CN112026272B - 一种新型蜂窝结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型蜂窝结构吸波材料及其制备方法。该材料由芳纶吸波纸采用蜂窝制备工艺制备得到，所述的芳纶吸波纸是以短切磁性芳纶纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂通过造纸工艺得到的，所述的短切磁性芳纶纤维是对表面金属化处理后得到的磁性芳纶纤维进行短切得到的。本发明创造性地将芳纶纤维通过表面金属化的方法制备成吸波芳纶纤维，并对吸波芳纶纤维进行短切，然后制备成吸波芳纶纸，最终得到吸波蜂窝，可实现优异的宽频吸波性能。

Description

一种新型蜂窝结构吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种吸波材料，具体涉及一种新型蜂窝结构吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步，磁电材料得到了长足的发展。以此为基础的装备如探测为目的的雷达、主动追踪打击的制导导弹等的不断更新换代，已经彻底的改变了现代的战场。如果没有一个与之相适应的隐身材料，我们的飞机、舰艇就相当于在敌人眼皮一览无余。
吸波材料按其成型工艺和承载能力，可分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料两大类。结构吸波材料具有承载和减小雷达反射截面的双重功能，它能减轻结构质量，提高有效载荷，使成本大为降低，并已获得广泛应用。蜂窝结构隐身材料是常用的结构隐身材料之一，其具有质量轻、吸波频段宽，同时兼具力学承担的功能。但是目前的蜂窝吸波材料都是在普通芳纶蜂窝的基础上浸渍吸波剂得到，其会增加蜂窝的额外负载，并且工艺过程难以控制，使得产品的一致性不稳定。为此，本发明公开了一种新型蜂窝吸波材料，其是由金属化的磁性芳纶纤维制备。这种吸波蜂窝去除了浸渍和喷涂工艺，在增强了吸波性能的同时减小了额外负载，还避免了工艺不稳定的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型蜂窝结构吸波材料及其制备方法，该材料由金属化的磁性芳纶纤维制备，这种吸波蜂窝去除了传统吸波蜂窝的浸渍和喷涂工艺，在增强了吸波性能的同时减小了额外负载，还避免了工艺不稳定的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型蜂窝结构吸波材料，由芳纶吸波纸通过蜂窝制备工艺制备得到，所述的芳纶吸波纸是以短切磁性芳纶纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂通过造纸工艺得到，所述的短切磁性芳纶纤维是对表面金属化处理后得到的磁性芳纶纤维进行短切得到的。
本发明还提供一种新型蜂窝结构吸波材料的制备方法，包括如下步骤：
首先，对芳纶纤维进行表面金属化处理，使其表面沉积磁性金属，得到磁性芳纶纤维；
然后，将磁性芳纶纤维切成短切纤维，然后将其与酚醛树脂混合制备成芳纶吸波纸；
最后，将芳纶吸波纸通过蜂窝制备工艺制备成新型蜂窝结构吸波材料。
进一步地，所述的对芳纶纤维进行表面金属化处理为：通过化学镀的方法对芳纶纤维进行金属化处理，使芳纶纤维表面包覆有磁性金属，磁性金属选自钴、镍、铁及其合金(如与磷、硼、铜形成的合金)；所述的磁性金属优选为1～4层，若金属层数过多会导致材料的电导率过大，从而使其吸波性能变差。
更进一步地，所述的化学镀为每10～100g芳纶纤维用200mL镀液进行镀覆。
更进一步地，所述镀液中包括金属盐，所述的金属盐为氯化钴、氯化镍、氯化铁、氯化铜、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铁、硫酸铜中的一种或其几种混合物，金属离子在镀液中的浓度为0.1～1mol/L。
更进一步地，每200mL镀液由以下成分构成：金属盐、5～20g酒石酸钾钠、2～15g(NH4)2SO4、0～10g次亚磷酸钠、0～10g柠檬酸钠、0～12g硼酸。
本发明所具有的有益效果是：
本发明的新型蜂窝结构吸波材料由吸波芳纶纸制备得到，吸波芳纶纸是以短切磁性芳纶纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂通过造纸工艺得到。本发明创造性地将芳纶纤维通过表面金属化的方法制备成磁性吸波纤维，并用这种磁性吸波纤维制备成蜂窝材料成为吸波蜂窝，可实现优异的宽频吸波性能。
此外，本发明的吸波蜂窝是由短切磁性纤维制备，这使得蜂窝吸波材料具有一定的磁性，兼具介电损耗和磁滞损耗的双重吸波特性，同时还能够满足阻抗匹配的特性，能够降低表面反射，使电磁波最大限度的进入蜂窝。
传统的吸波蜂窝是通过浸渍或喷涂工艺在普通芳纶蜂窝上附着一层吸波层得到，这种蜂窝的额外负载大、工艺参数复杂、产品的均一性差。而本发明的制备工艺更加简单、因而性能也更加稳定，且不需要额外增加吸波层，在国防和信息领域具有应用价值。
附图说明
图1为8mm厚的吸波蜂窝的雷达波反射率图谱；
图2为纤维金属化的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
(1)首先将10芳纶纤维在10g/L高锰酸钾，20mL/L硫酸的混合溶液中浸泡1分钟，然后在10g/L的草酸溶液中浸泡1分钟，然后将纤维放入敏化液(10g/L SnCl2；40ml/L HCl(38％)中40℃浸泡5分钟，然后在活化液(1.5g/L PdCl2；20ml/L HCl(38％)中活化处理5分钟。
将敏化活化后的纤维分散在化学镀液中镀镍，用1mol/L的氢氧化钠调节pH至9，在65℃的温度下镀覆金属层，持续30分钟后，取出纤维，在真空烘箱中70℃干燥2小时，镀液组成为：将15g酒石酸钾钠、8g(NH4)2SO4、6.7g NiSO4·6H2O和5g次亚磷酸钠溶于200ml蒸馏水中。
(2)将金属化的芳纶纤维破碎成短切纤维，纤维长度为1毫米。以短切纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂，采用造纸工艺制备成吸波芳纶纸，然后将吸波芳纶纸通过普通蜂窝制备工艺直接制备成芳纶吸波蜂窝。
实施例2
(1)实施例2为在芳纶纤维上镀覆了双层金属，然后将其应用于吸波蜂窝。纤维的活化敏化步骤与实施例1相同，镀覆过程具体如下：
将敏化活化后的100g纤维分散在化学镀液中镀覆第一层镍，用1mol/L的氢氧化钠调节pH至9，在65℃的温度下镀覆金属层，持续20分钟后，取出纤维，镀液组成为：将10gNiSO4·6H2O、5g酒石酸钾钠、5g柠檬酸钠、4g硼酸、8g(NH4)2SO4和2g次亚磷酸钠溶于200ml蒸馏水中。
将镀覆了金属镍的芳纶纤维再次放入镀液中镀覆第二层金属铜，用1mol/L的氢氧化钠调节pH至9，在65℃的温度下镀覆金属层，持续5分钟后，取出纤维，在真空烘箱中70℃干燥2小时，镀液组成为：将40g CuSO4、8g酒石酸钾钠、10g柠檬酸钠、8g硼酸和10g次亚磷酸钠溶于200ml蒸馏水中。
(2)将金属化的芳纶纤维破碎成短切纤维，纤维长度为1毫米。以短切纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂，采用造纸工艺制备成吸波芳纶纸，然后将吸波芳纶纸通过普通蜂窝制备工艺直接制备成芳纶吸波蜂窝。
实施例3
(1)实施例3为在芳纶纤维上镀覆了双层金属，然后将其应用于吸波蜂窝。纤维的活化敏化步骤与实施例1相同，镀覆过程具体如下：
将敏化活化后的40g纤维分散在化学镀液中镀覆第一层钴金属，用1mol/L的氢氧化钠调节pH至9，在65℃的温度下镀覆金属层，持续30分钟后，取出纤维，镀液组成为：将20gCoCl2、10g酒石酸钾钠、8g柠檬酸钠、2g硼酸和8g次亚磷酸钠溶于200ml蒸馏水中。
将镀覆了金属钴的芳纶纤维再次放入镀液中镀覆第二层金属镍，用1mol/L的氢氧化钠调节pH至9，在65℃的温度下镀覆金属层，持续10分钟后，取出纤维，在真空烘箱中70℃干燥2小时，镀液组成为：将5g酒石酸钾钠、4g(NH4)2SO4、10g NiSO4和9g次亚磷酸钠溶于200ml蒸馏水中。
(2)将金属化的芳纶纤维破碎成短切纤维，纤维长度为1毫米。以短切纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂，采用造纸工艺制备成吸波芳纶纸，然后将吸波芳纶纸通过普通蜂窝制备工艺直接制备成芳纶吸波蜂窝。
如图1为8mm厚的吸波蜂窝的雷达波反射率图谱，由图可知本发明的吸波材料具有优异的宽频吸波性能。而吸波蜂窝的具体厚度可根据实际的使用需求进行选择。
本发明的新型蜂窝结构吸波材料，是以金属化的磁性芳纶短切纤维为基本材料制备成吸波芳纶纸，然后再将吸波芳纶纸制备成蜂窝结构吸波材料，摒弃了传统的通过浸渍或喷涂的方法制备的吸波蜂窝。本发明方法制备的蜂窝吸波材料的一致性好，工艺简单，没有额外负载。

Claims (6)

1.一种新型蜂窝结构吸波材料，其特征在于，由芳纶吸波纸采用蜂窝制备工艺制备得到，所述的芳纶吸波纸是以短切磁性芳纶纤维为增强纤维，以酚醛树脂为粘结剂通过造纸工艺得到的，所述的短切磁性芳纶纤维是对表面金属化处理后得到的磁性芳纶纤维进行短切得到的。
2.一种制备如权利要求1所述的新型蜂窝结构吸波材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，对芳纶纤维进行表面金属化处理，使其表面沉积磁性金属，得到磁性芳纶纤维；
然后，将磁性芳纶纤维切成短切纤维，然后将其与酚醛树脂混合制备成芳纶吸波纸；
最后，将芳纶吸波纸通过蜂窝制备工艺制备成新型蜂窝结构吸波材料。
3.根据权利要求2所述的新型蜂窝结构吸波材料的制备方法，其特征在于，所述的对芳纶纤维进行表面金属化处理为：通过化学镀的方法对芳纶纤维进行金属化处理，使芳纶纤维表面包覆有1～4层的磁性金属，磁性金属选自钴、镍、铁及其合金。
4.根据权利要求3所述的新型蜂窝结构吸波材料的制备方法，其特征在于，所述的化学镀为每10～100g芳纶纤维用200mL镀液进行镀覆。
5.根据权利要求4所述的新型蜂窝结构吸波材料的制备方法，其特征在于，所述镀液中包括金属盐，所述的金属盐为氯化钴、氯化镍、氯化铁、氯化铜、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铁、硫酸铜中的一种或几种，金属离子在镀液中的浓度为0.1～1mol/L。
6.根据权利要求5所述的新型蜂窝结构吸波材料的制备方法，其特征在于，每200mL镀液包括以下成分：金属盐、5～20g酒石酸钾钠、2～15g(NH4)2SO4、0～10g次亚磷酸钠、0～10g柠檬酸钠、0～12g硼酸。
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