CN112312754A - 一种结构复合吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构复合吸波材料及其制备方法，属于材料技术领域，该结构复合吸波材料由纤维增强的树脂基复合材料、吸收剂和超材料吸波结构组成，通过在不同层纤维布上均匀涂覆树脂和树脂与吸收剂的混合物，然后与超材料吸波结构组合成铺层结构而得到。本结构复合吸波材料在保持复合材料结构承载力学性能的同时，有效拓宽了材料吸收带宽，并实现了重点频段的强吸收。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构复合吸波材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
结构吸波材料不仅具有复合材料固有的高比刚度、比强度及质量轻的优点，还具有更宽的吸波频带和更强的吸收效率，以及良好的可设计性及耐环境性，成为新一代装备实现目标低可探测性的重要手段。
复合了电磁超材料的结构吸波材料作为结构吸波材料的重要组成，其显著优点是可设计性强，在不增加材料重量和厚度的情况下，通过改变电磁超材料的结构获得设计频段的强吸波性能。材料在保持复合材料结构承载力学性能的同时，实现了设计频段的强吸收功能。对于传统吸波材料，例如已公开专利CN1767757A、CN109526192A等，拓宽吸收频带的方法通常为提高吸收剂含量或增加材料厚度，但相应也会带来质量增加、力学性能降低等缺点，难以满足实际需求。同时，复合了电磁超材料的结构吸波材料在成型工艺上也适用于复合材料的一体化成型技术，有利于构件的成型。因此，引入电磁超材料的设计思路成为结构吸波材料研究的一个热点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种结构复合吸波材料及其制备方法。
本发明的技术解决方案：
一种结构复合吸波材料，由纤维增强的树脂基复合材料、吸收剂和超材料吸波结构组成。
进一步地，所述纤维增强树脂基复合材料，其增强纤维是玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维的一种或几种；树脂基体是环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂的一种或几种。
进一步地，所述吸收剂是介电吸收剂、磁性吸收剂的一种或几种；具体包括了石墨、乙炔炭黑、碳纤维、碳化硅纤维、铁氧体、磁性金属粒子、多晶铁纤维吸收剂的一种或几种。
进一步地，所述超材料吸波结构是采用导电材料制备的周期性电磁结构，材质包括铜箔、铝箔、碳纤维、导电纤维毡等的一种或几种，结构形状是方形、环形、多边形等的一种。
一种结构复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：选取纤维布；
步骤2：选取树脂，将树脂均匀涂覆在至少一层纤维布上，自然晾干，树脂的体积占比为40％～50％；
步骤3：选取树脂和吸收剂，混合均匀，得到混合物，该吸收剂包括磁性吸收剂和/或介电吸收剂，将该混合物均匀涂覆在至少一层纤维布上，自然晾干，混合物的体积占比为40％～50％；
步骤4：选取导电材料，加工成预设形状的超材料吸波结构；
步骤5：将涂覆有树脂的纤维布和涂覆有树脂和吸收剂的纤维布与超材料吸波结构按设计的铺层顺序进行铺层组合，得到铺层结构；
步骤6：将上述铺层结构固化，得到本发明所述的结构复合吸波材料。
进一步地，纤维布为玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维布的一种或几种。
进一步地，树脂为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂中的一种或几种。
进一步地，吸收剂为石墨、乙炔炭黑、碳纤维、碳化硅纤维、铁氧体、磁性金属粒子、多晶铁纤维吸收剂的一种或几种。
进一步地，超材料吸波结构导电材料为铜箔、铝箔、碳纤维、导电纤维毡中的一种或几种。
进一步地，超材料吸波结构的形状为方形、环形、多边形的一种。
进一步地，磁性吸收剂在混合物中的体积占比为5％～80％，介电吸收剂在混合物中的质量占比为0.1％～5％。
进一步地，树脂涂覆到多层纤维布上时，每层的树脂体积占比为相同或不同；所述混合物涂覆到多层纤维布上时，每层的混合物体积占比为相同或不同。
进一步地，所述设计的铺层顺序包括超材料吸波结构位于涂覆有树脂的纤维布和涂覆有树脂和吸收剂的纤维布的底层，或者位于涂覆有树脂的纤维布和涂覆有树脂和吸收剂的纤维布的中间层，最上层为涂覆有树脂的纤维布，其中涂覆有树脂的纤维布为单层或连续多层，涂覆有树脂和吸收剂的纤维布为单层或连续多层，涂覆有树脂的纤维布与涂覆有树脂和吸收剂的纤维布为顺序铺层或交替铺层。
本发明提供了一种结构复合吸波材料及其制备方法，所述的结构复合吸波材料是一种在混杂了吸收剂的基础上，再复合电磁超材料的一种复合结构吸波材料。专利CN1767757A制备的电磁波吸收材料是柔性的橡胶型吸波贴片，不是结构型材料，材料不具备结构承载性，且该材料中没有涉及电磁超结构；与之相比，本发明除了在复合材料基体中混杂吸收剂外，在层间还增加了电磁超结构，使材料吸波性能得到提升。专利CN109526192A制备的吸波复合材料中没有涉及电磁超结构；与之相比，本发明除了在复合材料基体中混杂吸收剂外，在层间还增加了电磁超结构，使材料吸波性能得到提升。
本发明制备的结构复合吸波材料具有的优点是：吸收剂的混杂和超材料的混杂都没有使复合材料的结构发生大的改变，层面界面兼容性好，制备出的结构复合吸波材料不仅保持了原来复材良好的力学承载性，同时又获得了电磁吸波性能，在保持复合材料结构承载力学性能的同时，有效拓宽了材料吸收带宽，并实现了重点频段的强吸收。制备的材料具有厚度薄、吸波频带宽、重点频段吸收强及力学性能优异的特点，为结构吸波材料研制提供了新的设计思路。
附图说明
图1为一种结构复合吸波材料结构示意图。
图2为一种超材料吸波结构示意图。
图3为一种结构复合吸波材料的反射率曲线图。
图4为一种结构复合吸波材料的反射率曲线图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案能更明显易懂，特举实施例并结合附图详细说明如下。
实施例1
步骤1：选取EW100型玻璃纤维布20层，QW100型石英纤维布10层，剪裁成尺寸规格为180mm*180mm的样品。
步骤2：取5层玻璃纤维布和10层石英纤维布，按纤维与树脂的体积比例为60:40称取3068环氧树脂，将其均匀涂覆在5层玻璃纤维布和10层石英纤维布上，自然晾干。
步骤3：取5层玻璃纤维布，按纤维与树脂的体积比例为60:40称取3068环氧树脂，按磁性金属吸收剂在树脂基体的体积比例为30％称取磁性金属吸收剂，将其与环氧树脂混合均匀。将其均匀涂覆在5层玻璃纤维布上，自然晾干。
步骤4：取10层玻璃纤维布，按纤维与树脂的体积比例为55:45称取3068环氧树脂，按磁性金属吸收剂在树脂基体的体积比例为50％称取磁性金属吸收剂，将其与环氧树脂混合均匀。将其均匀涂覆在10层玻璃纤维布上，自然晾干。
步骤5：选取厚度为0.08mm的铝箔，设计加工环形超材料吸波结构(结构见图2)。
步骤6：将上述获得的材料按以下组合顺序铺层组合(自上而下)：5层涂覆环氧树脂的石英纤维布+1层环形超材料吸波结构+5层涂覆环氧树脂的石英纤维布+5层涂覆混杂有30％吸收剂的玻璃纤维布+10层涂覆混杂有50％吸收剂的玻璃纤维布+5层涂覆氧树脂的玻璃纤维布。
步骤7：将步骤6所得铺层组合放入模具，在130℃下固化2h，得到结构复合吸波材料。
该结构复合吸波材料的反射率曲线如图3所示，可见该结构复合吸波材料具有良好的吸波性能。
实施例2
步骤1：选取EW100型玻璃纤维布20层，QW100型石英纤维布10层，剪裁成尺寸规格为180mm*180mm的样品。
步骤2：取5层玻璃纤维布和10层石英纤维布，按纤维与树脂的体积比例为55:45称取3068环氧树脂，将其均匀涂覆在5层玻璃纤维布和10层石英纤维布上，自然晾干。
步骤3：取5层玻璃纤维布，按纤维与树脂的体积比例为50:50称取3068环氧树脂，按磁性金属吸收剂在树脂基体的体积比例为5％称取磁性金属吸收剂，将其与环氧树脂混合均匀。将其均匀涂覆在5层玻璃纤维布上，自然晾干。
步骤4：取5层玻璃纤维布，按纤维与树脂的体积比例为60:40称取3068环氧树脂，按磁性金属吸收剂在树脂基体的体积比例为40％称取磁性金属吸收剂，将其与环氧树脂混合均匀。将其均匀涂覆在5层玻璃纤维布上，自然晾干。
步骤5：取5层玻璃纤维布，按纤维与树脂的体积比例为55:45称取3068环氧树脂，按磁性金属吸收剂在树脂基体的体积比例为80％称取磁性金属吸收剂，将其与环氧树脂混合均匀。将其均匀涂覆在5层玻璃纤维布上，自然晾干。
步骤6：选取厚度为0.08mm的铝箔，设计加工环形超材料吸波结构(结构见图2)。
步骤7：将上述获得的材料按以下组合顺序铺层组合(自上而下)：7层涂覆氧树脂的石英纤维布+1层环形超材料吸波结构+3层涂覆氧树脂的石英纤维布+5层涂覆混杂有5％吸收剂的玻璃纤维布+5层涂覆混杂有40％吸收剂的玻璃纤维布+5层涂覆混杂有80％吸收剂的玻璃纤维布+5层涂覆氧树脂的玻璃纤维布。
步骤8：将步骤7所得铺层组合放入模具，在130℃下固化2h，得到结构复合吸波材料。
该结构复合吸波材料的反射率曲线如图4所示，可见该结构复合吸波材料具有良好的吸波性能。
实施例3
本实施例的制备步骤和条件与实施例2基本相同，除了步骤1的纤维与树脂的体积比例为改为50:50，磁性吸收剂更换为介电吸收剂，其中步骤3中用到的介电吸收剂质量占比为0.1％，步骤4中用到的介电吸收剂质量占比为2％，步骤5中用到的介电吸收剂质量占比为5％，则步骤7中的铺层中的吸收剂因应修改为上述比例，固化得到结构复合吸波材料。该结构复合吸波材料同样具有良好的吸波性能。
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，本发明的保护范围以权利要求所述为准。
Claims (10)
1.一种结构复合吸波材料，其特征在于，由纤维增强的树脂基复合材料、吸收剂和超材料吸波结构组成。
2.如权利要求1所述的结构复合吸波材料，其特征在于，纤维增强树脂基复合材料的增强纤维为玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维的一种或几种；纤维增强树脂基复合材料的树脂基体为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂的一种或几种。
3.如权利要求1所述的结构复合吸波材料，其特征在于，吸收剂为介电吸收剂、磁性吸收剂的一种或两种，具体包括石墨、乙炔炭黑、碳纤维、碳化硅纤维、铁氧体、磁性金属粒子、多晶铁纤维吸收剂的一种或几种。
4.如权利要求1所述的结构复合吸波材料，其特征在于，超材料吸波结构是采用导电材料制备的周期性电磁结构，导电材料包括铜箔、铝箔、碳纤维、导电纤维毡中的一种或几种，结构形状为方形、环形、多边形中的一种。
5.一种结构复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取纤维布；
选取树脂，将树脂均匀涂覆在至少一层纤维布上，自然晾干，树脂的体积占比为40％～50％；
选取树脂和吸收剂，混合均匀，得到混合物，该吸收剂包括磁性吸收剂和/或介电吸收剂，将该混合物均匀涂覆在至少一层纤维布上，自然晾干，混合物的体积占比为40％～50％；
选取导电材料，加工成预设形状的超材料吸波结构；
将涂覆有树脂的纤维布和涂覆有树脂和吸收剂的纤维布与超材料吸波结构按设计的铺层顺序进行铺层组合，得到铺层结构；
将上述铺层结构固化，得到本发明所述的结构复合吸波材料。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，纤维布为玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维布的一种或几种；树脂为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂中的一种或几种；吸收剂为石墨、乙炔炭黑、碳纤维、碳化硅纤维、铁氧体、磁性金属粒子、多晶铁纤维吸收剂的一种或几种。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，超材料吸波结构的导电材料为铜箔、铝箔、碳纤维、导电纤维毡中的一种或几种，形状为方形、环形、多边形的一种。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，磁性吸收剂在混合物中的体积占比为5％～80％，介电吸收剂在混合物中的质量占比为0.1％～5％。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，树脂涂覆到多层纤维布上时，每层的树脂体积占比为相同或不同；所述混合物涂覆到多层纤维布上时，每层的混合物体积占比为相同或不同。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设计的铺层顺序包括超材料吸波结构位于涂覆有树脂的纤维布和涂覆有树脂和吸收剂的纤维布的底层，或者位于涂覆有树脂的纤维布和涂覆有树脂和吸收剂的纤维布的中间层，最上层为涂覆有树脂的纤维布，其中涂覆有树脂的纤维布为单层或连续多层，涂覆有树脂和吸收剂的纤维布为单层或连续多层，涂覆有树脂的纤维布与涂覆有树脂和吸收剂的纤维布为顺序铺层或交替铺层。
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