CN110699968A - 一种吸波型复合泡沫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于吸波材料技术领域，公开一种吸波型复合泡沫及其制备方法。从电磁波入射面由外往内依次包括玻璃钢层、吸波层、碳纤维布反射层，层与层之间各设置有胶黏剂层；其中，吸波层由按下述制备步骤获得：（1）、平铺放置一层玻璃纤维布；（2）、在玻璃纤维布表面液体静电喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物；（3）、采用静电植绒的方法在步骤（2）的基础上垂直定向植入碳吸波材料；（4）、粉体静电喷涂一层空心玻璃微球；（5）、继续喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物；（6）、在步骤（5）的基础上重新叠加一层玻璃纤维布，即得吸波层。本发明得到的吸波型复合泡沫结构能够高效地实现武器装备的隐身作用。

Description

一种吸波型复合泡沫及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种吸波型复合泡沫及其制备方法。
背景技术
吸波材料最早用于军事领域，被称为隐身材料，其目的是在一定的遥感探测范围内，最大限度地降低目标的可探测性。在现代战争中，为了提高武器的生存能力和作战效能，达到先发制敌，必须提高武器装备的隐身技术，因此雷达吸波材料作为隐身技术的一种成为各国军事研究的重点项目之一。
随着电子技术的迅猛发展，电磁波辐射污染日益影响并威胁到了人们的工作与生活环境，最早用在军事领域的吸波材料能有效吸收电磁波，减小电磁波辐射带来的危害，因此在各个领域得到了广泛的应用。
新型吸波材料要求具有质量轻、强度高、频段宽、吸收强及环境友好等。传统的涂层吸波材料因其耐候性差、粘结性差、密度大等缺点限制了其使用范围。结构型吸波材料结合了吸波材料与复合材料的优点，具有承载和吸波双重功能，并且其结构具有可设计性，成为吸波材料和复合材料研究领域中一个重要的研究方向。目前PMI泡沫作为吸波结构材料在无人机机翼上得到应用，但其主要从德国进口，价格较贵。为满足军事领域、民品对吸波结构材料的要求，新型的吸波结构材料的研究开发显得十分必要。
发明内容
针对目前航空航天、民品领域对吸波材料的需求，本发明的目的旨在提供一种吸波型复合泡沫及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种吸波型复合泡沫，所述吸波型复合泡沫从电磁波入射面由外往内依次包括玻璃钢层、吸波层、碳纤维布反射层，玻璃钢层与吸波层、吸波层与碳纤维布反射层之间各设置有胶黏剂层；其中，吸波层由按下述制备步骤获得：
（1）、平铺放置一层玻璃纤维布；
（2）、在玻璃纤维布表面采用液体静电喷涂设备喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，得到热固性树脂层；
（3）、采用静电植绒的方法在在步骤（2）的基础上垂直定向植入碳吸波材料；
（4）、利用粉体静电喷涂设备在步骤（3）的基础上喷涂一层空心玻璃微球；
（5）、利用液体静电喷涂设备在步骤（4）的基础上继续喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，再次得到热固性树脂层；
（6）、在步骤（5）的基础上重新叠加一层玻璃纤维布，即得吸波层。
较好地，玻璃钢层的厚度为0.2-0.3 mm，吸波层的厚度为1.2-1.6 mm，碳纤维布反射层的厚度为0.3-0.5 mm，胶黏剂层的厚度为0.1-0.2 mm。
较好地，步骤（1）和（6）中，玻璃纤维布的面密度为80-120 g/m2。
较好地，步骤（2）和（5）中，液体热固性树脂和固化剂的质量比为100∶（20-180），所述液体热固性树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种，所述固化剂为593固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、双氰胺、咪唑类、甲基四氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、三乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或两种以上的混合物；当液体热固性树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂时，添加固化剂；当液体热固性树脂为酚醛树脂时，添加或不添加固化剂。
较好地，步骤（2）和（5）中，每次喷涂所得热固性树脂层的厚度控制在50-60 μm。
较好地，步骤（3）中，所述碳吸波材料为碳纳米管、石墨烯、碳纳米球、碳纳米棒中的一种。
较好地，步骤（3）中，植入碳吸波材料的厚度控制在30-60 μm。
较好地，步骤（3）中，静电植绒的电压为50-80 kV，植绒时间为5-10 s。
较好地，步骤（4）中，空心玻璃微球的密度范围为0.1-1 g/cm3，喷涂空心玻璃微球的厚度控制在1-1.5mm。
一种所述吸波型复合泡沫的制备方法，吸波层通过胶粘剂加热固化连接在玻璃钢层与碳纤维布反射层之间，加热固化温度为25-150 ℃。所述胶黏剂为环氧树脂胶、聚氨酯胶、光学环氧胶、饱和聚酯胶、聚乙烯醇缩醛胶等有机胶黏剂中的一种。
有益效果：本发明制备得到的吸波型复合泡沫为结构型夹芯板材，包括表层的玻璃钢层，依次往内为吸波层、碳纤维反射层，吸波层采用碳吸波材料与空心玻璃微球复合一体化成型，定向植入的碳吸波材料能够提高玻璃纤维布的拉伸模量，此外其还对空心玻璃微球进行了一定程度的固定，该吸波层具有低密度，高的拉伸模量，入射电磁波通过到达吸波型复合泡沫后通过玻璃钢层，进入吸波层，碳吸波材料具有优异的吸波材料，同时充分利用空心玻璃微球的多孔特性，对声波进行衰减吸收，经过吸波层衰减后到达碳纤维反射层时，其对电磁波进行反射作用又到达吸波层，进行波的二次吸收，本发明得到的吸波型复合泡沫结构能够高效地实现武器装备的隐身作用，基于吸波层中热固性树脂空心玻璃微球低密度、高强度的特性，其在海洋雷达用吸波复合泡沫领域有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细、清楚地描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种吸波型复合泡沫，从电磁波入射面由外往内依次包括玻璃钢层、吸波层、碳纤维布反射层，玻璃钢层与吸波层、吸波层与碳纤维布反射层之间各设置有胶黏剂层；其中，吸波层由按下述制备步骤获得：
（1）、平铺放置一层玻璃纤维布；
（2）、在玻璃纤维布表面采用液体静电喷涂设备喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，得到热固性树脂层；
（3）、采用静电植绒的方法在步骤（2）的基础上垂直定向植入碳纳米管；
（4）、利用粉体静电喷涂设备在步骤（3）的基础上喷涂一层空心玻璃微球；
（5）、利用液体静电喷涂设备在步骤（4）的基础上继续喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，再次得到热固性树脂层；
（6）、在步骤（5）的基础上重新叠加一层玻璃纤维布，即得吸波层；
其中，玻璃钢层的厚度为0.2 mm，吸波层的厚度为1.2 mm，碳纤维布反射层的厚度为0.5 mm，胶黏剂层的厚度为0.1 mm；步骤（1）和（6）中，玻璃纤维布的面密度为100 g/m2；步骤（2）中，所述液体热固性树脂为环氧树脂E51，所述固化剂为593固化剂，其中，液体热固性树脂与固化剂的质量比为100∶30，每次喷涂所得热固性树脂层的厚度控制在55 μm；步骤（3）中，静电植绒的电压为60 kV，植绒时间为8 s，碳纳米管的长度为50 μm；步骤（4）中，空心玻璃微球的密度为0.5 g/cm3，喷涂空心玻璃微球的厚度控制在1 mm。
所述吸波型复合泡沫的制备方法：吸波层通过环氧树脂胶加热固化连接在玻璃钢层与碳纤维布反射层之间，加热固化温度为30 ℃，最后形成的环氧树脂胶层的厚度为0.1mm。
本实施例制备得到的复合泡沫的密度为1.2 g/cm3，压缩强度为73 Mpa；在8-16GHZ范围的宽频内，材料的反射率dB值维持在-15.5-25.3内波动，材料吸波的效果良好。
实施例2
一种吸波型复合泡沫，从电磁波入射面由外往内依次包括玻璃钢层、吸波层、碳纤维布反射层，玻璃钢层与吸波层、吸波层与碳纤维布反射层之间各设置有胶黏剂层；其中，吸波层由按下述制备步骤获得：
（1）、平铺放置一层玻璃纤维布；
（2）、在玻璃纤维布表面采用液体静电喷涂设备喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，得到热固性树脂层；
（3）、采用静电植绒的方法在步骤（2）的基础上垂直定向植入碳纳米管；
（4）、利用粉体静电喷涂设备在步骤（3）的基础上喷涂一层空心玻璃微球；
（5）、利用液体静电喷涂设备在步骤（4）的基础上继续喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，再次得到热固性树脂层；
（6）、在步骤（5）的基础上重新叠加一层玻璃纤维布，即得吸波层；
其中，玻璃钢层的厚度为0.2 mm，吸波层的厚度为1.4 mm，碳纤维布反射层的厚度为0.4 mm，胶黏剂层的厚度为0.2 mm；步骤（1）和（6）中，玻璃纤维布的面密度为120 g/m2；步骤（2）中，所述液体热固性树脂为聚氨酯树脂，所述固化剂为甲基四氢苯酐，其中，液体热固性树脂与固化剂的质量比为100∶80，每次喷涂所得热固性树脂层的厚度控制在60 μm；步骤（3）中，静电植绒的电压为80 kV，植绒时间为10 s，碳纳米管的长度为60 μm；步骤（4）中，空心玻璃微球的密度为1 g/cm3，喷涂空心玻璃微球的厚度控制在1.2 mm。
所述吸波型复合泡沫的制备方法：吸波层通过环氧树脂胶加热固化连接在玻璃钢层与碳纤维布反射层之间，加热固化温度为120 ℃，最后形成的环氧树脂胶层的厚度为0.1mm。
本实施例制备得到的吸波层的密度为1.15 g/cm3，压缩强度为84 Mpa；在8-16GHZ范围的宽频内，材料的反射率dB值维持在-18.2-28.6内波动，材料吸波的效果良好。
实施例3
一种吸波型复合泡沫，从电磁波入射面由外往内依次包括玻璃钢层、吸波层、碳纤维布反射层，玻璃钢层与吸波层、吸波层与碳纤维布反射层之间各设置有胶黏剂层；其中，吸波层由按下述制备步骤获得：
（1）、平铺放置一层玻璃纤维布；
（2）、在玻璃纤维布表面采用液体静电喷涂设备喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，得到热固性树脂层；
（3）、采用静电植绒的方法在步骤（2）的基础上垂直定向植入碳纳米管；
（4）、利用粉体静电喷涂设备在步骤（3）的基础上喷涂一层空心玻璃微球；
（5）、利用液体静电喷涂设备在步骤（4）的基础上继续喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，再次得到热固性树脂层；
（6）、在步骤（5）的基础上重新叠加一层玻璃纤维布，即得吸波层；
其中，玻璃钢层的厚度为0.3 mm，吸波层的厚度为1.6 mm，碳纤维布反射层的厚度为0.3 mm，胶黏剂层的厚度为0.1 mm；步骤（1）和（6）中，玻璃纤维布的面密度为80 g/m2；步骤（2）中，所述液体热固性树脂为酚醛树脂，固化剂为十二烯基琥珀酸酐，其中，液体热固性树脂与固化剂的质量比为100∶160，每次喷涂所得热固性树脂层的厚度控制在50-60 μm；步骤（3）中，静电植绒的电压为50 kV，植绒时间为5 s，碳纳米管的长度为30 μm；步骤（4）中，空心玻璃微球的密度为0.1 g/cm3，喷涂空心玻璃微球的厚度控制在1.4 mm。
所述吸波型复合泡沫的制备方法：吸波层通过环氧树脂胶加热固化连接在玻璃钢层与碳纤维布反射层之间，加热固化温度为160 ℃，最后形成的环氧树脂胶层的厚度为0.1mm。
本实施例制备得到的吸波层的密度为1.12 g/cm3，压缩强度为80 Mpa；在8-16GHZ范围的宽频内，材料的反射率dB值维持在-17.3-26.5内波动，材料吸波的效果良好。

Claims (10)

1.一种吸波型复合泡沫，其特征在于：所述吸波型复合泡沫从电磁波入射面由外往内依次包括玻璃钢层、吸波层、碳纤维布反射层，玻璃钢层与吸波层、吸波层与碳纤维布反射层之间各设置有胶黏剂层；其中，吸波层由按下述制备步骤获得：
（1）、平铺放置一层玻璃纤维布；
（2）、在玻璃纤维布表面采用液体静电喷涂设备喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，得到热固性树脂层；
（3）、采用静电植绒的方法在在步骤（2）的基础上垂直定向植入碳吸波材料；
（4）、利用粉体静电喷涂设备在步骤（3）的基础上喷涂一层空心玻璃微球；
（5）、利用液体静电喷涂设备在步骤（4）的基础上继续喷涂液体热固性树脂和固化剂的混合物，再次得到热固性树脂层；
（6）、在步骤（5）的基础上重新叠加一层玻璃纤维布，即得吸波层。
2.如权利要求1所述的吸波型复合泡沫，其特征在于：玻璃钢层的厚度为0.2-0.3 mm，吸波层的厚度为1.2-1.6 mm，碳纤维布反射层的厚度为0.3-0.5 mm，胶黏剂层的厚度为0.1-0.2 mm。
3.如权利要求1所述的吸波夹心泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（1）和（6）中，玻璃纤维布的面密度为80-120 g/m2。
4.如权利要求1所述的吸波夹心泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（2）和（5）中，液体热固性树脂和固化剂的质量比为100∶（20-180），所述液体热固性树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂中的一种，所述固化剂为593固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、双氰胺、咪唑类、甲基四氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、三乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或两种以上的混合物；当液体热固性树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂时，添加固化剂；当液体热固性树脂为酚醛树脂时，添加或不添加固化剂。
5.如权利要求1所述的吸波夹心泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（2）和（5）中，每次喷涂所得热固性树脂层的厚度控制在50-60 μm。
6.如权利要求1所述的吸波型复合泡沫，其特征在于：步骤（3）中，所述碳吸波材料为碳纳米管、石墨烯、碳纳米球、碳纳米棒中的一种。
7.如权利要求1所述的吸波型复合泡沫，其特征在于：步骤（3）中，植入碳吸波材料的厚度控制在30-60 μm。
8.如权利要求1所述的吸波夹心泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，静电植绒的电压为50-80 kV，植绒时间为5-10 s。
9.如权利要求1所述的吸波夹心泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，空心玻璃微球的密度范围为0.1-1 g/cm3，喷涂空心玻璃微球的厚度控制在1-1.5mm。
10.一种如权利要求1-9任一所述吸波型复合泡沫的制备方法，其特征在于：吸波层通过胶粘剂加热固化连接在玻璃钢层与碳纤维布反射层之间，加热固化温度为90-140 ℃。
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