CN113321837B - 一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料及其制备方法、应用，该复合材料为基于热触发的固‑液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起，所述相变基体在热触发条件下发生相变，所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相，所述复合材料的表面包覆有涂料；该制备方法包括相变基体加热熔融、与增强相混合、模压成型和包覆涂料等步骤。本发明提供的复合材料结构简单，易于成型，密度低，力学性能好，具备雷达隐身和可见光隐身功能，并能快速消解。本发明提供的制备方法工艺简单，通过浇筑模压的方式可制成任意所需形状，适用范围广。

Description

一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料及其制备方法、 应用
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，尤其是一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料及其制备方法、应用。
背景技术
现有常规无人机材料体系大多采用力学性能较高、不易降解和破坏的稳定性材料，不能实现瞬态消失且不具备隐身功能。
发明内容
本发明提供一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料及其制备方法、应用，用于克服现有技术中无人机材料不能实现瞬态消失且不具备隐身功能等缺陷。
为实现上述目的，本发明提出一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料，所述复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；
所述相变基体在热触发条件下发生相变；
所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；
所述复合材料的表面包覆有涂料。
为实现上述目的，本发明还提出一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取相变基体，将所述相变基体加热熔融，获得熔融物；所述相变基体在热触发条件下发生相变；
S2：向所述熔融物中加入增强相，混合均匀，获得混合物；所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；
S3：将所述混合物倒入模具中，模压成型，冷却至室温，获得成型材料；
S4：选择涂料，在所述成型材料表面喷涂或刷涂涂料，得到集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料。
为实现上述目的，本发明还提出一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料的应用，将上述所述的复合材料或者所述的制备方法制备的复合材料应用于无人机中。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明提供的集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；所述相变基体在热触发条件下发生相变；所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；所述复合材料的表面包覆有涂料。相变基体本身具有一定的力学性能，再与增强相通过界面作用复合，可以提高相变基体的模量和强度。本发明的复合材料通过吸波增强相使得整个复合材料具有吸收雷达波的功能从而使得复合材料具有雷达隐身功能，并通过表面包覆的涂料使得复合材料具有可见光隐身功能；通过导热增强相使整个材料具有高的热导率；通过光热增强相调控材料的光谱特性，使其在太阳光谱波段具有高吸收特性、在热红外辐射波段具有低发射率特性，这样可充分利用太阳能使材料温度升高，从而使整体材料液化，由于液化后增强相还在材料内，因此可持续保持高温液化状态，使整个材料物理形态发生彻底变化，以至于不可见或消失。本发明提供的复合材料结构简单，易于成型，密度低，力学性能好，具备雷达隐身和可见光隐身功能，并能快速消解，可很好的应用在无人机当中。
2、本发明提供的集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料的制备方法工艺简单，通过浇筑模压的方式可制成任意所需形状，适用范围广，且制备的复合材料结构简单，易于成型，密度低，力学性能好，具备雷达隐身和可见光隐身功能，并能快速消解，可很好的应用在无人机当中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1a为实施例2的S波段雷达波衰减图；
图1b为实施例2的C波段雷达波衰减图；
图1c为实施例2的X波段雷达波衰减图；
图1d为实施例2的Ku波段雷达波衰减图；
图1e为实施例2的Ka波段雷达波衰减图；
图2a为实施例3的S波段雷达波衰减图；
图2b为实施例3的C波段雷达波衰减图；
图2c为实施例3的X波段雷达波衰减图；
图2d为实施例3的Ku波段雷达波衰减图；
图2e为实施例3的Ka波段雷达波衰减图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
本发明提出一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料，所述复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；
所述相变基体在热触发条件下发生相变；
所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；
所述复合材料的表面包覆有涂料。
力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相这四种增强相可以为同一材料，也可以为多种材料。
本发明提供的复合材料将相变基体与具有良好力学性能的增强相相结合，这将赋予复合材料优异力学性能的同时不会影响其快速瞬变特性，且该复合材料消解过程中无明显发光发声信号，避免目标暴露。此外，该复合材料具备雷达隐身和可见光隐身的功能，以防敌方探测监视。
优选地，所述增强相和相变基体的质量比为(0.1～2):1，在增强相有明显增强材料力学、导热和光热性能，且具备一定吸波功能的同时，保证材料具有良好的相变功能。。
优选地，所述相变基体为石蜡、聚己内酯和乙烯-醋酸乙烯中的至少一种。
石蜡由于相变温度恰当、潜热值高、成本低、稳定性良好，不存在过冷以及相分离现象而广泛应用在有机相变材料领域。但石蜡普遍存在力学性能较差，伸长率较低且韧性较差的缺陷。
聚己内酯可与多种常规塑料互相兼容，应用于增塑剂、可降解塑料、纳米纤维纺丝、塑形材料的生产与加工领域。
乙烯-醋酸乙烯是一种通用高分子聚合物。由于在分子链中引入了乙酸乙烯单体，降低了结晶度，提高了柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能，被广泛应用于发泡鞋料、功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆及玩具等领域。
优选地，所述增强相为碳纤维、石墨烯、炭黑和碳化硅纤维中的至少一种。碳纤维、石墨烯、炭黑和碳化硅纤维自身均具有吸波功能。
碳纤维为由碳元素组成的一种特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。
石墨烯石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。
炭黑，又名碳黑，是一种无定形碳。是一种轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，范围从10～3000m2/g。炭黑具有补强作用，使相变基体强力增加，抵抗撕裂，同时又不会过于损坏相变基体的弹性。炭黑对可见光和近红外光吸收率高，可吸收光能转化为热能。
碳化硅纤维具有高比强度和比模量，具有较好的导热性和导电性。
优选地，所述涂料为单色涂料或者多色涂料，根据使用场景进行选择，以实现可见光隐身。
涂料包括但不限于醇酸漆、丙烯酸漆、聚氨酯漆、环氧漆、酚醛漆、氨基漆、硝基漆等。
本发明还提出一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取相变基体，将所述相变基体加热熔融，获得熔融物；所述相变基体在热触发条件下发生相变；
S2：向所述熔融物中加入增强相，混合均匀，获得混合物；所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；
力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相这四种增强相可以为同一材料，也可以为多种材料。
S3：将所述混合物倒入模具中，模压成型，冷却至室温，获得成型材料；
S4：选择涂料，在所述成型材料表面喷涂或刷涂涂料，得到集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料。
优选地，所述增强相和相变基体的质量比为(0.1～2):1。
优选地，所述相变基体为石蜡、聚己内酯和乙烯-醋酸乙烯中的至少一种；
所述增强相为碳纤维、石墨烯、炭黑和碳化硅纤维中的至少一种；
所述涂料为单色涂料或者多色涂料，根据使用场景进行选择。
优选地，其特征在于，在步骤S1中，所述加热熔融的温度为40～150℃，该温度略高于基体熔融温度，既能实现熔融，又能节约成本、降低制备难度。
在步骤S3中，所述模压成型的温度为40～150℃，该温度略高于相变基体熔融温度，方便混合物成型。。
本发明还提出一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料的应用，将上述所述的复合材料或者所述的制备方法制备的复合材料应用于无人机中。
集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料在正常稳态使用时应具备一定的力学性能和环境适应性能，又要能够抵抗外界复杂环境条件变化引起的非正常触发，以保证其正常完成气动飞行任务，同时还具备隐身功能，以防敌方探测监视。在收到外部特定环境条件或信号后又要做出迅速响应，材料力学性能和物理形态要产生剧烈变化，直至不可见或消失。
实施例1
本实施例提供一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料，该复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；
所述相变基体为石蜡和乙烯-醋酸乙烯，在热触发条件下发生相变；
所述增强相为碳黑和石墨烯，碳黑和石墨烯均同时为力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相，增强相和相变基体的质量比为0.4:1；
所述复合材料的表面包覆有涂料，本实施例中涂料为聚氨酯漆；
本实施例还提供一种上述所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取相变基体，将所述相变基体加热熔融(130℃)，获得熔融物；
S2：向所述熔融物中加入增强相，混合均匀，获得混合物；
S3：将所述混合物倒入模具中，模压成型(130℃)，冷却至室温，获得成型材料；
S4：选择涂料，在所述成型材料表面喷涂涂料，得到集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料。
本实施例制备得到的复合材料密度为1.5g/cm3，强度为10.5Mpa，模量为824Mpa。
实施例2
本实施例提供一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料，该复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；
所述相变基体为石蜡和聚己内酯，在热触发条件下发生相变；
所述增强相为碳黑和碳化硅纤维，碳黑和碳化硅纤维均同时为力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相，增强相和相变基体的质量比为0.75:1；
所述复合材料的表面包覆有涂料，本实施例中涂料为丙烯酸漆；
本实施例还提供一种上述所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取相变基体，将所述相变基体加热熔融(100℃)，获得熔融物；
S2：向所述熔融物中加入增强相，混合均匀，获得混合物；
S3：将所述混合物倒入模具中，模压成型(100℃)，冷却至室温，获得成型材料；
S4：选择涂料，在所述成型材料表面喷涂涂料，得到集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料。
本实施例制备得到的复合材料密度为1.6g/cm3，强度为26.3Mpa，模量为910Mpa。
图1a为实施例2的S波段雷达波衰减图，图1b为实施例2的C波段雷达波衰减图，图1c为实施例2的X波段雷达波衰减图，图1d为实施例2的Ku波段雷达波衰减图，图1e为实施例2的Ka波段雷达波衰减图。由图可知，实施例2在C、X、Ku、Ka波段都表现出较好的吸波性能。
实施例3
本实施例提供一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料，该复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，包括相变基体和增强相，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；
所述相变基体为石蜡，在热触发条件下发生相变；
所述增强相为碳纤维、石墨烯和碳化硅纤维，碳纤维、石墨烯和碳化硅纤维均同时为力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相，增强相和相变基体的质量比为0.55:1；
所述复合材料的表面包覆有涂料，本实施例中复合材料表面涂料为丙烯酸漆；应用背景为林地，喷涂深绿、中绿和灰土组合图案。
本实施例还提供一种上述所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：选取相变基体，将所述相变基体加热熔融(60℃)，获得熔融物；
S2：向所述熔融物中加入增强相，混合均匀，获得混合物；
S3：将所述混合物倒入模具中，模压成型(60℃)，冷却至室温，获得成型材料；
S4：选择涂料，在所述成型材料表面喷涂涂料，得到集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料。
本实施例制备得到的复合材料密度为1.4g/cm3，强度为27.1Mpa，模量为943Mpa。
图2a为实施例3的S波段雷达波衰减图，图2b为实施例3的C波段雷达波衰减图，图2c为实施例3的X波段雷达波衰减图，图2d为实施例3的Ku波段雷达波衰减图，图2e为实施例3的Ka波段雷达波衰减图。由图可知，实施例3在C、X、Ku、Ka波段都表现出较好的吸波性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料的应用，其特征在于，将所述复合材料应用于无人机中；
所述复合材料为基于热触发的固-液相变复合材料，由相变基体和增强相组成，所述相变基体与所述增强相通过界面作用复合在一起；
所述相变基体在热触发条件下发生相变；所述增强相和相变基体的质量比为(0.1～2):1，所述相变基体为聚己内酯和乙烯-醋酸乙烯中的至少一种，所述增强相为碳纤维、石墨烯、炭黑和碳化硅纤维中的至少一种；
所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；
所述复合材料的表面包覆有涂料，所述涂料为单色涂料或者多色涂料，根据使用场景进行选择。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1：选取相变基体，将所述相变基体加热熔融，获得熔融物；所述相变基体在热触发条件下发生相变；
S2：向所述熔融物中加入增强相，混合均匀，获得混合物；所述增强相包括力学增强相、导热增强相、光热增强相和吸波增强相；
S3：将所述混合物倒入模具中，模压成型，冷却至室温，获得成型材料；
S4：选择涂料，在所述成型材料表面喷涂或刷涂涂料，得到集瞬态、承载和隐身于一体的复合材料。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，在步骤S1中，所述加热熔融的温度为40～150℃；
在步骤S3中，所述模压成型的温度为40～150℃。
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