CN113942284B - 一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法 - Google Patents

一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法，所述改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料包括第一蒙皮、吸波芳纶蜂窝芯、吸波腻子和第二蒙皮，其中，所述吸波芳纶蜂窝芯孔格中填充有吸波腻子，所述吸波腻子包括双组份环氧树脂、磁损型吸收剂和空心玻璃微珠。本发明提供的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料在45°斜入射的吸波性能显著优于未改善斜入射吸波性能的传统蜂窝夹层吸波材料，满足实际应用中雷达对被保护目标多角度探测的隐身需求，能够显著提高目标的生存能力。

Description

一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及结构吸波材料技术领域，尤其涉及一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法。
背景技术
结构吸波材料是在先进复合材料基础上发展起来的既能承载又能吸波的多功能复合材料，按其结构形式可分为层板型、蜂窝夹层型和泡沫夹层型，其中，蜂窝夹层吸波材料凭借轻质高强、宽频段强吸波的性能优势而被应用于各军兵种武器装备的伪装隐身。
随着探测技术的不断发展，对雷达吸波材料的吸波性能提出更高的要求，目前，蜂窝夹层吸波材料在设计时大多只考虑了电磁波垂直入射时的吸波性能，45°斜入射吸波性能较正入射衰减明显，而实际应用中雷达探测是以不同角度进行的，蜂窝夹层吸波材料较弱的斜入射吸波性能提高了被保护目标暴露的概率。因此，为进一步提高目标在实际应用中的伪装隐身能力，改善蜂窝夹层吸波材料斜入射吸波性能的技术问题亟待解决。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法，旨在改善蜂窝夹层吸波材料斜入射吸波性能。
为实现上述目的，本发明提出的一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料，所述改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料包括第一蒙皮、吸波芳纶蜂窝芯、吸波腻子和第二蒙皮；
所述吸波芳纶蜂窝芯孔格中填充有吸波腻子；所述吸波腻子包括双组分环氧树脂、磁损型吸收剂和空心玻璃微珠；
其中，所述双组分环氧树脂包括环氧树脂和固化剂。
可选地，所述吸波芳纶蜂窝芯的厚度为2mm～69mm。
可选地，所述吸波芳纶蜂窝芯的吸收剂包括炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石中的其中一种。
可选地，所述磁损型吸收剂包括片状的铁氧体、羰基铁、合金粉中的至少一种。
本发明还提供一种如上所述一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、提供模具和吸波腻子；
S20、在所述模具上铺设预浸料、结构胶膜和吸波芳纶蜂窝芯，在所述吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满所述吸波腻子，继续铺设所述结构胶膜和所述预浸料，模压固化制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料。
可选地，步骤S10包括：
S101、环氧树脂中加入磁损型吸收剂和空心玻璃微珠，搅拌均匀后加入固化剂继续搅拌至均匀，得吸波腻子。
可选地，在步骤S101中，所述磁损型吸收剂添加量为所述环氧树脂和固化剂总质量的16％～39％；所述空心玻璃微珠添加量为所述环氧树脂和固化剂总质量的15％～35％。
可选地，在步骤S20中，所述结构胶膜包括环氧树脂胶膜或者氰酸酯树脂胶膜。
可选地，在步骤S20中，所述预浸料包括玻璃纤维布/环氧树脂预浸料、石英纤维布/环氧树脂预浸料和石英纤维布/氰酸酯树脂预浸料中的一种。
可选地，在步骤S20中，所述铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的第一蒙皮和第二蒙皮的厚度均控制在0.2mm～1mm。
本发明提供的技术方案中，在电损型吸波芳纶蜂窝芯孔格中填充磁损型吸波腻子，使不同入射角度电磁波透过蒙皮射至吸波芳纶蜂窝芯孔壁发生作用后反射和折射的电磁波与磁损耗吸收剂发生作用而被更好的吸收，改善了蜂窝夹层吸波材料斜入射吸波性能。同时，在吸波腻子中加入空心玻璃微珠，起到树脂增稠和降低材料重量的作用。制成的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料可以显著改善蜂窝夹层材料斜入射吸波性能，满足实际应用中雷达对被保护目标多角度探测的隐身需求，能够显著提高目标的生存能力。
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1为本发明提供的一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的一实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法的一实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的实施例1制备的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的平板反射率；
图4是本发明提供的对比例1制备的未改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的平板反射率。
附图标号说明：
1-第一蒙皮，2-吸波芳纶蜂窝芯，3-吸波腻子，4-第二蒙皮。
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
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
随着探测技术的不断发展，对雷达吸波材料的吸波性能提出更高的要求，目前，改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料在设计时大多只考虑了电磁波垂直入射时的吸波性能，45°斜入射吸波性能较正入射衰减明显，而实际应用中雷达探测是以不同角度进行的，改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料较弱的斜入射吸波性能提高了被保护目标暴露的概率。因此，为进一步提高目标在实际应用中的伪装隐身能力，改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料斜入射吸波性能的技术问题亟待解决。
鉴于此，本发明提供一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法，以改善传统蜂窝夹层吸波材料斜入射吸波性能，请参照图1和图2，为本发明的一实施例。
请参照图1，在本实施例中，所述改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料包括第一蒙皮1、吸波芳纶蜂窝芯2、吸波腻子3及第二蒙皮4；所述吸波芳纶蜂窝芯2孔格中填充有吸波腻子3；所述吸波腻子3包括双组分环氧树脂、磁损型吸收剂和空心玻璃微珠；其中，所述双组分环氧树脂包括环氧树脂和固化剂。
依据吸波材料反射性能的角度特性与吸收剂的复电磁参数的关系可知，提高吸波材料的磁特性有利于改善斜入射吸波性能，因此在芳纶蜂窝芯的孔格中填充加入了磁损型吸收剂形成的磁损型吸波腻子，使不同入射角度电磁波透过蒙皮射至导电型吸波芳纶蜂窝芯孔壁发生作用后反射和折射的电磁波与磁损耗吸收剂发生作用而被更好的吸收，改善了改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料斜入射吸波性能。同时，在吸波腻子中加入空心玻璃微珠，起到增稠和降低材料重量的作用。
具体地，请参照图1，所述吸波芳纶蜂窝芯2的厚度为2mm～69mm。
进一步地，在本实施例中，所述吸波芳纶蜂窝芯2吸收剂包括炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石中的其中一种。
进一步，在本实施例中，所述磁损型吸收剂包括片状的铁氧体、羰基铁、合金粉中的至少一种。
所述磁损型吸收剂可以是片状的铁氧体、碳基铁和合金粉的其中一种，也可以是这三者中其中两者的组合，也可以是三者一起，其中，合金粉可以是铁、铝、铬、钴、镍、铜、锆、硅二元或多元合金。
请参阅图2，本发明还提供一种如上述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S10、提供模具和吸波腻子3；
具体地，步骤S10包括：
在环氧树脂中加入磁损型吸收剂和空心玻璃微珠，搅拌均匀后加入固化剂继续搅拌至均匀，得吸波腻子3。
进一步地，所述磁损型吸收剂添加量为所述环氧树脂和固化剂总质量的16％～39％；所述空心玻璃微珠添加量为所述环氧树脂和固化剂总质量的15％～35％。
S20、在所述模具上铺设预浸料、结构胶膜和吸波芳纶蜂窝芯，在所述吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满所述吸波腻子，继续铺设所述结构胶膜和所述预浸料，模压固化制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料。
进一步地，在步骤S20中，所述结构胶膜包括环氧树脂胶膜或者氰酸酯树脂胶膜。
进一步地，在步骤S20中，所述预浸料包括玻璃纤维布/环氧树脂预浸料、石英纤维布/环氧树脂预浸料和石英纤维布/氰酸酯树脂预浸料中的一种。
进一步地，在步骤S20中，所述铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的第一蒙皮和第二蒙皮的厚度均控制在0.2mm～1mm。
为了使本发明提供的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料及其制备方法对斜入射吸波性能的改善效果更为直观，下面结合具体实施例进行说明：实施例1
(1)提供模具，并在双组分环氧树脂的环氧树脂中加入占环氧树脂和固化剂总质量的25wt％的片状铁氧体，占环氧树脂和固化剂总质量的28wt％的空心玻璃微珠，搅拌均匀后加固化剂继续搅拌至均匀制得吸波腻子。
(2)按顺序在模具上铺设1层石英纤维布/环氧树脂预浸料和1层环氧树脂结构胶膜、以乙炔炭黑为吸收剂的20.5mm厚吸波芳纶蜂窝芯，在吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满上述吸波腻子，继续铺设1层环氧树脂结构胶膜和1层石英纤维布/环氧树脂预浸料，模压固化(压力0.5MPa，80℃保温1h后升温至120℃保温2h)制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料a1，铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的蒙皮厚度控制在0.2mm～0.25mm。
对比例1
按顺序在模具上铺设1层石英纤维布/环氧树脂预浸料和1层环氧树脂结构胶膜、以乙炔炭黑为吸收剂的20.5mm厚吸波芳纶蜂窝芯、1层环氧树脂结构胶膜和1层石英纤维布/环氧树脂预浸料，热压固化(压力0.5MPa，80℃保温1h后升温至120℃保温2h)制得蜂窝夹层吸波材料b1。
其中，石英纤维布/环氧树脂预浸料、环氧树脂结构胶膜、吸波芳纶蜂窝芯与实施例1相同，铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的蒙皮厚度控制在0.2mm～0.25mm。
a1和b1的平板反射率测试数据见表1。
表1吸波材料a1、b1平板反射率测试数据
请参阅图3、图4和表1，45°斜入射时，a1的电性能较正入射时衰减较小，最大衰减出现在X频段，平板反射率差值仅为2.1dB；由图4和表1可知，45°斜入射时，b1的电性能较正入射时衰减显著，最大衰减出现在Ku频段，平板反射率差值为8.9dB，表明本发明改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料斜入射性能切实可行，效果显著。
实施例2
(1)提供模具，并在双组分环氧树脂的环氧树脂中加入占环氧树脂和固化剂总质量的21wt％的片状铁硅铝合金粉，占环氧树脂和固化剂总质量的24wt％的空心玻璃微珠，搅拌均匀后加固化剂继续搅拌至均匀制得吸波腻子。
(2)按顺序在模具上铺设2层石英纤维布/环氧树脂预浸料和1层环氧树脂结构胶膜、以短切碳纤维为吸收剂的13mm厚吸波芳纶蜂窝芯，在吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满上述吸波腻子，继续铺设1层环氧树脂结构胶膜和2层石英纤维布/环氧树脂预浸料，模压固化(压力0.5MPa，80℃保温1h后升温至120℃保温2h)制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料a2，铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的蒙皮厚度控制在0.45mm～0.5mm。
对比例2
按顺序在模具上铺设2层石英纤维布/环氧树脂预浸料和1层环氧树脂结构胶膜、以短切碳纤维为吸收剂的13mm厚吸波芳纶蜂窝芯、1层环氧树脂结构胶膜和2层石英纤维布/环氧树脂预浸料，热压固化(压力0.5MPa，80℃保温1h后升温至120℃保温2h)制得蜂窝夹层吸波材料b2。
其中，石英纤维布/环氧树脂预浸料、环氧树脂结构胶膜、吸波芳纶蜂窝芯与实施例2相同，铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的蒙皮厚度控制在0.45mm～0.5mm。
a2和b2的平板反射率测试数据见表2。
表2吸波材料a2、b2平板反射率测试数据
请参阅表2，45°斜入射时，a2的电性能较正入射时衰减较小，最大衰减出现在X频段，平板反射率差值仅为1.8dB；45°斜入射时，b2的电性能较正入射时衰减显著，最大衰减出现在Ku频段，平板反射率差值为6.1dB，表明本发明改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料斜入射性能切实可行，效果显著。
实施例3
(1)提供模具，并在双组分环氧树脂的环氧树脂中加入占环氧树脂和固化剂总质量的35wt％的片状羰基铁，占环氧树脂和固化剂总质量的16wt％的空心玻璃微珠，搅拌均匀后加固化剂继续搅拌至均匀制得吸波腻子。
(2)按顺序在模具上铺设4层石英纤维布/氰酸酯树脂预浸料和1层氰酸酯树脂结构胶膜、以石墨烯和碳纳米管为吸收剂的40mm厚吸波芳纶蜂窝芯，在吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满上述吸波腻子，继续铺设1层氰酸酯树脂结构胶膜和4层石英纤维布/氰酸酯树脂预浸料，模压固化(压力0.5MPa，120℃保温2h后升温至160℃保温4h)制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料，铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的蒙皮厚度控制在0.9mm～1mm。
实施例4
(1)提供模具，并在双组分环氧树脂的环氧树脂中加入占环氧树脂和固化剂总质量的28wt％的片状羰基铁和铁硅镉合金粉，占环氧树脂和固化剂总质量的23wt％的空心玻璃微珠，搅拌均匀后加固化剂继续搅拌至均匀制得吸波腻子。
(2)按顺序在模具上铺设2层玻璃纤维布/环氧树脂预浸料和1层环氧树脂结构胶膜、以短切碳纤维为吸收剂的55mm厚吸波芳纶蜂窝芯，在吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满上述吸波腻子，继续铺设1层环氧树脂结构胶膜和2层玻璃纤维布/环氧树脂预浸料，模压固化(压力0.5MPa，80℃保温3h后升温至120℃保温5h)制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料，铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的蒙皮厚度控制在0.45mm～0.5mm。
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 (8)

1.一种改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料，其特征在于，所述改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料包括第一蒙皮、吸波芳纶蜂窝芯、吸波腻子和第二蒙皮；
所述吸波芳纶蜂窝芯孔格中填充有吸波腻子；所述吸波腻子包括双组分环氧树脂、磁损型吸收剂和空心玻璃微珠；
其中，所述双组分环氧树脂包括环氧树脂和固化剂；
所述吸波芳纶蜂窝芯的吸收剂包括炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石中的其中一种；
所述磁损型吸收剂包括片状的铁氧体、羰基铁、合金粉中的至少一种。
2.如权利要求1所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料，其特征在于，所述吸波芳纶蜂窝芯的厚度为2mm～69mm。
3.一种如权利要求1至2任意一项所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、提供模具和吸波腻子；
S20、在所述模具上铺设预浸料、结构胶膜和吸波芳纶蜂窝芯，在所述吸波芳纶蜂窝芯的孔格中填充满所述吸波腻子，继续铺设所述结构胶膜和所述预浸料，模压固化制得改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料。
4.如权利要求3所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤S10包括：
S101、环氧树脂中加入磁损型吸收剂和空心玻璃微珠，搅拌均匀后加入固化剂继续搅拌至均匀，得吸波腻子。
5.如权利要求4所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S101中，所述磁损型吸收剂添加量为所述环氧树脂和固化剂总质量的16％～39％；所述空心玻璃微珠添加量为所述环氧树脂和固化剂总质量的15％～35％。
6.如权利要求3所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，所述结构胶膜包括环氧树脂胶膜或者氰酸酯树脂胶膜。
7.如权利要求3所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，所述预浸料包括玻璃纤维布/环氧树脂预浸料、石英纤维布/环氧树脂预浸料和石英纤维布/氰酸酯树脂预浸料中的一种。
8.如权利要求3所述的改善斜入射吸波性能的蜂窝夹层吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，所述铺设的预浸料、结构胶膜经固化成型后的第一蒙皮和第二蒙皮的厚度均控制在0.2mm～1mm。
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