CN109703136B

CN109703136B - 一种分段式波纹状结构吸波蜂窝复合材料及其制备方法

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Publication number: CN109703136B
Application number: CN201910064724.5A
Authority: CN
Inventors: 段玉平; 戴旭昊; 杨萱
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: CN109703136A

Abstract

本发明公开了一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，由吸波蜂窝和置于吸波蜂窝上下两侧的匹配面板构成，所述吸波蜂窝由经过吸波胶液浸渍过的蜂窝芯材制成，且为分段式浸渍；所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层为波纹状结构；所述上下两侧匹配面板为玻璃钢板；所述吸波蜂窝夹芯复合材料为三明治结构，吸波蜂窝与匹配面板之间由预浸料经热压罐工艺成型后粘接。本发明提出一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料及其制备方法，利用配制的吸波胶液对蜂窝芯材进行上下分段式浸渍，并利用自制的模具制备波纹状结构，制备的吸波蜂窝夹芯复合材料具有质量轻、厚度薄、吸波频带宽、承重能力强等特点。

Description

一种分段式波纹状结构吸波蜂窝复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于吸波材料领域，更具体的说涉及一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料及其制备方法。

背景技术

蜂窝芯材是一种新型轻质高强材料，外形与自然界蜂巢相似，作为一种特殊的材料结构，其具有较高的比强度和较好的绝热、减振效果等优点，因此在航空航天等领域得到广泛应用。

随着电子信息技术的发展，越来越多的电子仪器设备走进我们的生活。如此多新型电子仪器设备的使用在带给我们生活便利的同时，带来了严重的电磁辐射污染问题，其不仅造成了信息泄露、通讯干扰等问题，而且严重危害人们的身体健康。所以如何减小甚至消除电磁波对我们造成的危害成为了人们研究的重点，高性能宽频吸波材料为此类问题提供了解决方案。吸波蜂窝夹芯复合材料由于其独特的结构，可通过夹芯结构对入射电磁波进行多次散射吸收，从而最大限度地衰减电磁波能量并由此获得优异的宽频吸波效果。吸波蜂窝夹芯复合材料兼具了承重和吸波两种功能，可以很好地满足结构功能一体化要求。

现有的技术制备出的吸波蜂窝夹芯复合材料大多采用较厚的蜂窝芯材或多层吸波蜂窝复合结构，虽然可以实现较宽的吸波频宽但制备的吸波蜂窝夹芯复合材料厚而重，不符合吸波材料“薄、轻、宽、强”的发展趋势。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提出一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料及其制备方法，对蜂窝芯材进行分段式浸渍最后对其进行压制波纹状结构处理，制备的新型吸波蜂窝夹芯复合材料具有厚度薄、质量轻、吸波频带宽、承重能力强等特点。

本发明采用的技术手段如下：一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，由吸波蜂窝和置于吸波蜂窝上下两侧的匹配面板构成，所述吸波蜂窝由经过吸波胶液浸渍过的蜂窝芯材制成，所述浸渍为分段式浸渍；所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层上设有波纹状结构；所述匹配面板为玻璃钢板；所述吸波蜂窝与匹配面板之间由预浸料经热压罐工艺成型后粘接。

进一步地，在上述技术方案中，所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍为分段式浸渍，分为上下两部分，分别浸渍含有不同吸收剂种类或含量的吸波胶液，上下部分高度为1-4mm，且两部分高度之和等于蜂窝芯材高度。

进一步地，在上述技术方案中，所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层上设有波纹状结构，所述波纹状结构由吸波蜂窝浸渍后模具压制而成，波纹线宽度为0.5-2mm,波纹线条数为1-5条，各条波纹线关系为平行关系，波纹线可以横向排布也可以纵向排布。

进一步地，在上述技术方案中，所述蜂窝芯材为芳纶纸蜂窝，蜂窝高度为3-8mm，蜂窝孔格形状为正六边形，孔格边长为1.83-2.75mm，蜂窝孔格内切圆直径为3.2-4.8mm，蜂窝芯材密度为29-48kg/m³。

进一步地，在上述技术方案中，所述吸波胶液由胶黏剂、吸收剂、稀释剂和固化剂按照一定比例混合配置而成；其中，所述胶黏剂为环氧树脂，质量分数为100份；所述吸收剂为炭黑、羰基铁中的一种或两种的混合，质量分数为5-500份；所述稀释剂为无水乙醇，质量分数为10-20份；所述固化剂为聚醚胺固化剂，质量分数为20-40份。

本发明提供上述的一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，其制备步骤如下：

1)吸波胶液的制备：将胶黏剂、吸收剂、稀释剂和固化剂按照比例混合制成吸波胶液A；改用不同于吸波胶液A的另一种吸收剂采用同样的工艺步骤制备吸波胶液B；

2)蜂窝芯材下部分的浸渍：将步骤1)制得的吸波胶液A倒入带有刻度的浸渍槽至蜂窝壁浸渍层下部分的高度，将蜂窝芯材平整的放入浸渍槽中充分浸渍；将浸渍后的蜂窝芯材取出并悬挂放置一段时间至吸波胶液不再沿蜂窝壁流下；

3)浸渍蜂窝的烘干固化：将步骤2)浸渍吸波胶液A的蜂窝经过放置后放入干燥箱中进行固化，固化程序设定为100℃保温0.5h后升温至130℃保温1h，制得只有下部分浸渍层的吸波蜂窝；

4)吸波蜂窝的多次浸渍及多次固化：将步骤3)制得只有下部分浸渍层的吸波蜂窝按照步骤2的浸渍工艺重复浸渍，并对其按照步骤3)进行固化处理。多次浸渍及多次固化后直到达到所需的浸渍层厚度为止；

5)蜂窝芯材上部分的浸渍及固化：将步骤1制得的吸波胶液B倒入带有刻度的浸渍槽至蜂窝壁浸渍层上部分的高度，将步骤4)制得只有下部分浸渍层的吸波蜂窝翻转后平整的放入浸渍槽中充分浸渍；将浸渍后的蜂窝芯材平整取出并悬挂放置一段时间至吸波胶液不再沿蜂窝壁流下，对其重复步骤3)和步骤4)，直到达到所需的浸渍层厚度为止，制得具有分段式浸渍结构吸波蜂窝；

6)波纹状结构的制备：将制得的吸波蜂窝取出，用自制的模具深入蜂窝腔体，深入深度为蜂窝高度的10％-90％，用力挤压蜂窝使蜂窝壁与模具接触，接触时间为1min-3min，将模具取出得到波纹状结构浸渍层；

7)匹配面板的粘接：吸波蜂窝与匹配面板之间由预浸料经热压罐工艺成型后粘接，制得最终的吸波蜂窝夹芯复合材料。

进一步地，在上述技术方案中，所述步骤2)中蜂窝芯材浸渍时间为10min，浸渍后单侧蜂窝壁浸渍层厚度为0.1-0.3mm。

进一步地，在上述技术方案中，所述步骤3)蜂窝芯材的烘干固化中，为防止吸波胶液在蜂窝壁上附着不均匀，在干燥箱中放置不锈钢平台，浸渍后的蜂窝芯材平放到平台上，有浸渍胶液的部分置于下方。

本发明提供一种用于制备波纹状结构的模具，它由上部的手柄和下部的植入棒连接组成，植入棒是正六棱柱，正六棱柱的边长比蜂窝孔格小1-2mm，植入棒的长度等于需要深入蜂窝腔体的深度，在植入棒六个面上都连接有波纹状棱柱，长度等于六棱柱棱面长，宽度为0.5-2mm，高度为0.5-1mm；手柄为圆柱体或正六棱柱，手柄的外径或者外接圆直径大于蜂窝孔格的外接圆直径。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：所述胶黏剂为耐高温环氧树脂，具有强度高、耐腐蚀、耐高温等特点，远优于酚醛树脂等树脂，制得的吸波蜂窝夹芯复合材料具有良好的耐环境性；所述的分段式浸渍利用配制的吸波胶液对蜂窝芯材进行上下分段式浸渍，先浸渍蜂窝芯材下部分待其固化后浸渍蜂窝芯材上部分，上下两部分浸渍不同的吸波胶液，不同的吸收剂对应不同的吸收波段，可以实现多频段吸收，拓宽吸波蜂窝的吸波频宽；所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层为波纹状结构，经过波纹状结构处理后的蜂窝壁浸渍层增加了间隙进一步增加了电磁波的反射路径，为电磁波的衰减提供了途径；所述吸波蜂窝夹芯复合材料中吸波蜂窝为单层，仅有5mm厚度，厚度远远小于现有技术中多层蜂窝复合的厚度，更加符合吸波材料厚度薄、重量轻、频带宽、承重强的要求。

附图说明

图1是吸波蜂窝夹芯复合材料制备流程图；

图2是蜂窝芯材三维示意图；

图3是吸波蜂窝夹芯复合材料侧视图；

图4是吸波蜂窝单侧蜂窝壁分段式波纹状结构示意图；

图5是上部分羰基铁下部分炭黑分段式波纹状吸波蜂窝夹芯复合材料反射损耗(R-F)曲线；

图6是植入棒模具示意图；

以上附图中：1，上层玻璃钢面板；2，下层玻璃钢面板；3，吸波蜂窝；4，羰基铁涂层；5，炭黑涂层；6，正六棱柱植入棒；7，波纹状棱柱

具体实施方式

为了更好地理解本发明,下面结合实施例及附图进一步阐述本发明的内容,实施例仅为优选后的结果，不代表本发明的限制保护范围。

实例：上部分羰基铁下部分炭黑分段式波纹状吸波蜂窝夹芯复合材料的制备

一种吸波蜂窝夹芯复合材料，包括吸波蜂窝和置于吸波蜂窝上下两侧的匹配面板；蜂窝芯材采用分段式浸渍，上部分浸渍含有羰基铁的吸波胶液，浸渍高度为2.5mm,下部分浸渍含有炭黑的吸波胶液，浸渍高度为2.5mm；吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层为波纹状结构，波纹线宽度为0.5mm，波纹线为3条，波纹线横向排布并呈平行关系；蜂窝芯材规格为芳纶纸蜂窝,厚度5mm,孔格大小1.83mm，内切圆直径3.2mm，密度为29kg/m³；上下两侧匹配面板为玻璃钢面板，厚度0.8mm。

吸波胶液A按以下组分进行配比：环氧树脂100份，纳米炭黑5份，无水乙醇20份，聚醚胺固化剂40份。

吸波胶液B按以下组分进行配比：环氧树脂100份，羰基铁400份，无水乙醇10份，聚醚胺固化剂20份。

制备工艺如下：

1)吸波胶液的制备：将胶黏剂、炭黑吸收剂、稀释剂和固化剂按照比例混合倒入容器中，用机械搅拌机以480转/分的转速机械搅拌半小时，然后放入超声震荡仪超声震荡半小时后制成吸波胶液A。改用羰基铁吸收剂同样的方法制成吸波胶液B。

2)蜂窝芯材下部分的浸渍：将制得的吸波胶液A倒入浸渍槽至2.5mm刻度处，将蜂窝芯材平整的放入带有刻度的浸渍槽中，用镊子夹住蜂窝芯材左右轻微移动，使蜂窝芯材浸渍完全,浸渍时间为10min。将浸渍后的蜂窝芯材取出放置在镂空的不锈钢网上放置一段时间至吸波胶液不再沿蜂窝壁流下。

3)浸渍蜂窝的烘干固化：将经过放置后的蜂窝芯材放入干燥箱中不锈钢平台进行固化，蜂窝芯材平放到平台上，有浸渍胶液的部分置于下方，设定固化程序为100℃保温0.5h后升温至130℃保温1h，制得下部分为炭黑浸渍层的吸波蜂窝。

4)吸波蜂窝的二次浸渍及二次固化：将制得下部分为炭黑浸渍层的吸波蜂窝重复浸渍，并对其进行固化处理，浸渍层厚度为0.2mm。

5)蜂窝芯材上部分的浸渍及固化：将制得的吸波胶液B倒入浸渍槽至2.5mm刻度处，将制得下部分为炭黑浸渍层的吸波蜂窝翻转后平整的放入带有刻度的浸渍槽中，用镊子夹住蜂窝芯材左右轻微移动，使蜂窝芯材浸渍完全,浸渍时间为10min。将浸渍后的蜂窝芯材取出放置在镂空的不锈钢网上放置一段时间至吸波胶液不再沿蜂窝壁流下。对其重复步骤3和步骤4，浸渍层厚度为0.2mm，制得上部分为羰基铁浸渍层下部分为炭黑浸渍层的分段式浸渍结构吸波蜂窝。

6)波纹状结构的制备：将制得的吸波蜂窝取出，用自制的模具深入蜂窝腔体，深入深度为蜂窝深度的10％-90％，用力挤压蜂窝使蜂窝壁与模具接触，接触时间为1min-3min，将模具取出得到波纹状结构浸渍层。

7)匹配面板的粘接：吸波蜂窝与匹配面板之间由预浸料经热压罐工艺成型后粘接，制得最终的吸波蜂窝夹芯复合材料。热压罐成型的基本工艺参数为：压力1.2Mpa，温度175℃，时间30min。

如图5所示，制得的分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料在2-18GHz频率范围内有效吸收频宽(RL＜-4dB)为2.5GHz-18GHz，达到了15.5GHz，具有良好的吸波性能。

以上所述，仅为本发明作为示例的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，由吸波蜂窝和置于吸波蜂窝上下两侧的匹配面板构成，其特征在于：所述吸波蜂窝由经过吸波胶液浸渍过的蜂窝芯材制成，所述浸渍为分段式浸渍；所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层上设有波纹状结构；所述匹配面板为玻璃钢板；所述吸波蜂窝与匹配面板之间由预浸料经热压罐工艺成型后粘接。

2.根据权利要求1所述的一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，其特征在于：所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍为分段式浸渍，分为上下两部分，分别浸渍含有不同吸收剂种类或含量的吸波胶液，上下部分高度为1-4mm，且两部分高度之和等于蜂窝芯材高度。

3.根据权利要求1所述的一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，其特征在于：所述吸波蜂窝蜂窝壁浸渍层上设有波纹状结构，所述波纹状结构由吸波蜂窝浸渍后模具压制而成，波纹线宽度为0.5-2mm,波纹线条数为1-5条，各条波纹线关系为平行关系，波纹线横向排布或纵向排布。

4.根据权利要求1所述的一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，其特征在于：所述蜂窝芯材为芳纶纸蜂窝，蜂窝高度为3-8mm，蜂窝孔格形状为正六边形，孔格边长为1.83-2.75mm，蜂窝孔格内切圆直径为3.2-4.8mm，蜂窝芯材密度为29-48kg/m³。

5.根据权利要求1所述的一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料，其特征在于：所述吸波胶液由胶黏剂、吸收剂、稀释剂和固化剂按照一定比例混合配置而成；其中，所述胶黏剂为环氧树脂，质量份数为100份；所述吸收剂为炭黑、羰基铁中的一种或两种的混合，质量份数为5-500份；所述稀释剂为无水乙醇，质量份数为10-20份；所述固化剂为聚醚胺固化剂，质量份数为20-40份。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种分段式波纹状结构吸波蜂窝夹芯复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)吸波胶液的制备：将胶黏剂、吸收剂、稀释剂和固化剂按照比例混合分别制成吸波胶液A和吸波胶液B；制备吸波胶液A与制备吸波胶液B的吸收剂不同；

2）蜂窝芯材下部分的浸渍：将步骤1）制得的吸波胶液A倒入带有刻度的浸渍槽至蜂窝壁浸渍层下部分的高度，将蜂窝芯材平整的放入浸渍槽中充分浸渍；将浸渍后的蜂窝芯材取出并悬挂放置一段时间至吸波胶液不再沿蜂窝壁流下；

3）浸渍蜂窝的烘干固化：将步骤2）浸渍吸波胶液A的蜂窝经过放置后放入干燥箱中进行固化，固化程序设定为100℃保温0.5h后升温至130℃保温1h，制得只有下部分浸渍层的吸波蜂窝；

4）吸波蜂窝的多次浸渍及多次固化：将步骤3）制得只有下部分浸渍层的吸波蜂窝按照步骤2的浸渍工艺重复浸渍，并对其按照步骤3）进行固化处理；多次浸渍及多次固化后直到达到所需的浸渍层厚度为止；

5）蜂窝芯材上部分的浸渍及固化：将步骤1制得的吸波胶液B倒入带有刻度的浸渍槽至蜂窝壁浸渍层上部分的高度，将步骤4）制得只有下部分浸渍层的吸波蜂窝翻转后平整的放入浸渍槽中充分浸渍；将浸渍后的蜂窝芯材平整取出并悬挂放置一段时间至吸波胶液不再沿蜂窝壁流下，对其重复步骤3）和步骤4），直到达到所需的浸渍层厚度为止，制得具有分段式浸渍结构吸波蜂窝；

6）波纹状结构的制备：将制得的吸波蜂窝取出，用自制的模具深入蜂窝腔体，深入深度为蜂窝高度的10%-90%，用力挤压蜂窝使蜂窝壁与模具接触，接触时间为1min-3min，将模具取出得到波纹状结构浸渍层；

7）匹配面板的粘接：吸波蜂窝与匹配面板之间由预浸料经热压罐工艺成型后粘接，制得最终的吸波蜂窝夹芯复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中蜂窝芯材浸渍时间为10min，浸渍后单侧蜂窝壁浸渍层厚度为0.1-0.3mm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3）蜂窝芯材的烘干固化中，为防止吸波胶液在蜂窝壁上附着不均匀，在干燥箱中放置不锈钢平台，浸渍后的蜂窝芯材平放到平台上，有浸渍胶液的部分置于下方。