CN106317775A - 胶膜及其制作方法、吸波预浸料及其制作方法、吸波超材料和方舱壁板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种胶膜及其制作方法、吸波预浸料及其制作方法、吸波超材料和方舱壁板。该胶膜包括树脂基体和分散在树脂基体中的TGXB金属粉，TGXB金属粉与树脂基体的重量比为3:2～4:1。该胶膜能够提供较多的具有吸波性能的TGXB金属粉；进一步利用该胶膜作为吸波预浸料的吸波材料的供体将胶膜中的TGXB金属粉转移至纤维基体中，使得吸波预浸料中的TGXB金属粉的含量也相对于现有技术有明显提高；且将TGXB金属粉以胶膜作为供体再进入纤维基体中，不仅使得操作工艺简化，而且使得TGXB金属粉在纤维基体中均匀分散。

Description

胶膜及其制作方法、吸波预浸料及其制作方法、吸波超材料和方舱壁板

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体而言，涉及一种胶膜及其制作方法、吸波预浸料及其制作方法、吸波超材料和方舱壁板。

背景技术

预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。目前市面上有多种预浸料，比如碳纤维预浸料、石英纤维预浸料、玻璃纤维预浸料等。

现有技术为了使吸波材料在多种领域中得到应用，一般运用微结构与预浸料结合形成吸波超材料，微结构层之间采用预浸料，预浸料固化后形成介质层，电磁波在微结构层之间形成谐振，产生吸波效果。但是，所采用的预浸料没有吸波性能，只有介电性能，因此只能充当介质板。因此，也有技术人员对吸波预浸料进行了研究，由于将预浸料与吸波材料复合比较困难，吴健等人在“吸波复合材料预浸料制备工艺研究”中对吸波复合材料预浸料制备工艺特性及存在的问题进行了分析，并提出了由双槽辊式涂胶法与喷涂浸胶法组合而成的机械化预浸料制备工艺。但是，该制备工艺复杂，仅适用于用量较少的吸波材料的复合，而且所制得的吸波预浸料中吸波材料较少；该制备工艺对纤维类的吸波材料较为适用，不能推广至无机类吸波材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种胶膜及其制作方法、吸波预浸料及其制作方法、吸波超材料和方舱壁板，以解决现有技术中的吸波预浸料中吸波材料含量较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种胶膜，该胶膜包括树脂基体和分散在上述树脂基体中的TGXB金属粉，上述TGXB金属粉与上述树脂基体的重量比为3:2～4:1。

进一步地，上述树脂基体为环氧树脂、聚氨酯树脂与氰酸酯树脂中的一种或多种。

进一步地，上述TGXB金属粉羰基铁粉，上述羰基铁粉的粒径在3～5μm之间。

为了实现上述目的，提供了一种上述的胶膜的制作方法，上述制作方法包括：将树脂基体在120～180℃的温度下热熔后，与TGXB金属粉通过300～600r/min的搅拌速度搅拌混合，形成预混料；采用流延法将上述预混料制成胶膜进一步地。

进一步地，上述流延法中的流延速度在2～4m/min之间。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种吸波预浸料，上述吸波预浸料包括纤维基体和分散在上述纤维基体中的吸波材料分散体，上述吸波材料分散体包括树脂和TGXB金属粉，上述TGXB金属粉与上述树脂的重量比为3:2～4:1，上述吸波预浸料中上述TGXB金属粉的含量为60～80wt％。

进一步地，上述树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂与氰酸酯树脂中的一种或多种，上述纤维基体为芳纶纤维布、玻璃纤维与石英纤维中的一种或多种。

进一步地，上述TGXB金属粉为羰基铁粉，，上述羰基铁粉的粒径在3～5μm之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种吸波超材料，该吸波超材料包括基材和导电几何结构，上述基材为上述的吸波预浸料。

根据本发明的另一方面，提供了一种方舱壁板，包括由外至内依次设置的外蒙皮、吸波夹心层、保温材料层和内蒙皮，上述吸波夹心层包括底层、吸波中间层和顶层，其中，上述吸波中间层为任一项上述的吸波预浸料或上述的吸波超材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种吸波预浸料的制作方法，上述制作方法包括：步骤S1，采用上述的制作方法制作胶膜；步骤S2，在两卷相邻的胶膜之间放置纤维布，形成三层夹心结构；步骤S3，对上述三层夹心结构进行辊压，上述辊压的压力为0.2～0.4MPa，上述辊压的温度为60～80℃；以及步骤S4，使辊压后的上述胶膜与上述纤维布分离，得到上述吸波预浸料。

进一步地，上述胶膜中TGXB金属粉相对于上述纤维布的用量2.5～4g/cm²。

进一步地，上述步骤S2和上述步骤S3在上述三层夹心结构被牵引运行的条件下进行，上述三层夹心结构的运行速度为2～4m/min。

应用本发明的技术方案，该胶膜能够提供较多的具有吸波性能的TGXB金属粉；进一步利用该胶膜作为吸波预浸料的吸波材料的供体将胶膜中的TGXB金属粉转移至纤维基体中，使得吸波预浸料中的TGXB金属粉的含量也相对于现有技术有明显提高；且将TGXB金属粉以胶膜作为供体再进入纤维基体中，不仅使得操作工艺简化，而且使得TGXB金属粉在纤维基体中均匀分散。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一种优选实施例提供的吸波预浸料的制作工艺流程示意图；

图2示出了实施例1至6所采用的TGXB金属粉的电磁性能示意图；以及

图3示出了实施例8的吸波预浸料的反射率测试结果示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中吸波预浸料的吸波材料含量较低的问题，对吸波材料和吸波工艺进行了研究，在一种典型的实施方式中，提供了一种胶膜，该胶膜包括树脂基体和分散在树脂基体中的TGXB金属粉，TGXB金属粉与树脂基体的重量比为3:2～4:1。

将TGXB金属粉分散在树脂基体中形成胶膜，其中的TGXB金属粉的使用量相对于树脂基体的使用量较大，因此，该胶膜能够提供较多的具有吸波性能的TGXB金属粉；进一步利用该胶膜作为吸波预浸料的吸波材料的供体将胶膜中的TGXB金属粉转移至纤维基体中，使得吸波预浸料中的TGXB金属粉的含量也相对于现有技术有明显提高；且将TGXB金属粉以胶膜作为供体再进入纤维基体中，不仅使得操作工艺简化，而且使得TGXB金属粉在纤维基体中均匀分散。

本申请胶膜中所采用的树脂基体可以为本领域常规的热塑性树脂或热固性树脂，为了有较好的耐温性能，优选上述树脂基体为环氧树脂、聚氨酯树脂与氰酸酯树脂中的一种或多种。

目前市场上的常规TGXB金属粉均可考虑作为本申请的TGXB金属粉使用，为了使得TGXB金属粉在树脂基体中更易分散，分散效果更好，优选上述TGXB金属粉的粒径为羰基铁粉，上述羰基铁粉的粒径在3～5μm之间；进一步地，为了使所提供的胶膜的吸波能力更好，优选上述TGXB金属粉的Fe的质量百分比含量超过97％。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种上述的胶膜的制作方法，该制作方法包括：将树脂基体在120～180℃的温度下热熔后，与TGXB金属粉通过300～600r/min的搅拌速度搅拌混合，形成预混料；采用流延法将预混料制成胶膜。

将树脂基体在上述温度下热熔后，树脂基体的流动性和分子的活性较高，因此在将其与TGXB金属粉搅拌混合的过程中，TGXB金属粉能够以较快的速度分散在树脂基体中，且利用300～600r/min的搅拌速度不仅能够进一步加快分散过程还能够优化分散效果，使得TGXB金属粉尽可能均匀分散在树脂基体中；进一步采用流延法将预混料制成胶膜，将形成的预混料压成片状。

本申请实施上述流延法的过程可以参考现有技术常规的流延法流程，优选流延法实施过程中，控制流延速率2～4m/min。

在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种吸波预浸料，该吸波预浸料包括纤维基体和分散在纤维基体中的吸波材料分散体，吸波材料分散体包括树脂和TGXB金属粉，TGXB金属粉与树脂的重量比为3:2～4:1，吸波预浸料中TGXB金属粉的含量为60～80wt％。

上述吸波预浸料中的TGXB金属粉含量较多，且在纤维基体中分散因此使得该吸波预浸料的吸波性能较好，能够吸收4.5～18GHz的波段，吸收强度达-6dB；且上述TGXB金属粉的含量与纤维基体和树脂相配合，保持了预浸料原有的柔软可变形的特点。

在本申请一种优选的实施例中，上述树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂与氰酸酯树脂中的一种或多种，上述纤维基体为芳纶纤维布、玻璃纤维与石英纤维中的一种或多种。进一步优选上述树脂为环氧树脂，上述纤维基体为芳纶纤维布。环氧树脂与芳纶纤维布的配合性能较好，能够保持预浸料良好的柔软可变形的特点。

与胶膜选择TGXB金属粉的理由相同，上述吸波预浸料的TGXB金属粉优选粒径3～5μm，Fe含量在97％以上。

在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种吸波超材料，包括基材和导电几何结构，基材为上述的吸波预浸料。将本申请的吸波预浸料应用到现有技术的吸波超材料的基材中，不仅使得吸波超材料的具有导电几何结构的吸波效果还使得基材具有吸波效果，因此与不同的导电几何结构进行配合，使得吸波超材料所吸收的波长范围更宽泛，进一步拓展了吸波超材料的应用范围。

在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种方舱壁板，包括由外至内依次设置的外蒙皮、吸波夹心层、保温材料层和内蒙皮，吸波夹心层包括底层、吸波中间层和顶层，吸波中间层上述的吸波预浸料或上述的吸波超材料。将本申请吸波预浸料或吸波超材料应用于方舱壁板中，使得方舱壁板对雷达的屏蔽效果更好。

在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种吸波预浸料的制作方法，该制作方法包括：步骤S1，采用本申请上述的制作方法制作胶膜；步骤S2，在两卷相邻的胶膜之间放置纤维布，形成三层夹心结构；步骤S3，对三层夹心结构进行辊压，辊压的压力为0.2～0.4MPa，辊压的温度为60～80℃；以及步骤S4，使辊压后的胶膜与纤维布分离，得到吸波预浸料。

利用本申请前述制作方法制作的胶膜中，TGXB金属粉在胶膜中含量较高且分散较为均匀，因此对其进行辊压将其中的TGXB金属粉和树脂基体辊压至纤维布中时，使得TGXB金属粉在纤维布中的分布也相对均匀；而通过进一步控制辊压的温度和压力，使得胶膜中的树脂呈流动状态，TGXB金属粉在辊压压力以及树脂流动的双重作用下将会尽可能多地进入纤维布中，进而增加了纤维布中的TGXB金属粉的含量，使得最终得到吸波预浸料中的TGXB金属粉含量较多。通过上述制作方法的过程可知，该制作方法相对于现有的制作方法简单、工艺流程也容易控制。

为了使所得到的吸波预浸料中的TGXB金属粉含量尽可能地高，在60～85wt％之间，优选上述胶膜中TGXB金属粉相对于纤维布的用量为2.5～4g/cm²。

在本申请一种优选的实施例中，上述步骤S2和步骤S3在三层夹心结构被牵引运行的条件下进行，三层夹心结构的运行速度为2～4m/min。上述制作方法的实施可以参考图1，在牵引运行的条件下实施上述步骤，使所形成的吸波预浸料中的TGXB金属粉含量较为均匀，且使得上述各步骤的实施容易控制。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

将环氧树脂在150℃下热熔后，与TGXB金属粉以2:3重量比通过300r/min的搅拌速度搅拌混合，形成预混料；采用流延机设备实施流涎法将预混料制成连续成卷胶膜，流延法实施过程中控制流延速度2～4m/min。其中，环氧树脂由昆山裕博复合材料有限公司生产，TGXB金属粉采用江苏泰州拓谷超细粉体有限公司生产的TGXB铁粉，该TGXB金属粉的电磁性能如图2所示。

将胶膜置于开卷装置，上下各一卷，在两卷胶膜中间放置纤维布形成三层夹心结构，将三层夹心结构牵引，三层夹心结构的牵引速度2m/min；其中，纤维布是由杜邦公司生产的芳纶纤维。

经过浸胶机辊压，辊压的温度80℃，辊压的压力0.2MPa，将胶膜中的树脂与铁粉压入纤维布中；继续牵引、收卷，得到实施例1的吸波预浸料。

实施例2至6

环氧树脂由昆山裕博复合材料有限公司生产，TGXB金属粉采用江苏泰州拓谷超细粉体有限公司生产的TGXB铁粉，该TGXB金属粉的电磁性能如图2所示。纤维布是由杜邦公司生产的芳纶纤维。实施过程与实施例1相同,具体的用量和操作参数见表1。

实施例7

合肥华越新材料科技有限公司生产的聚氨酯树脂，TGXB金属粉采用江苏泰州拓谷超细粉体有限公司生产的TGXB铁粉，该TGXB金属粉的电磁性能如图2所示。纤维布是由杜邦公司生产的芳纶纤维。实施过程与实施例1相同,具体的用量和操作参数见表1。

实施例8

环氧树脂由昆山裕博复合材料有限公司生产，TGXB金属粉采用江苏泰州拓谷超细粉体有限公司生产的TGXB铁粉，该TGXB金属粉的电磁性能如图2所示。纤维布是由杜邦公司生产的芳纶纤维。实施过程与实施例1相同,具体的用量和操作参数见表1。

对比例1至5

环氧树脂由昆山裕博复合材料有限公司生产，TGXB金属粉江苏泰州拓谷超细粉体有限公司生产的TGXB铁粉，该TGXB金属粉的电磁性能如图2所示。纤维布是由杜邦公司生产的芳纶纤维。实施过程与实施例1相同，具体的用量和操作参数见表1。

对比例6

利用吴健等人在“吸波复合材料预浸料制备工艺研究”的双槽辊式涂胶法与喷涂浸胶法组合制备吸波预浸料，其中，原料中环氧树脂与TGXB铁粉的比例为1:3，将环氧树脂的在150℃下热熔形成树脂胶液，然后，取2/3体积的树脂胶液与TGXB金属粉通过450r/min的搅拌速度搅拌混合，形成吸波胶液，并置于胶桶中；按照该文献图2的流程即：将纤维布分别从放布辊放出后，经张紧导向辊至涂胶辊，在压辊的压力作用下，树脂胶液被分别涂到两块纤维布的面，完成了预浸法浸胶工艺；此时，控制系统启动喷涂系统工作，将胶桶中的吸波胶液0.03～0.2加仑/分的流量、1～50巴的压力雾化沉积在右侧纤维部的上表面，形成了吸收剂均匀分布的吸波胶液层，完成了喷涂法浸胶工艺；两侧的纤维布再经压辊挤压复合，吸波胶液层恰好包孵于两块纤维布之间，形成了夹芯结构的吸波预浸料，经张紧导向辊至收布辊。

对比例7

环氧树脂由昆山裕博复合材料有限公司生产，碳纤维采用T700。纤维布是由杜邦公司生产的芳纶纤维。实施过程与实施例1相同，具体的用量和操作参数见表1。

将各实施例和对比例得到的吸波预浸料裁成300mm*300mm叠层后，150℃下运用真空袋成型工艺制备反射率测试样品，样品的厚度是1mm。TGXB金属粉含量以精密天平方法测量，反射率测试以GJB2038-94为准，吸波预浸料的柔韧性采用高精密拉力试验机检测，检测结果见表2与图3，图3表示实施例7对应的反射率的测试结果图，表2中的反射率均是指在1GHz时的反射率。

表1

表2

	吸波材料含量	柔韧性参数	反射率
				实施例1	60％	较好	-2
实施例2	60％	较好	-2.5
				实施例3	60％	较好	-3
实施例4	80％	较差	-1
				实施例5	70％	一般	-3

实施例6	70％	一般	-3
				实施例7	70％	一般	-2
实施例8	70％	一般	-3
				对比例1	80％	很差	-3
对比例2	40％	很差	-4
				对比例3	56％	一般	-4
对比例4	56％	一般	-4
				对比例5	56％	一般	-4
对比例6	20％	很差	-5
				对比例7	50％	一般	-4

从上述实施例的实施、表1表2与图3的数据可以看出，尤其是实施例6和对比例1、对比例2的数据对比可以看出，本申请通过对树脂基体以及TGXB金属粉用量的严格限定，保证了所形成的吸波预浸料的吸波性能和柔软性能；其次，通过实施例6和对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5的比较可以看出，本申请通过对吸波预浸料的各实施工艺参数的限定，保证了吸波预浸料中TGXB金属粉的含量和均匀分散性，进而使得反射率得到明显改善，即保证了吸波预浸料的吸波性能。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

将TGXB金属粉分散在树脂基体中形成胶膜，其中的TGXB金属粉的使用量相对于树脂基体的使用量较大，因此该胶膜能够提供较多的具有吸波性能的TGXB金属粉；进一步利用该胶膜作为吸波预浸料的吸波材料的供体通过辊压等方式将胶膜中的TGXB金属粉压入预浸料的纤维基体中，使得吸波预浸料中的TGXB金属粉的含量也相对于现有技术有明显提高；且将TGXB金属粉以胶膜作为供体再进入纤维基体中，不仅使得操作工艺简化，而且使得TGXB金属粉在纤维基体中均匀分散；

利用本申请前述制作方法制作的胶膜中，TGXB金属粉在胶膜中含量较高且分散较为均匀，因此对其进行辊压将其中的TGXB金属粉和树脂基体辊压至纤维布中时，使得TGXB金属粉在纤维布中的分布也相对均匀；而通过进一步控制辊压的温度和压力，使得胶膜中的树脂呈流动状态，TGXB金属粉在辊压压力以及树脂流动的双重作用下将会尽可能多地进入纤维布中，进而增加了纤维布中的TGXB金属粉的含量，使得最终得到吸波预浸料中的TGXB金属粉含量较多。通过上述制作方法的过程可知，该制作方法相对于现有的制作方法简单、工艺流程也容易控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种胶膜，其特征在于，包括树脂基体和分散在所述树脂基体中的TGXB金属粉，所述TGXB金属粉与所述树脂基体的重量比为3:2～4:1。

2.根据权利要求1所述的胶膜，其特征在于，所述树脂基体为环氧树脂、聚氨酯树脂与氰酸酯树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的胶膜，其特征在于，所述TGXB金属粉为羰基铁粉，所述羰基铁粉的粒径在3～5μm之间。

4.一种权利要求1至3中任一项所述的胶膜的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

将树脂基体在120～180℃的温度下热熔后，与TGXB金属粉通过300～600r/min的搅拌速度搅拌混合，形成预混料；

采用流延法将所述预混料制成胶膜。

5.根据权利4所述的制作方法，其特征在于，所述流延法中的流延速度在2～4m/min之间。

6.一种吸波预浸料，其特征在于，所述吸波预浸料包括纤维基体和分散在所述纤维基体中的吸波材料分散体，所述吸波材料分散体包括树脂和TGXB金属粉，所述TGXB金属粉与所述树脂的重量比为3:2～4:1，所述吸波预浸料中所述TGXB金属粉的含量为60～80wt％。

7.根据权利要求6所述的吸波预浸料，其特征在于，所述树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂与氰酸酯树脂中的一种或多种，所述纤维基体为芳纶纤维布、玻璃纤维与石英纤维中的一种或多种。

8.根据权利要求6所述的吸波预浸料，其特征在于，所述TGXB金属粉为羰基铁粉，所述羰基铁粉的粒径在3～5μm之间。

9.一种吸波超材料，包括基材和导电几何结构，其特征在于，所述基材为权利要求6至8中任一项所述的吸波预浸料。

10.一种方舱壁板，包括由外至内依次设置的外蒙皮、吸波夹心层、保温材料层和内蒙皮，所述吸波夹心层包括底层、吸波中间层和顶层，其特征在于，所述吸波中间层为权利要求6至8中任一项所述的吸波预浸料或权利要求9所述的吸波超材料。

11.一种吸波预浸料的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

步骤S1，采用权利要求4或5所述的制作方法制作胶膜；

步骤S2，在两卷相邻的胶膜之间放置纤维布，形成三层夹心结构；

步骤S3，对所述三层夹心结构进行辊压，所述辊压的压力为0.2～0.4MPa，所述辊压的温度为60～80℃；以及

步骤S4，使辊压后的所述胶膜与所述纤维布分离，得到所述吸波预浸料。

12.根据权利11所述的制作方法，其特征在于，所述胶膜中TGXB金属粉相对于所述纤维布的用量2.5～4g/cm²。

13.根据权利11所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2和所述步骤S3在所述三层夹心结构被牵引运行的条件下进行，所述三层夹心结构的运行速度为2～4m/min。