CN106183315A - 一种红外‑雷达兼容型隐身材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外‑雷达兼容型隐身材料及其制备方法。该材料从上至下依次包括低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层；低红外发射层是以能承受1000K以上高温的无机胶粘剂为基体材料、在8～15μm波段的红外发射率不高于0.8的纤维为增强材料、金属或半导体为辅料；雷达透波层是以树脂为基体材料、对2～18GHz雷达波有高透过率且高强度的连续纤维为增强材料；雷达吸波层是以含腈基官能团的树脂为基体材料、玄武岩纤维为增强材料、铁氧体雷达波吸收剂辅料；雷达反射层是以树脂为基体材料、碳纤维为增强材料。本发明的隐身材料红外、雷达隐身性能优异，且制备工艺简单。

Description

一种红外-雷达兼容型隐身材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新材料领域，尤其涉及一种红外-雷达兼容型隐身材料及其制备方法。
背景技术
随着多频段探测技术的飞速发展，军用装备在战场上可能会同时面临可见光、红外光、激光和雷达等多波段侦察设备的威胁。在此大背景下，军方更愿意采用单频段隐身性能并不突出但多段兼容的隐身材料，而非单频段隐身性能优秀却损害其它频段隐身性能的产品。然而红外隐身要求材料低吸收、高反射，雷达隐身却要求材料高吸收、低反射，这一对矛盾体对兼容型隐身材料的制备带来了较大的困难。
兼容型隐身材料包括单一型和复合型两种。目前单一型红外/雷达兼容隐身材料还停留在理论研究阶段，实际制备存在以下问题：1)大气窗口波段(3～5μm，8～15μm)的红外发射率过高，难以满足红外隐身需求；2)雷达吸收频段过窄，难以在不同波段雷达的扫描下隐身；3)成本高，寿命短。目前复合型红外/雷达兼容隐身材料是发展主流，现有装备的主要存在以下问题：1)工艺复杂，后期保养和维护耗时长、成本高；2)密度大，为装备减少雷达散射截面与减重带来负面影响；3)各层使用的材料性质差异较大，层间结合力较弱。
发明内容
[要解决的技术问题]
本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种红外-雷达兼容型隐身材料及其制备方法。
[技术方案]
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种红外-雷达兼容型隐身材料，该材料从上至下依次包括低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层；所述低红外发射率层是以能承受1000K以上高温的无机胶粘剂为基体材料、在8～15μm波段的红外发射率不高于0.8的纤维为增强材料、金属或半导体为辅料；所述雷达透波层是以树脂为基体材料、对2～18GHz雷达波有高透过率且高强度的连续纤维为增强材料；所述雷达吸波层是以含腈基官能团的树脂为基体材料、玄武岩纤维为增强材料、铁氧体雷达波吸收剂为辅料；所述雷达反射层是以树脂为基体材料、碳纤维为增强材料。
上述低红外发射率层使用的金属或半导体是能降低材料红外发射率的金属或半导体。
本发明更进一步的技术方案，所述能承受1000K以上高温的无机胶粘剂为无机磷酸盐、无机硅酸盐、无机硫酸盐中的一种或多种；所述在8～15μm波段的红外发射率不高于0.8的纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维中的一种或多种；所述金属为金、银、铜、铂或铝中的一种或多种。
本发明更进一步的技术方案，所述低红外发射率层中增强材料的质量百分比为45％～60％、辅料的质量百分比≤20％。
本发明更进一步的技术方案，所述对2～18GHz雷达波有高透过率且高强度的连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
本发明更进一步的技术方案，所述对2～18GHz雷达波有高透过率且高强度的连续纤维是指对2～18GHz雷达波的反射损失绝对值小于10dB，介电常数2.5～4.5，强度高于3000MPa的连续纤维。
本发明更进一步的技术方案，所述雷达透波层中增强材料的质量百分比为50％～70％。
本发明更进一步的技术方案，所述铁氧体雷达波吸收剂为Fe3O4。
本发明更进一步的技术方案，所述雷达吸波层中增强材料的质量百分比为50％～70％，辅料为增强材料的0.5％～4.5％。
本发明更进一步的技术方案，所述雷达反射层中增强材料的质量百分比为60％～80％。
一种上述所述的红外-雷达兼容型隐身材料的制备方法，它包括以下步骤：首先采用预浸料或手糊方式制备低红外发射率层、雷达透波层和雷达反射层；然后将雷达吸波层的增强材料用有机溶剂除去表面的浸润剂，接着与含腈基官能团的树脂基体反应活化，最后加入铁氧体雷达波吸收剂，使之键合到增强材料表面，得到雷达吸波层；根据不同装备的隐身性能及力学性能的要求设计各层的厚度，最后按从上至下依次为低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层的顺利铺层后压机固化成型或热压罐固化成型。
本发明更进一步的技术方案，所述有机溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、甲苯中的一种或多种；所述低红外发射率层的厚度为0.09～0.36mm；所述雷达透波层的厚度为0.2～0.8mm；所述雷达吸波层的厚度为0.25～0.9mm；所述雷达反射层的厚度≥1mm。
上述各层厚度取值充分考虑了红外隐身性能、雷达隐身性能、力学性能三方面的因素，虽然部分参数并不是实现本发明技术效果所必须的，但在保证上述各项性能的前提下，材料整体的厚度越小越具有技术上的优势。
下面将详细地说明本发明。
本发明的低红外发射率层通过以无机胶粘剂为基体材料、低红外发射率纤维为增强材料，并加入能降低材料红外发射率的金属或半导体制成，实现红外隐身；雷达透波层对2～18GHz雷达波具有高透过率，以保证2～18GHz雷达波尽可能的透过该层入射到雷达吸波层并被吸收，为了保证雷达吸波层充分吸收雷达波，在雷达吸波层后还添加了雷达反射层，以使雷达吸波层透过的雷达波反射回吸收层实现多次吸收。各层间的基体材料能够相互粘连形成一个整体，保证了该隐身材料良好的结构性能。本发明雷达吸波层的基体材料能与该层的增强材料及辅料中的Fe反应键合。
[有益效果]
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的隐身材料红外隐身性能优异，在8～15μm波段的红外发射率小于0.4；本发明的隐身材料吸波性能优异，有效带宽超过10GHz，反射损失可达-40dB，雷达隐身性能好。
本发明制备工艺简单，轻质高强、耐温性好，能适应-40℃低温及1000K以上高温工作环境，保养及维护成本低。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例1：
低红外发射率层：取无机磷酸盐粘合剂，加入10％的铝粉混合均匀后，以2层玄武岩纤维方格布作为增强材料制备低红外发射率层；控制所述低红外发射率层中增强材料的质量百分比为45％～60％；
雷达透波层：取环氧树脂作为基体材料、以2层玄武岩纤维方格布作为增强材料制备雷达透波层预浸料；控制该层增强材料的质量百分比为50％～70％；
雷达吸波层：将玄武岩纤维无捻粗纱用丙酮洗去表面的浸润剂，烘干后与腈基树脂反应活化，然后加入磁性纳米Fe3O4粉末反应使得玄武岩纤维表面接枝大量的吸波功能材料，得到雷达吸波层；控制该层增强材料的质量百分比为50％～70％；磁性纳米Fe3O4粉末为增强材料的0.5％～4.5％；
雷达反射层：以环氧树脂为基体材料、以3层碳纤维方格布为增强材料制备得到雷达反射层预浸料；控制该层增强材料的质量百分比为60％～80％；
将上述各层按按从上至下依次为低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层的顺利铺层后压机固化成型。
表1为本实施例得到的红外-雷达兼容型隐身材料的性能。
表1实施例1制备的红外-雷达兼容型隐身材料的主要性能
实施例2
低红外发射率层：取无机磷酸盐粘合剂，加入15％的银粉混合均匀后，以2层S-玻璃纤维布为增强材料制备低红外发射率层；控制所述低红外发射率层中增强材料的质量百分比为45％～60％；
雷达透波层：取环氧树脂作为基体材料，以3层S-玻璃纤维布作为增强材料制备雷达透波层预浸料；控制该层增强材料的质量百分比为50％～70％；
雷达吸波层：将玄武岩纤维无捻粗纱用乙醇洗去表面的浸润剂，烘干后与腈基树脂反应活化，然后加入磁性纳米Fe3O4粉末反应使得玄武岩纤维表面接枝大量的吸波功能材料，得到雷达吸波层；控制该层增强材料的质量百分比为50％～70％；磁性纳米Fe3O4粉末为增强材料的0.5％～4.5％；
雷达反射层：以环氧树脂为基体材料，4层碳纤维方格布为增强材料制备雷达反射层预浸料；控制该层增强材料的质量百分比为60％～80％；
将上述各层按从上至下依次为低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层的顺利铺层后热压罐成型。
表2为本实施例得到的红外-雷达兼容型隐身材料的性能。
表2实施例2制备的红外-雷达兼容型隐身材料的主要性能
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于该材料从上至下依次包括低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层；所述低红外发射率层是以能承受1000K以上高温的无机胶粘剂为基体材料、在8～15μm波段的红外发射率不高于0.8的纤维为增强材料、金属或半导体为辅料；所述雷达透波层是以树脂为基体材料、对2～18GHz雷达波有高透过率且高强度的连续纤维为增强材料；所述雷达吸波层是以含腈基官能团的树脂为基体材料、玄武岩纤维为增强材料、铁氧体雷达波吸收剂为辅料；所述雷达反射层是以树脂为基体材料、碳纤维为增强材料。
2.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述能承受1000K以上高温的无机胶粘剂为无机磷酸盐、无机硅酸盐、无机硫酸盐中的一种或多种；所述在8～15μm波段的红外发射率不高于0.8的纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维中的一种或多种；所述金属为金、银、铜、铂或铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述低红外发射率层中增强材料的质量百分比为45％～60％、辅料的质量百分比≤20％。
4.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述对2～18GHz雷达波有高透过率且高强度的连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述雷达透波层中增强材料的质量百分比为50％～70％。
6.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述铁氧体雷达波吸收剂为Fe3O4。
7.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述雷达吸波层中增强材料的质量百分比为50％～70％，辅料为增强材料的0.5％～4.5％。
8.根据权利要求1所述的红外-雷达兼容型隐身材料，其特征在于所述雷达反射层中增强材料的质量百分比为60％～80％。
9.一种权利要求1～8任意一项所述的红外-雷达兼容型隐身材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：首先采用预浸料或手糊的方式制备低红外发射率层、雷达透波层和雷达反射层；然后将雷达吸波层的增强材料用有机溶剂除去表面的浸润剂，接着与含腈基官能团的树脂基体反应活化，最后加入铁氧体雷达波吸收剂，使之键合到增强材料表面，得到雷达吸波层；根据不同装备的隐身性能及力学性能的要求设计各层的厚度，最后按从上至下依次为低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层的顺利铺层后压机固化成型或热压罐固化成型。
10.根据权利要求9所述的红外-雷达兼容型隐身材料的制备方法，其特征在于所述有机溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、甲苯中的一种或多种；所述低红外发射率层的厚度为0.09～0.36mm；所述雷达透波层的厚度为0.2～0.8mm；所述雷达吸波层的厚度为0.25～0.9mm；所述雷达反射层的厚度≥1mm。
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