CN113942286A - 一种改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料及其制备方法，所述改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料包括自上向下依次层叠设置的聚脲吸波涂层、第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮。本发明提供的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料在具有耐撞击功能的基础上实现了L、S、C、X、Ku、Ka多个频段的宽频段强吸波功能，电性能达到GJB1411A‑2015《地地导弹武器装备系统伪装要求》规定的雷达隐身一级指标，耐撞击性达到GJB2093A‑2012《军用方舱通用试验方法》5.1节－夹芯板耐撞击性指标，完全能够同时满足宽频段强吸波需求和易受物理撞击的应用工况条件，可显著拓宽结构吸波材料工程应用领域。
Description
技术领域
本发明属于结构吸波材料技术领域，尤其涉及一种改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构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，结构吸波材料凭借轻质高强、高效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。
依据电磁波的传输特性和多层吸波材料的阻抗匹配设计原理，为使材料具备优异的宽频段强吸波的电性能，尤其是在L、S、C、X、Ku频段强吸收的同时兼顾毫米波Ka频段的强吸收，结构吸波材料的蒙皮须采用低介电损耗的玻璃钢且厚度一般不能超过0.5mm，而蒙皮厚度小于等于0.5mm时其不能对吸波芯材起到较好的保护作用，吸波材料耐受恶劣环境性尤其是密封性差，蒙皮厚度小于3mm时吸波材料不能满足在工程中普遍存在的撞击工况的应用要求。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料及其制备方法，主要解决结构吸波材料在L、S、C、X、Ku、Ka频段宽频段强吸波与耐受恶劣环境和撞击工况对蒙皮厚度具有不同要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料，所述改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料包括：
结构吸波材料，由自上向下依次层叠设置的第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮组成；以及，
聚脲吸波涂层，设于所述结构吸波材料的第一玻璃钢蒙皮的外侧。
可选地，所述吸波芯材面层的材质包括吸波芳纶蜂窝芯或者硬质吸波泡沫，所述吸波芯材底层的材质包括吸波芳纶蜂窝芯或者硬质吸波泡沫。
可选地，所述吸波芯材面层的厚度为5mm～15mm，吸波芯材底层的厚度为5mm～15mm，所述吸波芯材面层和所述吸波芯材底层的厚度之和不小于20mm。
可选地，所述第一玻璃钢蒙皮、第二玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层的厚度均为0.5mm～2mm。
可选地，所述聚脲吸波涂层厚度为1mm～2mm。
本发明还提供一种如上所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、提供基材，所述基材包括由自上向下依次层叠设置的第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮，各层间涂抹胶黏剂，模压固化制得；
S20、提供聚脲吸波涂料；
S30、在所述基材的第一玻璃钢蒙皮的外侧喷涂所述聚脲吸波涂料，固化后制得所述改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料。
可选地，步骤S10包括：
提供第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮；
在所述第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮间涂抹胶黏剂，模压固化得到结构吸波材料基材。
可选地，步骤S20包括：
双组份聚脲弹性体包括聚脲树脂和固化剂，在聚脲树脂中添加碳系吸收剂，搅拌均匀后，添加固化剂，继续搅拌均匀制得所述聚脲吸波涂料。
可选地，在步骤S10中，所述胶黏剂包括聚脲胶黏剂、环氧胶黏剂和聚氨酯胶黏剂中的至少一种。
可选地，在步骤S20中，所述碳系吸收剂包括炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石中的至少一种，所述碳系吸收剂的添加量为所述聚脲树脂和所述固化剂总质量的0.2％～3％。
本发明提供的技术方案中，在具有透波功能的第一玻璃钢面蒙皮上喷涂聚脲吸波涂层，改变结构吸波材料上层部分阻抗匹配，显著降低Ka频段电磁波对玻璃钢蒙皮厚度的敏感性，实现结构吸波材料在具有耐撞击功能的基础上实现了L、S、C、X、Ku、Ka多个频段的宽频段强吸波功能，电性能达到GJB1411A-2015《地地导弹武器装备系统伪装要求》规定的雷达隐身一级指标，耐撞击性达到GJB2093A-2012《军用方舱通用试验方法》5.1节－夹芯板耐撞击性指标，完全能够同时满足宽频段强吸波需求和易受物理撞击的应用工况条件，可显著拓宽结构吸波材料工程应用领域。本发明提供的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法简单、稳定可控，适合工业化生产。
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Ka频段吸波性能的耐撞击结构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Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法的一实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的对比例1制备的结构吸波材料a1和实施例1制备的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料b1的平板反射率曲线对比图。
附图标号说明：
1-第一玻璃钢蒙皮，2-聚脲吸波涂层，3-吸波芯材面层，4-吸波芯材底层，5-玻璃钢中间层，6-第二玻璃钢蒙皮。
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。
依据电磁波的传输特性和多层吸波材料的阻抗匹配设计原理，为使材料具备优异的宽频段强吸波的电性能，尤其是在L、S、C、X、Ku频段强吸收的同时兼顾毫米波Ka频段的强吸收，结构吸波材料的蒙皮须采用低介电损耗的玻璃钢且厚度一般不能超过0.5mm，而蒙皮厚度小于等于0.5mm时其不能对吸波芯材起到较好的保护作用，吸波材料耐受恶劣环境性尤其是密封性差，蒙皮厚度小于3mm时吸波材料不能满足在工程中普遍存在的撞击工况的应用要求。因此，结构吸波材料L、S、C、X、Ku、Ka宽频段强吸波与耐受恶劣环境和撞击工况对蒙皮厚度具有不同要求的技术问题亟待解决。
鉴于此，本发明提供一种耐撞击性结构吸波材料及其制备方法，实现L、S、C、X、Ku、Ka宽频段强吸波，耐受恶劣环境和耐撞击多功能兼容，请参阅图1和图2，为本发明的一实施例。
请参阅图1，在本实施例中，所述改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料包括由自上向下依次层叠设置的聚脲吸波涂层、第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮；
第一玻璃钢蒙皮具有透波功能，同时能够提高结构吸波材料的强度和刚性，在所述第一玻璃钢蒙皮上设置聚脲吸波涂层，能够优化所述结构吸波材料上层部分的阻抗匹配，显著降低Ka频段电磁波对第一玻璃钢蒙皮厚度的敏感性。这种结构设计使得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料在具有耐撞击功能的基础上实现了L、S、C、X、Ku、Ka多个频段的宽频段强吸波功能，电性能达到GJB1411A-2015《地地导弹武器装备系统伪装要求》规定的雷达隐身一级指标，耐撞击性达到GJB2093A-2012《军用方舱通用试验方法》5.1节－夹芯板耐撞击性指标，完全能够同时满足宽频段强吸波需求和易受物理撞击的应用工况条件，可显著拓宽结构吸波材料工程应用领域。本发明提供的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法简单、稳定可控，适合工业化生产。
具体地，在本实施例中，所述结构吸波材料包括自上向下依次叠设的吸波芯材面层3和吸波芯材底层4，所述吸波芯材面层3的材质包括吸波芳纶蜂窝芯或者硬质吸波泡沫，所述吸波芯材底层4的材质包括吸波芳纶蜂窝芯或者硬质吸波泡沫。
所述吸波芯材面层3和所述吸波芯材底层4可以均是吸波芳纶蜂窝芯材质或者均是硬质吸波泡沫，也可以是所述吸波芯材面层3和所述吸波芯材底层4中的其中一个为所述吸波芳纶窝芯，另一个硬质吸波泡沫。
请参阅图1，在本实施例中，所述吸波芯材面层3的厚度为5mm～15mm，吸波芯材底层4的厚度为5mm～15mm，所述吸波芯材面层3和所述吸波芯材底层4的厚度之和不小于20mm；
具体地，在本实施例中，所述第一玻璃钢蒙皮、第二玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层的厚度均为0.5mm～2mm。
具体地，在本实施例中，所述聚脲吸波涂层2厚度为1mm～2mm。
请参阅图2，本发明还提供一种如上述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S10、提供基材，所述基材由自上向下依次层叠设置的第一玻璃钢蒙皮1、吸波芯材面层3、玻璃钢中间层5、吸波芯材底层4和第二玻璃钢蒙皮6，各层间涂抹胶黏剂，模压固化制得；
步骤S10包括：
提供第一玻璃钢蒙皮1、吸波芯材面层3、玻璃钢中间层5、吸波芯材底层4和第二玻璃钢蒙皮6；
在所述第一玻璃钢蒙皮1、吸波芯材面层3、玻璃钢中间层5、吸波芯材底层4和第二玻璃钢蒙皮6间涂抹胶黏剂，模压固化得到结构吸波材料基材。
S20、提供聚脲吸波涂料；
步骤S20包括：
双组份聚脲弹性体包括聚脲树脂和固化剂，在聚脲树脂中添加碳系吸收剂，搅拌均匀后，添加固化剂，继续搅拌均匀制得聚脲吸波涂料。
S30、在所述基材的第一玻璃钢蒙皮1的外侧喷涂所述聚脲吸波涂料，固化后制得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料。
具体地，在步骤S10中，所述胶黏剂包括聚脲胶黏剂、环氧胶黏剂和聚氨酯胶黏剂中的至少一种。
具体地，在步骤S20中，所述碳系吸收剂包括炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石中的至少一种，所述碳系吸收剂的添加量为所述聚脲树脂和所述固化剂总质量的0.2％～3％。
为了使本发明提供的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料及其制备方法对改善Ka频段吸波性能和耐撞击性效果更为直观，下面结合具体实施例进行说明：
实施例1
(1)提供0.5mm厚的第一玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层、第二玻璃钢蒙皮，10mm厚吸波芳纶蜂窝芯面层和10mm厚吸波芳纶蜂窝芯底层；
(2)在0.5mm厚第一玻璃钢蒙皮、10mm厚吸波芳纶蜂窝芯面层、0.5mm厚玻璃钢中间层、10mm厚吸波芳纶蜂窝芯底层和0.5mm厚第二玻璃钢蒙皮间刮涂环氧胶黏剂，模压固化(压力0.3MPa，温度为60℃，保温4h)制得结构吸波材料。
(3)在聚脲树脂中添加占聚脲树脂和固化剂总质量的1wt％的乙炔炭黑，搅拌均匀后添加固化剂继续搅拌均匀制得聚脲吸波涂料。
(4)在结构吸波材料的第一玻璃钢蒙皮上喷涂1mm厚的聚脲吸波涂层，固化后制得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料b1。
对比例1
未喷涂1mm厚的聚脲吸波涂层，其他步骤与实施例1相同，得到结构吸波材料试板a1。
上述试板a1、b1平板反射率和耐撞击性实测值与GJB1411A-2015和GJB2093A-2012要求的技术指标对比情况一览表见下表1。
表1实施例1试板、对比例1试板实测值与国军标技术指标对比情况
由图3和表1可知，未喷涂1mm厚聚脲吸波涂层的结构吸波材料a1的L、S、C、X、Ku频段平板反射率平均值达到GJB1411A-2015规定的雷达隐身一级指标，但Ka频段平板反射率平均值仅-14.1dB，未达到雷达隐身一级指标，撞击试验试板被击穿，耐撞击性差，未达到GJB2093A-2012：5.1节－夹芯板耐撞击性指标。
喷涂1mm厚聚脲吸波涂层后的试板b1的L、S、C、X、Ku、Ka频段平板反射率平均值均优于雷达隐身一级指标，且耐撞击性优异，优于GJB2093A-20125.1节－夹芯板耐撞击性指标。
实施例2
(1)提供1mm厚的第一玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层、第二玻璃钢蒙皮，8mm厚硬质吸波泡沫面层和12mm厚硬质吸波泡沫底层；
(2)在1mm厚第一玻璃钢蒙皮、8mm厚硬质吸波泡沫面层、1mm厚玻璃钢中间层、12mm厚硬质吸波泡沫底层和1mm厚第二玻璃钢蒙皮间刮涂环氧胶黏剂，模压固化(压力0.3MPa，温度为60℃，保温4h)制得结构吸波材料。
(3)在聚脲树脂中添加占聚脲树脂和固化剂总质量的0.8wt％的短切碳纤维，搅拌均匀后添加固化剂继续搅拌均匀制得聚脲吸波涂料。
(4)在结构吸波材料的第一玻璃钢蒙皮上喷涂1.5mm厚的聚脲吸波涂层，固化后制得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料b2。
对比例2
未喷涂1.5mm厚的聚脲吸波涂层，其他步骤与实施例2相同，得到结构吸波材料试板a2。
表2实施例2试板、对比例2试板实测值与国军标技术指标对比情况
由表2可知，未喷涂1.5mm厚聚脲吸波涂层的结构吸波材料a2的L、S、C、X、Ku频段平板反射率平均值达到GJB1411A-2015规定的雷达隐身一级指标，但Ka频段平板反射率平均值仅-12.2dB，未达到雷达隐身一级指标，撞击试验试板被击穿，耐撞击性差，未达到GJB2093A-2012：5.1节－夹芯板耐撞击性指标。
喷涂1.5mm厚聚脲吸波涂层后的试板b2的L、S、C、X、Ku、Ka频段平板反射率平均值均优于雷达隐身一级指标，且耐撞击性优异，优于GJB2093A-20125.1节－夹芯板耐撞击性指标。
实施例3
(1)提供1.2mm厚的第一玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层、第二玻璃钢蒙皮，8mm厚吸波芳纶蜂窝芯面层和15mm厚吸波芳纶蜂窝芯底层；
(2)在1.2mm厚第一玻璃钢蒙皮、8mm厚吸波芳纶蜂窝芯面层、1.2mm厚玻璃钢中间层、15mm厚吸波芳纶蜂窝芯底层和1.2mm厚第二玻璃钢蒙皮间刮涂聚氨酯胶黏剂，模压固化(压力0.3MPa，温度为50℃，保温4h)制得结构吸波材料。
(3)在聚脲树脂中添加占聚脲树脂和固化剂总质量的1.5wt％的乙炔炭黑和短切碳纤维，搅拌均匀后添加固化剂继续搅拌均匀制得聚脲吸波涂料。
(4)在结构吸波材料的第一玻璃钢蒙皮上喷涂1.2mm厚的聚脲吸波涂层，固化后制得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料。
实施例4
(1)提供2mm厚的第一玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层、第二玻璃钢蒙皮，15mm厚吸波芳纶蜂窝芯面层和15mm厚吸波芳纶蜂窝芯底层；
(2)在2mm厚第一玻璃钢蒙皮、15mm厚吸波芳纶蜂窝芯面层、2mm厚玻璃钢中间层、15mm厚吸波芳纶蜂窝芯底层和2mm厚第二玻璃钢蒙皮间刮涂聚脲胶黏剂，模压固化(压力0.3MPa，温度为40℃，保温6h)制得结构吸波材料。
(3)在聚脲树脂中添加占聚脲树脂和固化剂总质量的0.9wt％的石墨烯和碳纳米管，搅拌均匀后添加固化剂继续搅拌均匀制得聚脲吸波涂料。
(4)在结构吸波材料的第一玻璃钢蒙皮上喷涂2mm厚的聚脲吸波涂层，固化后制得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料。
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 (10)
1.一种改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料，其特征在于，所述改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料包括：
结构吸波材料，由自上向下依次层叠设置的第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮；以及，
聚脲吸波涂层，设于所述结构吸波材料的第一玻璃钢蒙皮的外侧。
2.如权利要求1所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料，其特征在于，所述吸波芯材面层的材质包括吸波芳纶蜂窝芯或者硬质吸波泡沫，所述吸波芯材底层的材质包括吸波芳纶蜂窝芯或者硬质吸波泡沫。
3.如权利要求1所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料，其特征在于，所述吸波芯材面层的厚度为5mm～15mm，吸波芯材底层的厚度为5mm～15mm，所述吸波芯材面层和所述吸波芯材底层的厚度之和不小于20mm。
4.如权利要求1所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料，其特征在于，所述第一玻璃钢蒙皮、第二玻璃钢蒙皮、玻璃钢中间层的厚度均为0.5mm～2mm。
5.如权利要求1所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料，其特征在于，所述聚脲吸波涂层厚度为1mm～2mm。
6.一种如权利要求1至5任意一项所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、提供基材，所述基材包括自上向下依次层叠设置的第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮，各层间涂抹胶黏剂，模压固化制得；
S20、提供聚脲吸波涂料；
S30、在所述基材的第一玻璃钢蒙皮的外侧喷涂所述聚脲吸波涂料，固化后制得改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料。
7.如权利要求6所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤S10包括：
提供第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮；
在所述第一玻璃钢蒙皮、吸波芯材面层、玻璃钢中间层、吸波芯材底层和第二玻璃钢蒙皮间涂抹胶黏剂，模压固化得到结构吸波材料基材。
8.如权利要求6所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤S20包括：
双组份聚脲弹性体包括聚脲树脂和固化剂，在聚脲树脂中添加碳系吸收剂，搅拌均匀后，添加固化剂，继续搅拌均匀制得所述聚脲吸波涂料。
9.如权利要求7所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，所述胶黏剂包括聚脲胶黏剂、环氧胶黏剂和聚氨酯胶黏剂中的至少一种。
10.如权利要求8所述的改善Ka频段吸波性能的耐撞击结构吸波材料的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，所述碳系吸收剂包括炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石中的至少一种，所述碳系吸收剂的添加量为所述聚脲树脂和所述固化剂总质量的0.2％～3％。
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