CN113978064A - 一种混杂结构吸波复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混杂结构吸波复合材料及其制备方法，属于材料技术领域，本混杂结构吸波复合材料包括层叠的多层纤维混杂层，纤维混杂层之间由树脂粘接；每层纤维混杂层由介电纤维和导电纤维混杂编织组成。通过将介电纤维和导电纤维进行混杂编织，得到多个纤维混杂层；用树脂涂覆在全部纤维混杂层上，自然晾干；将晾干后的纤维混杂层进行层叠，经过固化，得到本混杂结构吸波复合材料。本发明在保持复合材料结构承载力学性能的同时，实现设计频段的强吸收功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种混杂结构吸波复合材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
结构吸波复合材料不仅具有复合材料固有的高比刚度、高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。以复合材料编织结构作为吸波结构的结构隐身复合材料具有吸波性能可设计性强，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。同时，以复合材料编织结构作为吸波结构的结构隐身复合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，有利于结构功能一体化的整体实现。
在吸波材料的现有制备技术中，专利CN109664566A公开了一种轻质宽频带多层结构吸波复合材料及其制备方法，专利CN101899221A公开了一种发泡型电磁吸波复合材料及其制备方法，二者公开了制备多层泡沫型吸波材料，无法用于制备树脂基结构吸波材料。专利CN109306626A公开了一种具有良好介电性能和导电性能的双层涂层的玻璃纤维毡复合材料的制备方法，专利CN112312754A公开了一种结构复合吸波材料及其制备方法，以及专利CN110920158A公开了一种树脂柱增强宽频吸波承载复合材料及其制备方法，这三者主要的技术手段是在树脂中掺混吸收剂后涂覆在纤维布上，未采用空间混编结构吸波层。专利CN103171173A公开了一种碳纤维电磁吸波材料及其制备方法，其涉及的是导电介质平面周期结构，没有涉及空间交叉混杂技术。以上现有技术都难以在保持复合材料结构承载力学性能的同时，实现设计频段的强吸收功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混杂结构吸波复合材料及其制备方法，在保持复合材料结构承载力学性能的同时，实现设计频段的强吸收功能。在技术方案上，根据吸波材料的组成设计原理，一般是将导电损耗介质混杂到介电基体中，使之形成导电网络，导电网络将入射的电磁波转换为热能，从而达到损耗入射电磁波的效果。根据纤维增强树脂基结构复合材料的组成，本方案选择了具有良好导电性的导电纤维作为损耗介质(碳纤维、石墨烯纤维及金属纤维等)，选择玻璃纤维、石英纤维等具有介电特性的纤维作为基体，然后将导电纤维按设计的电结构与基体介电纤维混杂，使之形成导空间导电网络，从而达到衰减电磁波的效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种混杂结构吸波复合材料，包括层叠的多层纤维混杂层，纤维混杂层之间由树脂粘接；每层纤维混杂层由介电纤维和导电纤维混杂编织组成。
进一步地，介电纤维为玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维等具有介电特性的纤维中的一种或几种。
进一步地，介电纤维占复合材料体积比范围为18％～65％。
进一步地，导电纤维为碳纤维、石墨烯纤维及金属纤维等具有导电特性的纤维中的一种或几种。
进一步地，导电纤维占复合材料体积比范围为5％～12％。
进一步地，混杂编织的方式包括导电纤维与介电纤维的螺旋式样混杂、导电纤维与介电纤维的辫子式样交叉混杂、导电纤维与介电纤维的十字交叉混杂等混杂方式中的一种或几种。
进一步地，树脂为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺中的一种或几种。
进一步地，树脂占复合材料体积比范围为30％～70％。
进一步地，在层叠的多层纤维混杂层的最外层表面铺设粘接一层或多层低介电纤维布。
一种混杂结构吸波复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将介电纤维和导电纤维进行混杂编织，得到多个纤维混杂层；
用树脂涂覆在全部纤维混杂层上，自然晾干；
将晾干后的纤维混杂层进行层叠，经过固化，得到本混杂结构吸波复合材料。
本发明提供的一种混杂结构吸波复合材料，具有吸波性能，混杂编织方式和层叠的铺层方式均可设计和控制，可设计性强，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。同时，以复合材料编织结构作为吸波结构的结构隐身复合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，有利于结构功能一体化的整体实现。
附图说明
图1是一种混杂结构吸波复合材料结构示意图。
图2是导电纤维与介电纤维的螺旋式样混杂编织示意图。
图3是一种混杂结构吸波复合材料反射率曲线图。
图4是一种未采用混杂结构的吸波复合材料反射率曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
本发明公开了一种混杂结构吸波复合材料，包括层叠的多层纤维混杂层，纤维混杂层之间由树脂粘接；每层纤维混杂层由介电纤维和导电纤维混杂编织组成。介电纤维可以采用玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维等具有介电特性的纤维中的一种或几种。介电纤维占复合材料体积比范围为18％～65％(可以为该范围内的任意数值，例如18％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％)。导电纤维可以采用碳纤维、石墨烯纤维及金属纤维等具有导电特性的纤维中的一种或几种。导电纤维占复合材料体积比范围为5％～12％(可以为该范围内的任意数值，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％)。混杂编织的方式为导电纤维与介电纤维的螺旋式样混杂、导电纤维与介电纤维的辫子式样交叉混杂、导电纤维与介电纤维的十字交叉混杂等混杂方式中的一种或几种。树脂可以采用环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺中的一种或几种。树脂占复合材料体积比范围为30％～70％(可以为该范围内的任意数值，例如30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％)。在层叠的多层纤维混杂层的最外层表面铺设粘接一层或多层低介电纤维布。
本混杂结构吸波复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将介电纤维和导电纤维进行混杂编织，得到多个纤维混杂层；
(2)用树脂涂覆在全部纤维混杂层上，自然晾干；
(3)将晾干后的纤维混杂层进行层叠，经过固化，得到本混杂结构吸波复合材料。
以下为列举的实施例：
实施例1
步骤1：选取EC11-500玻璃纤维1卷。
步骤2：选取T700碳纤维1卷。
步骤3：选取3068环氧树脂1桶。
步骤4：将选取的T700碳纤维(占整个复合材料体积比范围为5％)与EC11-500玻璃纤维(占整个复合材料体积比范围为18％)进行螺旋结构混杂编织(见图2)，编织螺距为15mm的1层(1#)，编织螺距为20mm的1层(2#)，编织螺距为25mm的1层(3#)，共编制3层。
步骤5：将步骤3所选的树脂按相对于整个复合材料的体积比30％涂覆在步骤4获得的纤维混杂层上，自然晾干，将3层混杂纤维层剪裁成长宽尺寸为180mm*180mm的样品。
步骤6：将步骤5所得的纤维混杂层按1#+2#+3#的铺层顺序组合，可选地在最外层铺设一层或多层低介电纤维布。
步骤7：将步骤6所得铺层组合放入模具，在130℃下固化2h，得到混杂结构吸波复合材料。
对得到的混杂结构吸波复合材料进行反射率测试，得到的反射率曲线如图3所示，可见反射效果良好。
实施例2
步骤1：选取EC11-500玻璃纤维1卷。
步骤2：选取T700碳纤维1卷。
步骤3：选取3068环氧树脂1桶。
步骤4：将选取的T700碳纤维(占整个复合材料体积比范围为8％)与EC11-500玻璃纤维(占整个复合材料体积比范围为40％)进行螺旋结构混杂编织，编织螺距为5mm的1层(1#)，编织螺距为10mm的1层(2#)，编织螺距为15mm的1层(3#)，编织螺距为20mm的1层(4#)，编织螺距为25mm的1层(5#)，编织螺距为30mm的1层(6#)，共编制6层。
步骤5：将步骤3所选的树脂按相对于整个复合材料的体积比50％涂覆在步骤4获得的纤维混杂层上，自然晾干，将5层混杂纤维层剪裁成长宽尺寸为180mm*180mm的样品。
步骤6：将步骤5所得的纤维混杂层按1#+2#+3#+4#+5#+6#的铺层顺序组合。
步骤7：将步骤6所得铺层组合放入模具，在130℃下固化2h，得到混杂结构吸波复合材料。
实施例3
步骤1：选取EC11-500玻璃纤维1卷。
步骤2：选取T700碳纤维1卷。
步骤3：选取3068环氧树脂1桶。
步骤4：将选取的T700碳纤维(占整个复合材料体积比范围为12％)与EC11-500玻璃纤维(占整个复合材料体积比范围为65％)进行螺旋结构混杂编织，编织螺距为5mm的1层(1#)，编织螺距为10mm的1层(2#)，编织螺距为15mm的1层(3#)，编织螺距为20mm的1层(4#)，编织螺距为25mm的1层(5#)，编织螺距为30mm的1层(6#)，共编制6层。
步骤5：将步骤3所选的树脂按相对于整个复合材料的体积比70％涂覆在步骤4获得的纤维混杂层上，自然晾干，将5层混杂纤维层剪裁成长宽尺寸为180mm*180mm的样品。
步骤6：将步骤5所得的纤维混杂层按1#+2#+3#+4#+5#+6#的铺层顺序组合。
步骤7：将步骤6所得铺层组合放入模具，在130℃下固化2h，得到混杂结构吸波复合材料。
本发明实施例制备的吸波材料与未混编的吸波材料结构相比，材料吸波频带和吸收强度均获得显著提高(材料反射率性能见图3和图4所示)，吸收强度小于-5dB的吸收带宽从6-18GHz拓展到了2-18GHz，6-18GHz中高频带内吸收强度均值从-6.5dB增强到-12.3dB，2-5GHz中低频带内吸收强度均值从-0.5dB增强到-6.2dB，材料在保持材料力学承载强度的同时获得了吸波性能的大幅提升。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。
Claims (10)
1.一种混杂结构吸波复合材料，其特征在于，包括层叠的多层纤维混杂层，纤维混杂层之间由树脂粘接；每层纤维混杂层由介电纤维和导电纤维混杂编织组成。
2.如权利要求1所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，介电纤维为玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或几种。
3.如权利要求1或2所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，介电纤维占复合材料体积比为18％～65％。
4.如权利要求1所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，导电纤维为碳纤维、石墨烯纤维及金属纤维中的一种或几种。
5.如权利要求1或4所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，导电纤维占复合材料体积比为5％～12％。
6.如权利要求1所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，混杂编织的方式包括导电纤维与介电纤维的螺旋式样混杂、导电纤维与介电纤维的辫子式样交叉混杂、导电纤维与介电纤维的十字交叉混杂中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，树脂为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺中的一种或几种。
8.如权利要求1或7所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，树脂占复合材料体积比为30％～70％。
9.如权利要求1所述的混杂结构吸波复合材料，其特征在于，在层叠的多层纤维混杂层的最外层表面铺设粘接一层或多层低介电纤维布。
10.一种混杂结构吸波复合材料的制备方法，用于制备权利要求1-9任一项所述的混杂结构吸波复合材料，包括以下步骤：
将介电纤维和导电纤维进行混杂编织，得到多个纤维混杂层；
用树脂涂覆在全部纤维混杂层上，自然晾干；
将晾干后的纤维混杂层进行层叠，经过固化，得到本混杂结构吸波复合材料。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114851654A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-05 | 中北大学 | 一种基于短切纤维混杂毡的集成抗高速冲击和吸波功能的纤维树脂超材料及其制备 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112876273A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-01 | 中南大学 | 一种耐高温吸波结构一体化陶瓷基复合材料及其制备方法 |
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2021
- 2021-09-18 CN CN202111110005.6A patent/CN113978064A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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