CN106967276B - 纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法，先将酸化处理后的碳化硅编织体放入多元胺中进行氨基化处理，得到氨基化碳化硅纤维编织体；将氨基化碳化硅纤维编织体和酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，进行化学接枝，得到纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体；以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，其中基体占基体和吸收体总质量的30～50％，采用树脂基复合材料成型工艺，制得纳米吸收剂‑碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。本发明材料同时兼具良好的力学性能和吸波性能，材料结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。

Description

纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波 材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料领域，具体涉及纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法。
背景技术
2002年在碳纤维复合材料中首次提出了多尺度增强体的概念，即通过在碳纤维表面生成碳纳米管形成多尺度增强体，能够同时解决碳纤维界面问题和碳纳米管分散性问题，因此利用多尺度增强体制备复合材料成为当今复合材料领域研究的热点。利用多尺度增强体制备复合材料具有更好的力学性能，这是因为制备多尺度增强体可以有效提高纤维表面的比表面积，纤维表面粗糙程度的增加产生的机械锁合作用可加强纤维树脂基体间界面结合力，同时提高界面相的模量，形成机械性能梯度变化的过渡区，有效传递和分散载荷。
虽然玻璃纤维和碳纤维多尺度增强体的制备会提高复合材料的力学性能，但是由于玻璃纤维的力学性能较弱，耐环境腐蚀性能差，在制备跨尺度增强体的过程中对玻璃纤维的强度产生严重的影响，导致利用玻璃纤维多尺度增强体制备结构型吸波材料力学性能偏低，而碳纤维的高电导率特性无法利用其制备结构吸波材料。相比于玻璃纤维和碳纤维，高阻型碳化硅纤维电导率低，耐高温，力学性能好，通过在这种碳化硅纤维上制备碳纳米管，形成碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体不仅可以提高树脂基结构吸波材料的力学性能，同时可以通过控制制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体上碳纳米管的含量，使得碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的电导率处于一定的范围内，使之满足吸波材料对材料电性能的要求。
专利CN102329425A公布了一种修饰的碳纳米管与铁氧体及聚酰亚胺复合吸波材料制备方法，该方法通过氩气等离子体修饰碳纳米管，然后与化学沉淀法制备的铁氧体复合，最后利用原位聚合的方法制备碳纳米管/铁氧体/聚酰亚胺三相复合吸波材料，虽然该复合材料具有轻质、高频吸收的特性，但是由于没有增强体，该复合吸波材料的力学性能偏低。专利CN102181153A公布了一种碳纳米管及功能化纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备方法，将碳纳米管经过羧基功能化后，在碳纳米管上引入二元胺或者多元胺，将得到氨基化的碳纳米管与羧基化的碳纤维反应，得到表面接枝的碳纳米管的碳纤维，将得到功能化的碳纳米管和碳纤维应用于聚酰亚胺复合材料的制备中，可以利用碳纳米管的强度和韧性强化，改善碳纤维与树脂基体的粘结性能，提高复合材料的界面粘结强度，但是并没有对其吸波性能研究，而且由于碳纤维高电导率的特性，该复合材料也不会具有良好的吸波性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料及其制备方法，通过化学接枝法，制得兼具良好的力学性能和吸波性能的树脂基结构吸波材料。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：
(1)取碳化硅编织体进行除胶处理，取纳米吸收剂和除胶处理后的碳化硅编织体进行酸化处理；
(2)将步骤(1)酸化处理后的碳化硅编织体放入多元胺中进行氨基化处理，得到氨基化碳化硅纤维编织体；
(3)将步骤(2)得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤(1)酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，进行化学接枝，得到纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体，其中纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％～9.5％；
(4)以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，其中基体占基体和吸收体总质量的30～50％，采用树脂基复合材料成型工艺，制得纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。
进一步地，步骤(1)中除胶处理的具体步骤是，将碳化硅编织体放入丙酮中，在80～100W的超声波中清洗1～12小时。
进一步地，步骤(1)中酸化处理是将除胶处理后的碳化硅编织体和纳米吸收剂放入到浓硝酸中，在50℃～90℃处理1h～12h，其中浓硝酸的质量为纳米吸收剂的质量8～30倍。
进一步地，碳化硅编织体中碳化硅纤维的电导率在1～1.6S/cm或电导率在10-6～10-4S/cm；碳化硅编织体采用的是2.5维碳化硅编织体或3维碳化硅编织体。
进一步地，纳米吸收剂采用管径为5～100nm以及长度为2～15um的碳纳米管，或者厚度为0.8～1nm以及颗粒尺寸为0.2～0.6um的石墨烯。
进一步地，步骤(1)中除胶处理和酸化处理后均在50～100℃进行烘干。
进一步地，步骤(2)中多元胺是乙二胺、丙二胺、三乙胺或丁三胺；步骤(2)中在80～100W的超声波中氨基化处理1～12小时，多元胺的质量为碳化硅编织体的8～30倍。
进一步地，步骤(3)中有机溶剂为丙酮、N-N二甲基乙酰胺、乙醇或N-甲基吡咯烷酮；纳米吸收剂在有机溶剂中的质量分数在1％～10％；化学接枝时间1～12h。
进一步地，步骤(4)中，耐高温树脂为环氧树脂或有机硅树脂，且树脂基复合材料成型工艺为手糊成型工艺；或者耐高温树脂是聚酰亚胺树脂或聚苯并恶唑树脂，且树脂基复合材料的成型工艺为模压成型工艺。
一种利用如上所述制备方法制得的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提出来一种碳化硅纤维增强树脂基结构吸波材料的制备方法，通过采用化学接枝法将纳米吸收剂接枝到碳化硅纤维的表面获得纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体，然后再利用纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体制备结构吸波材料，使其同时兼具良好的力学性能和吸波性能，满足武器中温部位对雷达波隐身和承载能力的要求，也可应用于防电磁辐射等领域，解决了传统吸波材料力学性能和吸波性能不能兼容的问题。
本发明材料的弯曲强度在200～600MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是3.7～8.3GHz，产品结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。
附图说明
图1为实施例1手糊工艺制备的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强耐高温树脂结构吸波材料的反射率曲线图。
图2为实施例5模压工艺制备的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体耐高温树脂结构吸波材料的照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明中纳米吸收剂-碳化硅纤维增强体增强树脂基结构吸波材料中增强体是2.5维(2.5D)或3维(3D)碳化硅编织体，基体是耐高温树脂。碳化硅纤维的电导率在1～1.6S/cm或电导率在10-6～10-4S/cm。
本发明纳米吸收剂采用碳纳米管或石墨烯，其中，碳纳米管的最佳管径为5～100nm，长度为2～15um；石墨烯厚度为0.8～1nm，颗粒尺寸为0.2～0.6um。
本发明制备方法，包括以下工艺步骤：
步骤1、选取不同电导率的2.5D或3D碳化硅编织体和不同颗粒尺寸的纳米吸收剂。
步骤2、将上述的碳化硅编织体放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中清洗1～12小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为50～100℃；超声波功率为80～100W。将除胶处理后的碳化硅编织体和纳米吸收剂放入到质量分数约为65％的浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳化硅编织体或纳米吸收剂的8～30倍，酸化处理温度为50℃～90℃，处理时间为1h～12h，将进行酸化处理后的碳化硅编织体和纳米吸收剂放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为50～100℃。
步骤3、将上述酸化处理后的碳化硅编织体放入二元胺或多元胺中进行氨基化处理，如乙二胺、丙二胺、三乙胺、丁三胺。其中二元胺或多元胺的质量为碳化硅编织体的8～30倍，在超声波中氨基化处理1～12小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为50～100℃；超声波功率为80～100W。
步骤4、将步骤3得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤2得到酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，如丙酮、N-N二甲基乙酰胺、乙醇、N-甲基吡咯烷酮，其中纳米吸收剂在有机溶剂中的质量分数在1％～10％。调控化学接枝时间1～12h，得到不同纳米吸收剂接枝含量的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体的制备，其中纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％～9.5％。
步骤5、以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，采用树脂基复合材料成型工艺，制备纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强耐高温树脂结构吸波材料。基体占基体和吸收体总质量的30～50％，不能过低或者过高，否则制得的吸波材料的力学性能偏低。
其中，当耐高温树脂是指环氧树脂、有机硅树脂，树脂基复合材料的成型工艺为手糊成型工艺；当耐高温树脂是指聚酰亚胺树脂、聚苯并恶唑树脂，树脂基复合材料的成型工艺为模压成型工艺。
本发明以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体制备吸波材料，使该吸波材料具有一定的力学性能和吸波性能。本发明的特点是选用的耐高温树脂如环氧树脂、有机硅树脂等可采用简单的手糊工艺进行制备；如聚酰亚胺树脂、聚苯并恶唑树脂等可采用模压成型工艺。本发明的优点是操作简单，所得产品结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。而且所用的树脂基体都是综合性能优异，耐温性良好的树脂，这使本发明制备的复合材料的使用范围大大的扩大。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以环氧树脂作为基体，碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为2.5D碳化硅纤维编织体，碳化硅纤维编织布电导率为1S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为70wt％，环氧树脂基体的含量为30wt％。
本实施例还提出了一种制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强环氧树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为1S/cm的2.5D碳化硅纤维编织体和管径为5nm，长度为15um的碳纳米管。
步骤2、将上述2.5D碳化硅纤维编织体剪裁为45mm*45mm。将裁剪好的2.5D碳化硅纤维编织体放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中超声1小时，超声波功率为80W。将上述除胶处理后的碳化硅编织体和碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳化硅编织体和碳纳米管质量的8倍，酸化处理温度为50℃，处理时间为1h，将进行酸化处理后的碳化硅编织体和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为50℃。
步骤3、将酸化处理后的碳化硅编织体放入乙二胺中进行氨基化处理，其中乙二胺质量为碳化硅编织体质量的8倍，在超声波中氨基化处理1小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为50℃；超声波功率为80W。
步骤4、将步骤3得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤2得到酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂丙酮中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数在1％。调控化学接枝时间1h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％。
步骤4、用电子分析天平准确称量碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以环氧树脂为树脂基体，聚酰胺为固化剂，二者质量配比为4:1，用电子分析天平准确称量环氧树脂和固化剂的质量，其中环氧树脂和固化剂的质量和碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为3:7。
步骤5、采用手糊工艺法制备复合材料，将碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍到均匀混合后的环氧树脂和固化剂浆料中，浸渍30min，形成预制体，预制体在室温下放置2小时后放入烘箱中，以3℃/min的升温速率升温到120℃并保温1h，完成预制体的固化成型，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强环氧树脂基吸波材料。该复合材料的弯曲强度可以达到408MPa；如图1所示，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是3.7GHz。
实施例2
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以有机硅树脂作为基体，碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为2.5D碳化硅纤维编织体，碳化硅纤维编织体用电导率为1.6S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为2.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为60wt％，有机硅树脂基体的含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强有机硅树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为1.6S/cm的2.5D碳化硅纤维编织体和管径为20nm，长度为10um的碳纳米管。
步骤2、将上述2.5D碳化硅纤维编织体剪裁为45mm*45mm。将裁剪好的2.5D碳化硅纤维编织体放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中超声6小时，超声波功率为100W。将上述除胶处理后的碳化硅编织体和碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳化硅编织体和碳纳米管质量的16倍，酸化处理温度为70℃，处理时间为4h，将进行酸化处理后的碳化硅编织体和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为80℃。
步骤3、将酸化处理后的碳化硅编织体放入丙二胺中进行氨基化处理，其中丙二胺质量为碳化硅编织体质量的16倍，在超声波中氨基化处理4小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为100℃；超声波功率为100W。
步骤4、将步骤3得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤2得到酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂乙醇中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数在3％。调控化学接枝时间3h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为2.5％。
步骤4、用电子分析天平准确称量碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以有机硅树脂为树脂基体，其中有机硅树脂的质量和碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为4:6。
步骤5、采用手糊工艺法制备复合材料，将碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍到有机硅树脂中，浸渍时间30min，形成预制体，预制体在室温下放置2小时后放入烘箱中。预制体固化的温度为梯度变化，具体是，从室温以3℃/min的升温速率至150℃并保温30min。保温结束后，将烘箱以3℃/min的升温速率升温至180℃，保温1h，然后将烘箱以3℃/min的升温速率升温至280℃，保温40min；至此完成固化得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强有机硅树脂结构吸波材料。该复合材料的弯曲强度可以达到450MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是6.1GHz。
实施例3
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以聚苯并恶唑树脂作为基体，碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为3D碳化硅纤维编织体，碳化硅纤维编织体用电导率为10-6S/cm，碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为9.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为50wt％，聚苯并恶唑树脂基体的含量为50wt％。
本实施例还提出了一种制备碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚苯并恶唑树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为10-6S/cm的3D碳化硅纤维编织体和管径为100nm，长度为2um的碳纳米管。
步骤2、将上述3D碳化硅纤维编织体剪裁为45mm*45mm。将裁剪好的3D碳化硅纤维编织体放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中超声12小时，超声波功率为80W。将上述除胶处理后的碳化硅编织体和碳纳米管放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳化硅编织体和碳纳米管质量的20倍，酸化处理温度为90℃，处理时间为12h，将进行酸化处理后的碳化硅编织体和酸化处理后的碳纳米管放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为70℃。
步骤3、将酸化处理后的碳化硅编织体放入三乙胺中进行氨基化处理，其中三乙胺质量为碳化硅编织体质量的30倍，在超声波中氨基化处理12小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。
步骤4、将步骤3得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤2得到酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂N-N二甲基乙酰胺中，其中碳纳米管在有机溶剂中的质量分数在10％。调控化学接枝时间12h，得到碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体，其中碳纳米管在碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为9.5％。
步骤5、用电子分析天平准确称量碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以聚苯并恶唑树脂为树脂基，用电子分析天平准确称量聚苯并恶唑树脂的质量，其中聚苯并恶唑树脂的质量和碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为5:5。
步骤6、采用模压工艺成型复合材料，将碳纳米管-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍到聚苯并恶唑树脂溶液中，浸渍时间为3h，制备成预制件，将预制件放入真空烘箱，抽真空以排除预制件中的气泡，在真空度为0.08MPa的条件下保持30min，然后恢复至常压状态。
步骤7、将步骤5的预制件从室温开始升温，升温速度5℃/min,升温至120℃保温30min，同时施加压力5MPa，保温结束后卸去压力，完成结构吸波复合材料的制作加工。该复合材料的弯曲强度可以达到200MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是5.2GHz。
实施例4
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以聚酰亚胺树脂作为基体，石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为2.5碳化硅纤维编织体，碳化硅纤维编织体用电导率为10-4S/cm，石墨烯在石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为6％。复合材料中多尺度增强体的含量为60wt％，聚酰亚胺树脂基体的含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为10-4S/cm的2.5D碳化硅纤维编织体和厚度为0.8nm，颗粒尺寸为0.6um的石墨烯。
步骤2、将上述2.5D碳化硅纤维编织体剪裁为45mm*45mm。将裁剪好的2.5D碳化硅纤维编织体放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中超声10小时，超声波功率为90W。将上述除胶处理后的碳化硅编织体和石墨烯放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳化硅编织体和石墨烯质量的20倍，酸化处理温度为90℃，处理时间为6h，将进行酸化处理后的碳化硅编织体和酸化处理后的石墨烯放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为100℃。
步骤3、将酸化处理后的碳化硅编织体放入丁三胺中进行氨基化处理，其中丁三胺质量为碳化硅编织体质量的24倍，在超声波中氨基化处理6小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。
步骤4、将步骤3得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤2得到酸化处理后的石墨烯分散在有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中石墨烯在有机溶剂中的质量分数在6.5％。调控化学接枝时间6h，得到石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体，其中石墨烯在石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为6％。
步骤5、用电子分析天平准确称量石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以聚酰亚胺树脂为树脂基体，用电子分析天平准确称量聚酰亚胺前驱体溶液聚酰胺酸的质量，其中聚酰胺酸转化为聚酰亚胺的转化率为40％，聚酰胺酸的质量和石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为10:6。
步骤6、采用模压工艺成型复合材料，石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍到聚酰胺酸溶液中，浸渍时间为3h，制备成预制件。将预制件放入真空烘箱，抽真空以排除预制件中的气泡，在真空度为0.08MPa的条件下保持10min，然后恢复至常压状态。将预制件从室温开始升温，升温速度5℃/min,升温至240℃保温2小时。
步骤7、将步骤5处理后预制件放置于模具中，在液压机上加压。以3℃/min的升温速率升温至300℃，开始施加压力15MPa并保温30min，然后继续以3℃/min的升温速率升温至370℃，保温1小时，保温结束后卸去压力，完成结构吸波复合材料的制作加工。该复合材料的弯曲强度可以达到594MPa，在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是8.3GHz。
实施例5
本实施例是一种结构吸波材料，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料，以聚酰亚胺树脂作为基体，石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体为增强体。其中石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中所用的增强体为3D碳化硅纤维编织体，碳化硅纤维编织体用电导率为10-4S/cm，石墨烯在石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为7.5％。复合材料中多尺度增强体的含量为60wt％，聚酰亚胺树脂基体的含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、选取上述电导率为10-4S/cm的3D碳化硅纤维编织体和厚度为1nm，颗粒尺寸为0.2um的石墨烯。
步骤2、将上述3D维碳化硅纤维编织体剪裁为45mm*45mm。将裁剪好的3D维碳化硅纤维编织体放入丙酮中进行超声除胶处理，在超声波中超声7小时，超声波功率为100W。将上述除胶处理后的碳化硅编织体和石墨烯放入到浓硝酸中进行酸化处理，其中浓硝酸的质量为碳化硅编织体和石墨烯质量的30倍，酸化处理温度为50℃，处理时间为10h，将进行酸化处理后的碳化硅编织体和酸化处理后的石墨烯放入真空干燥箱中烘干；烘干温度为80℃。
步骤3、将酸化处理后的碳化硅编织体放入三乙胺中进行氨基化处理，其中三乙胺质量为碳化硅编织体质量的15倍，在超声波中氨基化处理10小时然后放入烘箱中烘干；烘干温度为90℃；超声波功率为100W。
步骤4、将步骤3得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤2得到酸化处理后的石墨烯分散在有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，其中石墨烯在有机溶剂中的质量分数在4％。调控化学接枝时间10h，得到石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体，其中石墨烯在石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为7.5％。
步骤5、用电子分析天平准确称量石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体的质量，以聚酰亚胺树脂为树脂基体，用电子分析天平准确称量聚酰亚胺前驱体聚酰胺酸的质量，其中聚酰胺酸转化为聚酰亚胺的转化率为40％，其中聚酰胺酸的质量和石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体质量的比例为10:6。
步骤6、采用模压工艺成型复合材料，石墨烯-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍到聚酰胺酸溶液中，浸渍时间为3h，制备成预制件。将预制件放入真空烘箱，抽真空以排除预制件中的气泡，在真空度为0.08MPa的条件下保持10min，然后恢复至常压状态。将预制件从室温开始升温，升温速度5℃/min,升温至240℃保温2小时。
步骤7、将步骤5处理后预制件放置于模具中，在液压机上加压。以3℃/min的升温速率升温至300℃，开始施加压力15MPa并保温30min，然后继续以3℃/min的升温速率升温至370℃，保温1小时，保温结束后卸去压力，完成结构吸波复合材料的制作加工。如图2所示，制得的结构完整性好，该复合材料的弯曲强度可以达到600MPa，抗冲击性强，不易分层；在8-18GHz反射率低于-8dB的带宽是7.5GHz。
本发明制得的碳化硅纤维编织体增强树脂结构吸波材料集吸波和承载功能与一体，易于成型，结构简单。
本发明纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体是通过化学接枝法将上述纳米吸收剂接枝到2.5D或3D碳化硅编织体上，通过调控接枝的时间、溶液浓度的因素，实现不同纳米吸收剂接枝含量的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体的制备，其中接枝的时间越长、溶液浓度越大，纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数越高，一般为0.5％-9.5％。
本发明制备的复合材料可以实现良好的吸波性能和力学性能，通过沉积纳米吸收剂含量的调控，可以实现不同电导率纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体的制备，从而对复合材料的介电性能进行调节，进而达到复合材料吸波性能调节的目的，而且使复合材料具有良好的力学性能，满足复合材料部件轻量化的要求。

Claims (10)

1.纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取碳化硅编织体进行除胶处理，取纳米吸收剂和除胶处理后的碳化硅编织体进行酸化处理；
(2)将步骤(1)酸化处理后的碳化硅编织体放入多元胺中进行氨基化处理，得到氨基化碳化硅纤维编织体；
(3)将步骤(2)得到的氨基化碳化硅纤维编织体和步骤(1)酸化处理后的纳米吸收剂分散在有机溶剂中，进行化学接枝，得到纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体，其中纳米吸收剂在纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体中的质量分数为0.5％～9.5％；
(4)以耐高温树脂为基体，纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收体，其中基体占基体和吸收体总质量的30～50％，采用树脂基复合材料成型工艺，制得纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料；
步骤(4)中，耐高温树脂为环氧树脂或有机硅树脂，或者耐高温树脂是聚酰亚胺树脂或聚苯并恶唑树脂。
2.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中除胶处理的具体步骤是，将碳化硅编织体放入丙酮中，在80～100W的超声波中清洗1～12小时。
3.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中酸化处理是将除胶处理后的碳化硅编织体和纳米吸收剂放入到浓硝酸中，在50℃～90℃处理1h～12h，其中浓硝酸的质量为纳米吸收剂的质量8～30倍。
4.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：碳化硅编织体中碳化硅纤维的电导率在1～1.6S/cm或电导率在10-6～10-4S/cm；碳化硅编织体采用的是2.5维碳化硅编织体或3维碳化硅编织体。
5.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：纳米吸收剂采用管径为5～100nm以及长度为2～15μ m的碳纳米管，或者厚度为0.8～1nm以及颗粒尺寸为0.2～0.6μm的石墨烯。
6.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中除胶处理和酸化处理后均在50～100℃进行烘干。
7.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中多元胺是乙二胺、丙二胺、三乙胺或丁三胺；步骤(2)中在80～100W的超声波中氨基化处理1～12小时，多元胺的质量为碳化硅编织体的8～30倍。
8.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中有机溶剂为丙酮、N-N二甲基乙酰胺、乙醇或N-甲基吡咯烷酮；纳米吸收剂在有机溶剂中的质量分数在1％～10％；化学接枝时间1～12h。
9.根据权利要求1所述的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，耐高温树脂为环氧树脂或有机硅树脂时，树脂基复合材料成型工艺为手糊成型工艺；或者耐高温树脂是聚酰亚胺树脂或聚苯并恶唑树脂时，树脂基复合材料的成型工艺为模压成型工艺。
10.一种利用权利要求1所述制备方法制得的纳米吸收剂-碳化硅纤维多尺度增强体增强树脂基结构吸波材料。
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