CN110614824A - 一种组合吸波角锥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合吸波角锥及其制备方法，属于功能材料技术领域。该组合吸波角锥沿电磁波传播方向依次包括吸波角锥、柔性吸波材料；所述的吸波角锥由聚氨酯海绵与碳黑组成，碳黑均匀分散在聚氨酯海绵的孔隙内；所述的柔性吸波材料由热熔胶膜和混杂纤维毡交替层合组成，所述的热熔胶膜为热塑性的粘接材料，需与聚乙烯有较好的界面粘接特性，所述的混杂纤维毡由短切聚乙烯纤维和均匀分散在其中的短切碳纤维组成。本发明利用柔性吸波材料中掺杂碳纤维吸收剂后在低频有较高的电磁参数，通过与吸波角锥的匹配设计，克服了现有吸波角锥在厚度较小时低频吸波性能差的困难，提高了组合吸波角锥的低频吸波性能。

Description

一种组合吸波角锥及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种组合吸波角锥及其制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
随着技术的发展，天线测试暗室有向着小型化、便携化发展的趋势，这就对安装在暗室内壁的吸波材料提出了降低厚度的要求。暗室用吸波材料大部分为吸波角锥材料，吸波角锥吸波的有效波长一般与角锥厚度成正比，降低吸波角锥的厚度会影响其低频吸波性能。一般的，为了实现降低吸波角锥厚度同时仍保持一定的低频吸波性能，往往采用在吸波角锥的底面匹配一层铁氧体材料。但这样，一方面大大增加了吸波角锥的重量，同时，由于铁氧体材料为磁性材料，属于重要的无源互调(PIM)干扰源，无法用于测试天线PIM性能的暗室。
基于以上背景需求，需要发明一种不含磁性吸波材料的组合吸波角锥，可以在保持低频吸波性能的同时，降低吸波材料的总厚度。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种小厚度宽频组合吸波角锥及其制备方法。
本发明的技术解决方案：
本发明提供一种组合吸波角锥，沿电磁波传播方向，结构依次包括吸波角锥、柔性吸波材料，吸波角锥与柔性吸波材料固定连接。
进一步的，所述的吸波角锥的厚度优选为200～500mm，所述的柔性吸波材料的厚度优选为10～30mm。
进一步的，所述的吸波角锥由聚氨酯海绵与碳黑组成，碳黑均匀分散在聚氨酯海绵的孔隙内。
进一步的，所述的碳黑在吸波角锥中所占的质量比为5％～30％，根据角锥高度不同，碳黑的质量比最佳值也不同。
进一步的，所述的柔性吸波材料由热熔胶膜和混杂纤维毡交替层合组成，所述的热熔胶膜为热塑性的粘接材料，需与聚乙烯有较好的界面粘接特性，所述的混杂纤维毡由短切聚乙烯纤维和均匀分散在其中的短切碳纤维组成。
进一步的，所述的混杂纤维毡厚度优选为0.05mm～0.15mm。
进一步的，所述的短切碳纤维作为短纤维电磁波吸收剂，其含量占混杂纤维毡的质量百分比为0.1～2％。
进一步的，所述的热熔胶膜厚度为0.1～0.3mm。
进一步的，所述的混杂纤维毡厚度、短纤维电磁波吸收剂的质量百分比、热熔胶膜厚度需根据吸波材料的整体吸波性能要求确定：根据所制备的材料的吸波频带要求来确定混杂纤维毡厚度、短纤维电磁波吸收剂的质量百分比、热熔胶膜厚度，一般来说吸波频带低频端要求的频率越低，混杂纤维毡厚度越厚、短纤维电磁波吸收剂的质量百分比越高、热熔胶膜厚度越薄。
本发明另一方面，提供了一种组合吸波角锥的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，制备吸波角锥，包括海绵切割、浸渍、烘干、喷涂等步骤，作为公知技术，不做进一步的论述；
步骤2，在模具上按所设计的结构将热熔胶膜与混杂纤维毡交替铺层；
该步骤中，在铺层的时候，每一层需要对齐，另外，在铺层之前，需要将热熔胶膜、混杂纤维毡剪裁成需要的尺寸，以及需要在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；
步骤3，采用真空袋压加热固化成型工艺法获得柔性吸波材料；
步骤4，将吸波角锥与柔性吸波材料粘接成整体。
通过上述技术方案，设计组合吸波角锥，沿电磁波传播方向，依次由吸波角锥及柔性吸波材料组成。通过该结构的设计，利用柔性吸波材料中掺杂碳纤维吸收剂后在低频有较高的电磁参数，通过与吸波角锥的匹配设计，克服了现有吸波角锥在厚度较小时低频吸波性能差的困难，提高了组合吸波角锥的低频吸波性能。
附图说明
图1为本发明提供的一种组合吸波角锥示意图；
图2为本发明组合吸波角锥结构中柔性吸波材料的结构示意图；
图3为实施例提供的一种组合吸波角锥结构示意图；
图4为对比例1提供的单层蒙皮吸波泡沫夹心结构的反射率测试曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明提供的一种组合吸波角锥示意图。组合吸波角锥沿电磁波传播方向依次由吸波角锥、柔性吸波材料组成，吸波角锥与柔性吸波材料固定连接。
图2为本发明的组合吸波角锥结构中柔性吸波材料的结构示意图。柔性吸波材料由热熔胶膜和混杂纤维毡交替层合组成。
实施例1：
本实施例提供的组合吸波角锥，其中各部分的尺寸如图3所示，吸波角锥的高度(厚度)为335mm，单锥大端边长为125mm，小端边长为10mm，大端和小端都是正方形，吸波角锥中的碳黑质量比为15％；柔性吸波材料厚度为15mm，由热熔胶膜和混杂纤维毡交替铺层得到，热熔胶膜主要成分为乙烯-醋酸乙烯共聚物，单层厚度为0.2mm，共50层；混杂纤维毡中短切碳纤维的质量百分比为0.5％，单层厚度为0.1mm，共50层。
本实施例的组合吸波角锥的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将聚氨酯海绵切割为图3所示的尺寸，将海绵浸渍到碳黑含量为5％的浆料中，挤压3次，取出后烘干，然后称量重量，确保碳黑质量比占吸波角锥的15％左右。
步骤2，在铺层之前，将热熔胶膜、混杂纤维毡剪裁成边长为550mm的正方形，并在模具表面喷涂脱模剂，并晾干。在模具上将热熔胶膜与混杂纤维毡交替铺层，铺层顺序为热熔胶膜→混杂纤维毡……热熔胶膜→混杂纤维毡，每种材料各50层，铺层时每一层需要对齐。
步骤3，采用真空袋压加热固化成型工艺法获得柔性吸波材料，固化工艺为将模具温度升温至130℃，保温30min。
步骤4，裁剪固化后的柔性吸波材料，裁剪尺寸为边长500mm。
步骤5，将16块吸波角锥并排粘接到柔性吸波材料上，得到尺寸为500mm×500mm×350mm的组合吸波角锥。
将实施例制得的组合吸波角锥和厚度为350mm的传统吸波角锥分别进行了反射率测试，结果如图4所示。可以看出，组合吸波角锥与传统吸波角锥相比，在1～6GHz频段内反射率比较接近，但在0.3～1GHz明显优于传统吸波角锥。采用本发明的技术方案后，将吸波角锥的低频有效带宽(反射率小于-30dB的频带)从1GHz扩展到了0.6GHz，应用范围大大扩展。
实施例2：
本实施例提供的组合吸波角锥，其中，吸波角锥的高度(厚度)为200mm，单锥大端边长为125mm，小端边长为10mm，吸波角锥中的碳黑质量比为5％；柔性吸波材料厚度为10mm，由热熔胶膜和混杂纤维毡交替铺层得到，热熔胶膜主要成分为乙烯-醋酸乙烯共聚物，单层厚度为0.1mm，共50层；混杂纤维毡中短切碳纤维的质量百分比为0.1％，单层厚度为0.1mm，共50层。
本实施例的组合吸波角锥的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将聚氨酯海绵切割为所需的尺寸，将海绵浸渍到碳黑含量为5％的浆料中，挤压3次，取出后烘干，然后称量重量，确保碳黑质量比占吸波角锥的5％左右。
步骤2，在铺层之前，将热熔胶膜、混杂纤维毡剪裁成边长为550mm的正方形，并在模具表面喷涂脱模剂，并晾干。在模具上将热熔胶膜与混杂纤维毡交替铺层，铺层顺序为热熔胶膜→混杂纤维毡……热熔胶膜→混杂纤维毡，每种材料各50层，铺层时每一层需要对齐。
步骤3，采用真空袋压加热固化成型工艺法获得柔性吸波材料，固化工艺为将模具温度升温至130℃，保温30min。
步骤4，裁剪固化后的柔性吸波材料，裁剪尺寸为边长500mm。
步骤5，将16块吸波角锥并排粘接到柔性吸波材料上，得到尺寸为500mm×500mm×210mm的组合吸波角锥。
实施例3：
本实施例提供的组合吸波角锥，其中，吸波角锥的高度(厚度)为500mm，单锥大端边长为125mm，小端边长为10mm，吸波角锥中的碳黑质量比为30％；柔性吸波材料厚度为30mm，由热熔胶膜和混杂纤维毡交替铺层得到，热熔胶膜主要成分为乙烯-醋酸乙烯共聚物，单层厚度为0.2mm，共100层；混杂纤维毡中短切碳纤维的质量百分比为0.2％，单层厚度为0.1mm，共100层。
本实施例的组合吸波角锥的制备方法包括以下步骤：
步骤1，将聚氨酯海绵切割为所需的尺寸，将海绵浸渍到碳黑含量为5％的浆料中，挤压3次，取出后烘干，然后称量重量，确保碳黑质量比占吸波角锥的30％左右。
步骤2，在铺层之前，将热熔胶膜、混杂纤维毡剪裁成边长为550mm的正方形，并在模具表面喷涂脱模剂，并晾干。在模具上将热熔胶膜与混杂纤维毡交替铺层，铺层顺序为热熔胶膜→混杂纤维毡……热熔胶膜→混杂纤维毡，每种材料各50层，铺层时每一层需要对齐。
步骤3，采用真空袋压加热固化成型工艺法获得柔性吸波材料，固化工艺为将模具温度升温至130℃，保温30min。
步骤4，裁剪固化后的柔性吸波材料，裁剪尺寸为边长500mm。
步骤5，将16块吸波角锥并排粘接到柔性吸波材料上，得到尺寸为500mm×500mm×530mm的组合吸波角锥。
本发明中，吸波角锥的高度、大端边长、小端边长也可以是其它数值，优选地，高度为300～500mm，单锥大端边长为100～200mm，小端边长为8～20mm。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的原理和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种组合吸波角锥，其特征在于：沿电磁波传播方向，依次包括吸波角锥、柔性吸波材料，吸波角锥与柔性吸波材料固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的吸波角锥的厚度为200～500mm，所述的柔性吸波材料的厚度为10～30mm。
3.根据权利要求1所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的吸波角锥由聚氨酯海绵与碳黑组成，碳黑均匀分散在聚氨酯海绵的孔隙内。
4.根据权利要求3所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的碳黑在吸波角锥中所占的质量比为5％～30％，根据角锥高度不同，碳黑的质量比最佳值也不同。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的柔性吸波材料由热熔胶膜和混杂纤维毡交替层合组成，所述的热熔胶膜为热塑性的粘接材料，需与聚乙烯有较好的界面粘接特性，所述的混杂纤维毡由短切聚乙烯纤维和均匀分散在其中的短切碳纤维组成。
6.根据权利要求5所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的混杂纤维毡厚度为0.05mm～0.15mm。
7.根据权利要求5所述的一种防弹吸波材料，其特征在于：所述的短切碳纤维作为短纤维电磁波吸收剂，其含量占混杂纤维毡的质量百分比为0.1～2％。
8.根据权利要求1所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的热熔胶膜厚度为0.1～0.3mm。
9.根据权利要求1所述的一种组合吸波角锥，其特征在于：所述的混杂纤维毡厚度、短纤维电磁波吸收剂的质量百分比、热熔胶膜厚度需根据吸波材料的整体吸波性能要求确定：根据所制备的材料的吸波频带要求来确定混杂纤维毡厚度、短纤维电磁波吸收剂的质量百分比、热熔胶膜厚度，吸波频带低频端要求的频率越低，混杂纤维毡厚度越厚、短纤维电磁波吸收剂的质量百分比越高、热熔胶膜厚度越薄。
10.权利要求1～9中任一项所述的一种组合吸波角锥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备吸波角锥；
在模具上将热熔胶膜与混杂纤维毡交替铺层；
采用真空袋压加热固化成型工艺法获得柔性吸波材料；
将吸波角锥与柔性吸波材料粘接成整体。
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