CN107177053B - 一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钴酸镍‑碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法，先将除胶处理并烘干后的碳化硅纤维布放入溶液A中进行水热反应，反应结束后取出碳化硅纤维布进行退火处理，得到钴酸镍‑碳化硅纤维多尺度增强体；溶液A是硝酸钴、硝酸镍和尿素加入水中搅拌均匀得到的；将聚酰胺酸溶液均匀涂刷在钴酸镍‑碳化硅纤维多尺度增强体的外表面，再叠放整齐得到预制件；对预制件进行若干次抽真空‑保压‑卸压的重复过程，模压制得钴酸镍‑碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料。本发明在碳化硅纤维表面生长钴酸镍，增大了复合材料的界面极化能力和电导率，同时实现良好的吸波性能与力学性能。

Description

一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基 结构吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸波材料技术领域，具体是一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着各种先进雷达探测器及精密制导武器的出现，新型武器装备所面临的威胁也随之增加。如何降低武器目标的探测性，提高武器在战场上的生存能力已经受到各国的高度重视。在现代战争中，雷达是探测目标的最可靠手段，因此雷达隐身是隐身技术的重点。目前雷达隐身主要通过雷达吸波材料和外形隐身设计这两条技术途径来缩减军事目标的雷达散射截面RCS(Radar Cross-Section)来实现。树脂基结构吸波材料具有低密度、高比强度、良好的工艺加工性能，已经成为将来吸波材料研究的主要方向。目前国内外对于树脂基吸波材料的研制大多集中在采用传统的树脂基体材料，例如环氧树脂、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯等树脂体系，但是这类树脂体系的耐高温性能、耐环境腐蚀和机械性能都存在一定的弱点，无法满足吸波材料兼具吸波性能和耐高温性能的要求，限制了树脂基吸波材料在高温部件上的应用。因此，选择高性能的树脂基体进行吸波材料的研究，使其兼具良好吸波性能，耐高温性能和力学性能，已经成为新型吸波材料研究的主要方向。
聚酰亚胺是综合性能非常优异的材料，耐高温达400℃以上，长期使用温度在300℃，具有非常优良的耐温性、机械性能、耐化学腐蚀、较小的热膨胀系数和良好的加工工艺性能。专利CN 102329425A公开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的方法，虽然在不影响聚酰亚胺本身良好耐热性的前提下，制备出了轻质，高频吸波材料，但是由于没有增强体，不具有承载作用，无法作为结构吸波复合材料使用。邱军在公布号为CN 102181152A的专利中公布了一种碳纳米管改性碳纤维、聚酰亚胺树脂多维混杂复合材料的制备方法。该专利将碳纳米管和碳纤维经过表面羧基化、酰基化后，再在其上引入二元胺或者多元胺，将氨基化得碳纳米管与聚酰亚胺均匀混合，再与氨基化得纤维增强体进行复合，得到碳纳米管改性碳纤维/聚酰亚胺树脂多维混杂复合材料，虽然提高了复合材料的整体强度，但是并没有对吸波性能进行研究，而且碳纤维高电导率的特点，该复合材料也不可能具有良好的吸波效果。碳化硅纤维是一种高性能陶瓷纤维，不仅具有碳纤维相当的强度和模量，且具有碳纤维、芳纶纤维等无法比拟的耐高温和抗氧化性能，因此利用碳化硅纤维增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料最具优势。但是，目前碳化硅纤维增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的吸波性能较差，虽然通过添加纳米吸收剂如炭黑、碳纳米管、石墨烯等可以有效的提碳化硅纤维增强聚酰亚胺复合材料的吸波性能，但不可避免的带来了力学性能降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法，制得的结构吸波材料同时兼具良好的力学性能和吸波性能。
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)对碳化硅纤维布进行除胶处理，然后烘干；
(2)将步骤(1)烘干后的碳化硅纤维布放入溶液A中进行水热反应，水热反应结束后取出碳化硅纤维布进行退火处理，得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体；其中溶液A是硝酸钴、硝酸镍和尿素按摩尔比为2:1:(3～11)加入水中搅拌均匀得到的；
(3)将聚酰胺酸溶液均匀涂刷在钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的外表面，再将若干片涂刷有聚酰胺酸溶液的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到预制件；对预制件进行若干次抽真空-保压-卸压的重复过程，得到浸渍后的碳化硅纤维布；
(4)对浸渍后的碳化硅纤维布进行阶梯加温，模压制得钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺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，将碳化硅纤维布放入丙酮中，在100W的超声波中清洗1小时。
进一步地，步骤(2)中，硝酸钴、硝酸镍和尿素加入蒸馏水中，且在转速500rpm的条件下搅拌1h，得到溶液A；硝酸镍和蒸馏水的摩尔体积比为1mmol:(60～80)ml。
进一步地，步骤(2)中，水热反应温度为110℃～170℃，水热反应时间3h～7h。
进一步地，步骤(2)中，退火处理温度为300℃～350℃，处理时间3～5h。
进一步地，步骤(3)中，将5～10片涂刷有聚酰胺酸溶液的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到预制件。
进一步地，步骤(3)中，预制件放置在真空烘箱内进行若干次抽真空-保压-卸压的重复过程，且每次均是抽真空至0.08MPa并保持10～30min，然后卸压至常压状态。
进一步地，步骤(4)中，模压的过程是将浸渍后的碳化硅纤维布先在200℃～240℃保温2～3小时，接着在270℃～300℃和5～10MPa的压力下保温30min～60min，然后保持压力并在350℃～370℃保温1～3小时，最后卸去压力，冷却至室温。
进一步地，步骤(4)中，浸渍后的碳化硅纤维布放入模具中，模具置于液压机上，对模具进行升温和加压；其中，模具从室温升至200℃～240℃的升温速率为5℃/min，从200℃～240℃升温至270℃～300℃以及从270℃～300℃升温至350℃～370℃的升温速率均为3℃/min。
一种利用如上所述制备方法制得的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，该结构吸波材料中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的质量分数为40％～60％，余量为聚酰亚胺树脂；该结构吸波材料的弯曲强度为422～623MPa，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为3.7～6.2GHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明以聚酰亚胺树脂为基体，钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体制备结构吸波材料，通过水热反应和退火处理制得钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体；再通过真空浸渍处理，将聚酰胺酸充分浸渍到纤维内部，后续的保温是聚酰胺酸的亚胺化阶段，最终经过模压完成树脂固化交联形成聚酰亚胺，得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，该材料具有吸波承载一体化的功能。这种方法解决了传统在基体中添加填料方法带来分散性差、恶化力学性能的问题。对于复合材料介电性能，根据有效电磁理论，可以知道复合材料介电常数的实部是与极化能力有关，介电常数的虚部是与电导率有关，而在碳化硅纤维表面生长钴酸镍制备跨尺度增强体，一方面增大了复合材料的界面极化能力，对介电常数实部产生影响，另一方面提高了复合材料的电导率，对复合材料介电常数虚部产生影响，因此通过钴酸镍-碳化硅纤维跨尺度增强体的制备可以实现复合材料的介电性能和力学性能调节的目的。本发明的特点是选用耐温性好的聚酰亚胺树脂(在空气中5％热失重温度约540℃)作为基体，相比与传统的树脂基体具有良好的高温稳定性。同时，碳化硅纤维布也具有良好的抗氧化稳定性，而且制备复合材料的厚度可以通过碳化硅纤维布的层数决定。本发明操作简单，克服了现有技术中树脂基结构吸波材料中存在的使用温度范围偏低、工艺复杂等问题，同时实现良好的吸波性能与力学性能，提高树脂基结构吸波材料的使用范围，可以用于300℃的环境。
进一步地，本发明通过控制退火温度和时间等，保证钴酸镍纳米线的生长长度和密度合适。
进一步地，本发明采用阶梯加温加压的制备工艺来制备聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料，对制备过程中的温度和压力进行控制，保证聚酰亚胺树脂亚胺化完全，确保了复合材料的良好的力学性能。
本发明材料解决了以往人们所发明的结构吸波材料力学性能不足或吸波性能较差的问题，同时提高树脂基结构吸波材料的使用范围，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。本发明结构吸波材料弯曲强度都可以达到400MPa，在8-18GHz都具有良好的吸波效果。本发明所得产品结构完整性好，抗冲击性强，不易分层。
附图说明
图1是实施例2钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的扫描图。
图2是实施例4钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的反射率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料是由质量分数为40wt％～60wt％钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体，40wt％～60wt％的聚酰亚胺树脂组成。
本发明中所用的碳化硅纤维布是由电导率在10-6～10-4S/cm范围内的碳化硅纤维编织而成。
本发明钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体是通过水热法制备出来的，其具体步骤：
步骤1、将剪裁合适尺寸的碳化硅纤维布，放入丙酮中在超声波中清洗1小时，然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。除胶处理，保证和树脂之间的粘结性。
步骤2、溶液配制。称取一定量的硝酸钴，硝酸镍和尿素，其中硝酸钴、硝酸镍和尿素的摩尔比为2mmol:1mmol:(3～11)mmol，然后加入到60～80ml的蒸馏水中进行磁力搅拌，搅拌时间1h，转速500rpm。
步骤3、将步骤2混合均匀的溶液倒入到高温水热反应釜中，然后放入步骤1的碳纤维纤维布，其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。将放入碳化硅纤维布后的水热反应釜密封放到烘箱中进行水热反应，其中水热反应温度为110℃～170℃，水热反应时间3h～7h。水热反应结束后，取出碳化硅纤维布进行退火处理，处理温度为300～350℃，处理时间3～5h，升温速率为1℃/min。退火结束后得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。重复此过程，获得多片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。本发明中只有在水热反应后经过退火处理才能转变为钴酸镍。其中水热反应时间过短，退火温度过低，退火时间过短，会导致生长钴酸镍纳米线的长度偏短，对复合材料的介电性能提高有限，吸波性能改善作用弱，相反如果水热反应时间过长，退火温度过高，退火时间过长，会使纤维表面生长钴酸镍纳米线的密度增加，纳米线相互缠绕对复合材料力学性能提高作用有限，而且过高纳米线含量也会提高复合材料的介电常数，降低吸波材料阻抗匹配条件，恶化吸波效果，综上分析，选择合适的水热时间、退火温度和时间均对在碳化硅纤维表面生长钴酸镍制备跨尺度增强体具有重要意义。
本发明的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备方法，其具体步骤：
步骤1、将聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺的固含量为40％)均匀涂刷在制备好的多片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的上表面和下表面。将涂刷有聚酰胺酸的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，一般是5～10片，得到聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件。将所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件放入真空烘箱内，对真空烘箱抽真空－保压－卸压以对钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍，具体是，对所述真空烘箱抽真空至0.08MPa并保持10～30min，以排除预制件中的气泡。保压结束后，真空烘箱恢复至常压状态。重复所述抽真空－保压－卸压过程3～5次，得到充分浸渍的纤维布。
步骤2、聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备。将经过浸渍后的碳化硅纤维编织布放入模具中。将模具置于液压机上，对模具进行升温和加压。制备过程为：模具以5℃/min的升温速度从室温开始升温,升温至200℃～240℃保温2～3小时；继续对模具以3℃/min的升温速率升温至300℃，当模具升温至270～300℃时，通过液压机对模具施加5～10MPa的压力并保温30～60min。保温结束后在保持压力的同时继续以3℃/min的升温速率升温至350℃～370℃，保温保压1～3小时。保温保压结束后卸去压力，待模具冷却至室温，将试样取出完成结构吸波复合材料的制备加工。其中施加压力对应的温度点和压力大小要合适，施加压力温度点过早，聚酰亚胺树脂亚胺化不完全，造成复合材料内部残留大量的气泡；施加压力温度点过晚，聚酰亚胺树脂已经开始固化交联反应，压力起不到排出气泡的作用。同样施加压力过大会导致聚酰亚胺树脂挤出过多，造成复合材料缺胶；而压力过小，会降低复合材料中纤维的体积分数，这些影响都会度复合材料的力学性能产生影响，综上分析选择合适的施加压力对应的温度点和压力具有重要意义。
实施例1
本实施例是一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料以钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收剂，以聚酰亚胺树脂作为基体。其中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体含量为40wt％，聚酰亚胺树脂含量为60wt％。
本实施例还提出了一种制备所述钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、将剪裁合适尺寸的碳化硅纤维布6片，放入丙酮后在超声波中清洗1小时，然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。
步骤2、溶液配制。称取一定量的硝酸钴，硝酸镍和尿素，其中硝酸钴,硝酸镍和尿素的摩尔比为2mmol:1mmol:3mmol，然后加入到60ml的蒸馏水中进行磁力搅拌，搅拌时间1h，转速500rpm。
步骤3、将步骤2混合均匀的溶液倒入到高温水热反应釜中，然后放入步骤1的碳纤维纤维布。将放入碳化硅纤维布后的水热反应釜密封后放到烘箱中进行水热反应，其中水热反温度为110℃，水热反应时间3h。水热反应结束后，取出碳化硅纤维布进行退火处理，处理温度为300℃，处理时间3h，升温速率为1℃/min。退火结束后得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。重复此过程，获得6片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。
步骤4、将聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺的固含量为40％)均匀涂刷在制备好的6片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的上表面和下表面。将涂刷有聚酰胺酸的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件。将所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件放入真空烘箱内，对真空烘箱抽真空－保压－卸压以对钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍，具体是，对所述真空烘箱抽真空至0.08MPa并保持10min，以排除预制件中的气泡。保压结束后，真空烘箱恢复至常压状态。重复所述抽真空－保压－卸压过程3次，得到充分浸渍的纤维布。
步骤5、聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备。将经过浸渍后的碳化硅纤维编织布放入模具中。将模具置于液压机上，对模具进行升温和加压。制备过程为：模具以5℃/min的升温速度从室温开始升温,升温至200℃保温2小时；继续对模具以3℃/min的升温速率升温至270℃，当模具升温至270℃时，通过液压机对模具施加10MPa的压力并保温30min。保温结束后在保持压力的同时继续以3℃/min的升温速率升温至350℃，保温保压1小时。保温保压结束后卸去压力，待模具冷却至室温，将试样取出完成结构吸波复合材料的制备加工。
所制备的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料弯曲强度为422MPa，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为3.7GHz。
实施例2
本实施例是一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料以钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收剂，以聚酰亚胺树脂作为基体。其中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体含量为40wt％，聚酰亚胺树脂含量为60wt％。
本实施例还提出了一种制备所述钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、将剪裁合适尺寸的碳化硅纤维布7片，放入丙酮后在超声波中清洗1小时，然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。
步骤2、溶液配制。称取一定量的硝酸钴，硝酸镍和尿素，其中硝酸钴,硝酸镍和尿素的摩尔比为2mmol:1mmol:5mmol，然后加入到80ml的蒸馏水中进行磁力搅拌，搅拌时间1h，转速500rpm。
步骤3、将步骤2混合均匀的溶液倒入到高温水热反应釜中，然后放入步骤1的碳纤维纤维布，其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。将放入碳化硅纤维布后的水热反应釜密封放到烘箱中进行水热反应，其中水热反温度为130℃，水热反应时间5h。水热反应结束后，取出碳化硅纤维布进行退火处理，处理温度为300℃，处理时间5h，升温速率为1℃/min。退火结束后得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。重复此过程，获得7片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。
步骤4、将聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺的固含量为40％)均匀涂刷在制备好的7片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的上表面和下表面。将涂刷有聚酰胺酸的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件。将所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件放入真空烘箱内，对真空烘箱抽真空－保压－卸压以对钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍，具体是，对所述真空烘箱抽真空至0.08MPa并保持30min，以排除预制件中的气泡。保压结束后，真空烘箱恢复至常压状态。重复所述抽真空－保压－卸压过程4次，得到充分浸渍的纤维布。
步骤5、聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备。将经过浸渍后的碳化硅纤维编织布放入模具中。将模具置于液压机上，对模具进行升温和加压。制备过程为：模具以5℃/min的升温速度从室温开始升温,升温至240℃保温2小时；继续对模具以3℃/min的升温速率升温至300℃，当模具升温至300℃时，通过液压机对模具施加5MPa的压力并保温40min。保温结束后在保持压力的同时继续以3℃/min的升温速率升温至350℃，保温保压3小时。保温保压结束后卸去压力，待模具冷却至室温，将试样取出完成结构吸波复合材料的制备加工。
如图1所示，本发明制得的产品结构完整性好，不易分层；所制备的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料弯曲强度为454MPa，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为4.1GHz。
实施例3
本实施例是一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料以钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收剂，以聚酰亚胺树脂作为基体。其中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体含量为50wt％，聚酰亚胺树脂含量为50wt％。
本实施例还提出了一种制备所述钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、将剪裁合适尺寸的碳化硅纤维布8片，放入丙酮后在超声波中清洗1小时，然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。
步骤2、溶液配制。称取一定量的硝酸钴，硝酸镍和尿素，其中硝酸钴,硝酸镍和尿素的摩尔比为2mmol:1mmol:7mmol，然后加入到60ml的蒸馏水中进行磁力搅拌，搅拌时间1h，转速500rpm。
步骤3、将步骤2混合均匀的溶液倒入到高温水热反应釜中，然后放入步骤1的碳纤维纤维布，其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。将放入碳化硅纤维布后的水热反应釜密封放到烘箱中进行水热反应，其中水热反温度为150℃，水热反应时间7h。水热反应结束后，取出碳化硅纤维布进行退火处理，处理温度为350℃，处理时间5h，升温速率为1℃/min。退火结束后得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。重复此过程，获得8片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。
步骤4、将聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺的固含量为40％)均匀涂刷在制备好的8片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的上表面和下表面。将涂刷有聚酰胺酸的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件。将所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件放入真空烘箱内，对真空烘箱抽真空－保压－卸压以对钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍，具体是，对所述真空烘箱抽真空至0.08MPa并保持20min，以排除预制件中的气泡。保压结束后，真空烘箱恢复至常压状态。重复所述抽真空－保压－卸压过程5次，得到充分浸渍的纤维布。
步骤5、聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备。将经过浸渍后的碳化硅纤维编织布放入模具中。将模具置于液压机上，对模具进行升温和加压。制备过程为：模具以5℃/min的升温速度从室温开始升温,升温至240℃保温3小时；继续对模具以3℃/min的升温速率升温至300℃，当模具升温至300℃时，通过液压机对模具施加5MPa的压力并保温50min。保温结束后在保持压力的同时继续以3℃/min的升温速率升温至370℃，保温保压1小时。保温保压结束后卸去压力，待模具冷却至室温，将试样取出完成结构吸波复合材料的制备加工。
所制备的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料弯曲强度为501MPa，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为5.3GHz。
实施例4
本实施例是一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料以钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收剂，以聚酰亚胺树脂作为基体。其中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体含量为60wt％，聚酰亚胺树脂含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备所述钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、将剪裁合适尺寸的碳化硅纤维布10片，放入丙酮后在超声波中清洗1小时，然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。
步骤2、溶液配制。称取一定量的硝酸钴，硝酸镍和尿素，其中硝酸钴,硝酸镍和尿素的摩尔比为2mmol:1mmol:11mmol，然后加入到80ml的蒸馏水中进行磁力搅拌，搅拌时间1h，转速500rpm。
步骤3、将步骤2混合均匀的溶液倒入到高温水热反应釜中，然后放入步骤1的碳纤维纤维布，其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。将放入碳化硅纤维布后的水热反应釜密封放到烘箱中进行水热反应，其中水热反温度为170℃，水热反应时间6h。水热反应结束后，取出碳化硅纤维布进行退火处理，处理温度为320℃，处理时间4h，升温速率为1℃/min。退火结束后得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。重复此过程，获得10片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。
步骤4、将聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺的固含量为40％)均匀涂刷在制备好的10片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的上表面和下表面。将涂刷有聚酰胺酸的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件。将所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件放入真空烘箱内，对真空烘箱抽真空－保压－卸压以对钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍，具体是，对所述真空烘箱抽真空至0.08MPa并保持30min，以排除预制件中的气泡。保压结束后，真空烘箱恢复至常压状态。重复所述抽真空－保压－卸压过程4次，得到充分浸渍的纤维布。
步骤5、聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备。将经过浸渍后的碳化硅纤维编织布放入模具中。将模具置于液压机上，对模具进行升温和加压。制备过程为：模具以5℃/min的升温速度从室温开始升温,升温至230℃保温2小时；继续对模具以3℃/min的升温速率升温至290℃，当模具升温至290℃时，通过液压机对模具施加8MPa的压力并保温60min。保温结束后在保持压力的同时继续以3℃/min的升温速率升温至370℃，保温保压3小时。保温保压结束后卸去压力，待模具冷却至室温，将试样取出完成结构吸波复合材料的制备加工。
所制备的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料弯曲强度为623MPa，如图2所示，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为6.2GHz。
实施例5
本实施例是一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料以钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体为吸收剂，以聚酰亚胺树脂作为基体。其中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体含量为60wt％，聚酰亚胺树脂含量为40wt％。
本实施例还提出了一种制备所述钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的方法，具体过程是：
步骤1、将剪裁合适尺寸的碳化硅纤维布5片，放入丙酮后在超声波中清洗1小时，然后放入烘箱中烘干；烘干温度为80℃；超声波功率为100W。其中碳化硅纤维布的尺寸为35mm*45mm。
步骤2、溶液配制。称取一定量的硝酸钴，硝酸镍和尿素，其中硝酸钴,硝酸镍和尿素的摩尔比为2mmol:1mmol:8mmol，然后加入到70ml的蒸馏水中进行磁力搅拌，搅拌时间1h，转速500rpm。
步骤3、将步骤2混合均匀的溶液倒入到高温水热反应釜中，然后放入步骤1的碳纤维纤维布。将放入碳化硅纤维布后的水热反应釜密封放到烘箱中进行水热反应，其中水热反温度为130℃，水热反应时间5h。水热反应结束后，取出碳化硅纤维布进行退火处理，处理温度为320℃，处理时间4.5h，升温速率为1℃/min。退火结束后得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。重复此过程，获得5片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体。
步骤4、将聚酰亚胺的前驱体聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺的固含量为40％)均匀涂刷在制备好的5片钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的上表面和下表面。将涂刷有聚酰胺酸的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件。将所述聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的预制件放入真空烘箱内，对真空烘箱抽真空－保压－卸压以对钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体浸渍，具体是，对所述真空烘箱抽真空至0.08MPa并保持30min，以排除预制件中的气泡。保压结束后，真空烘箱恢复至常压状态。重复所述抽真空－保压－卸压过程3～5次，得到充分浸渍的纤维布。
步骤5、聚酰亚胺树脂基的结构吸波材料的制备。将经过浸渍后的碳化硅纤维编织布放入模具中。将模具置于液压机上，对模具进行升温和加压。制备过程为：模具以5℃/min的升温速度从室温开始升温,升温至240℃保温2.5小时；继续对模具以3℃/min的升温速率升温至300℃，当模具升温至300℃时，通过液压机对模具施加6MPa的压力并保温60min。保温结束后在保持压力的同时继续以3℃/min的升温速率升温至360℃，保温保压2小时。保温保压结束后卸去压力，待模具冷却至室温，将试样取出完成结构吸波复合材料的制备加工。
所制备的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料弯曲强度为589MPa，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为5.6GHz。
对比例1
树脂成型工艺，如果不加压的话，材料内部会含有大量的气孔，降低材料力学性能。

Claims (9)

1.一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺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)对碳化硅纤维布进行除胶处理，然后烘干；
(2)将步骤(1)烘干后的碳化硅纤维布放入溶液A中进行水热反应，水热反应结束后取出碳化硅纤维布进行退火处理，得到钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体；其中溶液A是硝酸钴、硝酸镍和尿素按摩尔比为2:1:(3～11)加入水中搅拌均匀得到的；
(3)将聚酰胺酸溶液均匀涂刷在钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的外表面，再将若干片涂刷有聚酰胺酸溶液的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到预制件；对预制件进行若干次抽真空-保压-卸压的重复过程，得到浸渍后的碳化硅纤维布；
(4)对浸渍后的碳化硅纤维布进行阶梯加温，模压制得钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料；
步骤(4)中，模压的过程是将浸渍后的碳化硅纤维布先在200℃～240℃保温2～3小时，接着在270℃～300℃和5～10MPa的压力下保温30min～60min，然后保持压力并在350℃～370℃保温1～3小时，最后卸去压力，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺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，将碳化硅纤维布放入丙酮中，在100W的超声波中清洗1小时。
3.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，硝酸钴、硝酸镍和尿素加入蒸馏水中，且在转速500rpm的条件下搅拌1h，得到溶液A；硝酸镍和蒸馏水的摩尔体积比为1mmol:(60～80)ml。
4.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，水热反应温度为110℃～170℃，水热反应时间3h～7h。
5.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，退火处理温度为300℃～350℃，处理时间3～5h。
6.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将5～10片涂刷有聚酰胺酸溶液的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体叠放整齐，得到预制件。
7.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，预制件放置在真空烘箱内进行若干次抽真空-保压-卸压的重复过程，且每次均是抽真空至0.08MPa并保持10～30min，然后卸压至常压状态。
8.根据权利要求1所述的一种钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，浸渍后的碳化硅纤维布放入模具中，模具置于液压机上，对模具进行升温和加压；其中，模具从室温升至200℃～240℃的升温速率为5℃/min，从200℃～240℃升温至270℃～300℃以及从270℃～300℃升温至350℃～370℃的升温速率均为3℃/min。
9.一种利用权利要求1所述制备方法制得的钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料，其特征在于：该结构吸波材料中钴酸镍-碳化硅纤维多尺度增强体的质量分数为40％～60％，余量为聚酰亚胺树脂；该结构吸波材料的弯曲强度为422～623MPa，在8-18GHz范围内反射率低于-8dB的带宽为3.7～6.2GHz。
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