；

（2）将外蒙皮、硬质泡沫和内蒙皮进行粘合，形成外蒙皮层、硬质泡沫夹芯层和内蒙皮层，得到具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述方法b中，所述纤维增强复合材料是通过真空灌注工艺、模压工艺或手糊工艺成型制备得到。