CN113754912A - 一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将环氧树脂与纳米颗粒在50‑70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入固化剂，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.5‑2mm的碳纤维预浸料；(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料，进行叠料，之后经过热压罐固化，制得高强度高刚性吸波复合材料。本发明有效地克服了吸波复合材料强度低、密度大、难以应用于重要领域、制备工艺复杂、较难成型大尺寸复合材料构件等问题。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别涉及一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法。
背景技术
聚合物基复合材料因其具有优异的力学性能，已成为军事领域迅速发展的材料体系。随着雷达侦察技术的提升，发展吸波聚合物基复合材料成为提高武器装备生存能力的关键，在民用领域，随着电子技术的飞速发展，通信网络和电子设备已经越来越紧密地与我们的相关，但也不可避免地会产生电磁波，过多的电磁辐射污染不仅会对电子产品产生不利影响，也潜在地影响人们的身体健康，因此，开发有效的吸波材料对减少或消除电磁辐射污染具有重要意义。
聚合物基复合材料主要由碳纤维和基体等组成，现有技术的吸波复合材料的制备方法主要集中于陶瓷基复合材料，不仅工艺复杂，强度低，密度大，较难成型大尺寸复杂复合材料构件，例如中国专利CN201811199009.4开展了复合材料基体设计，结合多种工艺，但是该专利也较难成型大尺寸复杂复合材料构件，而且该专利也存在强度低，密度大的问题。另外，目前有中国专利申请公布号CN111587055A公开的一种Ni掺杂ZnFe2O4-碳纳米纤维-环氧树脂吸波材料及其制法、中国专利申请公布号CN111548601A公开的一种钴镍合金-碳纳米纤维的环氧树脂吸波材料及其制法、中国专利申请公布号CN111662493A公开的一种基于碳材料的纳米吸波剂的制备方法及其应用等，但是这些专利的各个组分配方不合理，也存在复合材料强度低、密度大、吸波能力较弱等缺点。
综上，目前吸波复合材料制备方法主要存在以下问题：(1)吸波复合材料强度低，密度大，难以应用于重要领域；(2)制备工艺复杂，较难成型大尺寸复合材料构件。(3)吸波能力较弱等。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法。本发明避免了吸波复合材料强度低、密度大、难以应用于重要领域、制备工艺复杂、较难成型大尺寸复合材料构件等问题；同时结合纳米粒子的种类和含量实现对不同电磁性能的调控，达到调节聚合物基复合材料吸波性能的目的。
本发明的技术方案如下：
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将环氧树脂与纳米颗粒在50-70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入固化剂，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.5-2mm的碳纤维预浸料；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料，进行叠料，之后经过热压罐固化，制得高强度高刚性吸波复合材料。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(1)中，所述环氧树脂为双酚A型128、E51、127中的一种或多种；所述纳米颗粒为碳纳米管、活性炭中的一种或多种，粒径为10-300纳米。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(1)中，所述环氧树脂为双酚A型128、E51、127中的一种或多种；所述纳米颗粒为碳纳米管、活性炭中的一种或多种，粒径为100-300纳米。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(1)中，所述环氧树脂与所述纳米颗粒的质量比为10:1-3。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(1)中，所述环氧树脂与所述纳米颗粒的质量比为10:1-2。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(2)中，所述固化剂为双脲类Ur500或双氰胺中的一种；混合液A与所述固化剂的质量比为100:1-10。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(2)中，所述固化剂为双脲类Ur500或双氰胺中的一种；混合液A与所述固化剂的质量比为100:1-5。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(3)中，所述碳纤维材料的型号为T300或T700，预浸料的厚度为0.1-1mm，树脂含量为30％±3％。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(4)中，碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力≤0.6MPa；冷却到常温下取出，厚度0.3mm-10mm。
在本发明的一个优选实施例中，复合材料的形状可以随着模具的不同而不同。
由于采用了如上的技术方案，本发明以环氧树脂、碳纤维、碳纳米管或活性碳为原材料制备而成，基于环氧树脂和碳纤维优异的力学性能及尺寸稳定性，有效地克服了吸波复合材料强度低、密度大、难以应用于重要领域、制备工艺复杂、较难成型大尺寸复合材料构件等问题。同时结合纳米粒子的种类和含量实现对不同电磁性能的调控，使该复合材料可被广泛地应用于对重量和性能有特殊要求的军事领域以及高性能要求的电子产品领域中，应用前景广泛。
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获得其他的附图。
图1是本发明制得的碳纤维复合材料外罩的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
实施例1
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，复合材料包括环氧树脂、碳纤维和碳纳米管；复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将10kg双酚A型128与1kg粒径为100纳米的碳纳米管在70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入2kg双脲类Ur500，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.15mm的碳纤维预浸料；树脂含量30％；碳纤维为T300级别；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力＝0.6MPa；冷却到常温下取出，得到厚度为2mm的碳纤维复合材料外罩(如图1所示)。
实施例2：
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，复合材料包括环氧树脂、碳纤维和碳纳米管；复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将10kg双酚A型128与2kg粒径为100纳米的碳纳米管在70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入2kg双脲类Ur500，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.15mm的碳纤维预浸料；树脂含量30％；碳纤维为T300级别；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力＝0.6MPa；冷却到常温下取出，得到厚度为3mm的碳纤维复合材料外罩。
实施例3：
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，复合材料包括环氧树脂、碳纤维和碳纳米管；复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将10kg双酚A型128与1kg粒径为100纳米的碳纳米管在70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入2kg双氰胺，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.2mm的碳纤维预浸料；树脂含量30％；碳纤维为T300级别；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力＝0.55MPa；冷却到常温下取出，得到厚度为5mm的碳纤维复合材料外罩。
实施例4：
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，复合材料包括环氧树脂、碳纤维和碳纳米管；复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将10kg双酚A型128与1kg粒径为100纳米的活性碳在70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入2kg双脲类Ur500，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.15mm的碳纤维预浸料；树脂含量30％；碳纤维为T300级别；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力＝0.6MPa；冷却到常温下取出，得到厚度为2mm的碳纤维复合材料外罩。
实施例5
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，复合材料包括环氧树脂、碳纤维和碳纳米管；复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将10kg双酚A型128与1kg粒径为200纳米的碳纳米管在70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入2kg双氰胺，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.15mm的碳纤维预浸料；树脂含量30％；碳纤维为T700级别；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力＝0.5MPa；冷却到常温下取出，得到厚度为3mm的碳纤维复合材料外罩。
对比例1
一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，复合材料包括环氧树脂、碳纤维和碳纳米管；复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将10kg双酚A型128与0.2kg粒径为100纳米的碳纳米管在70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入2kg双脲类Ur500，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.15mm的碳纤维预浸料；树脂含量30％；碳纤维为T300级别；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力＝0.6MPa；冷却到常温下取出，得到厚度为2mm的碳纤维复合材料外罩。
测试例：
对实施例1-5及对比例1所得产品进行性能测试，使用弓形法对材料进行吸波率测试，首先将样品固定后，调整发射源的入射角度并进行发射微波信号，然后使用接收天线对信号进行接收，比较接收和发射的微波强度差，即得到材料的吸收率，利用万能试验机(instron 34TM-50)，按标准GB/T1447测试材料的拉伸强度和模量。测试强度如表1所示。
表1
由表1可以看出，本发明的复合材料具有很高的力学强度，而且具有良好的吸波能力。对比例1相对于实施例1-5中减少了碳纳米管的用量，而且各个组分配比也不一样，其力学强度下降不明显，但吸波能力下降明显。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将环氧树脂与纳米颗粒在50-70℃下搅拌，混合完全后，冷却到常温，得到混合液A；
(2)向步骤(1)得到的混合液A中加入固化剂，在常温下搅拌均匀后，得到混合液B；
(3)将步骤(2)得到的混合液B与碳纤维材料通过预浸料设备的加工生产，制得厚度为0.5-2mm的碳纤维预浸料；
(4)将步骤(3)得到的碳纤维预浸料，进行叠料，之后经过热压罐固化，制得高强度高刚性吸波复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧树脂为双酚A型128、E51、127中的一种或多种；所述纳米颗粒为碳纳米管、活性炭中的一种或多种，粒径为10-300纳米。
3.根据权利要求2所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧树脂为双酚A型128、E51、127中的一种或多种；所述纳米颗粒为碳纳米管、活性炭中的一种或多种，粒径为100-300纳米。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧树脂与所述纳米颗粒的质量比为10:1-3。
5.根据权利要求4所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧树脂与所述纳米颗粒的质量比为10:1-2。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固化剂为双脲类Ur500或双氰胺中的一种；混合液A与所述固化剂的质量比为100:1-10。
7.根据权利要求6所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固化剂为双脲类Ur500或双氰胺中的一种；混合液A与所述固化剂的质量比为100:1-5。
8.根据权利要求1所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳纤维材料的型号为T300或T700，预浸料的厚度为0.1-1mm，树脂含量为30％±3％。
9.根据权利要求1所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，碳纤维预浸料进行[0/90]铺层，采用80℃/1h+120℃/2h的热压罐工艺进行固化，压力≤0.6MPa；冷却到常温下取出，厚度0.3mm-10mm。
10.根据权利要求1所述的一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法，其特征在于，复合材料的形状可以随着模具的不同而不同。
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| CN202111197350.8A Pending CN113754912A (zh) | 2021-10-14 | 2021-10-14 | 一种高强度高刚性吸波复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113754912A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115304307A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-08 | 北京环境特性研究所 | 一种宽频吸波材料及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011144213A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Toray Ind Inc | 炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料 |
| CN104945885A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-09-30 | 江苏兆鋆新材料股份有限公司 | 一种环氧树脂碳纤维预浸料的制备方法 |
| CN108250685A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-06 | 航天神舟飞行器有限公司 | 一种具有吸波隐身性能的复合材料、制备方法及应用 |
| CN111688314A (zh) * | 2019-03-11 | 2020-09-22 | 洛阳尖端技术研究院 | 一种结构型吸波复合材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-10-14 CN CN202111197350.8A patent/CN113754912A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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