CN115230262B - 一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门及其制备方法。该仿形门包括门扇、门框和伪装层，所述门扇和门框均设置透波材料层、吸波材料层和反射材料层，采用透波材料层和吸波材料层的多层级交叠设计，强化了对宽频波的吸收能力。该仿形门整体采用无钢式结构，不仅大幅降低整体质量，还有效降低了仿形门的红外特征。本发明还提供了上述仿形门的制备方法，采用一体式成型工艺，大幅简化工艺流程，且反应条件温和，无二次污染。该仿形门基于上述各组件间的协同作用，实现了可见光、红外和雷达等多频谱综合隐身功能，且满足军事单位伪装的机动性和全面性，在军事伪装领域有着广泛的应用前景。

Description

一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种伪装仿形门，具体涉及一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门及其制备方法，属于工程和设备伪装领域。

背景技术

科技的迅猛发展，武器装备种类呈现多样化，在战场上可能同时受到来自雷达、热红外、可见光及近红外等多频谱、多波段侦察仪器的探测，多种侦察手段的综合运用，因此单一频段的隐身材料将很难获得进一步的实际应用。大多数国家和地区进行军事行动中都会对设备和重要工程进行伪装，为满足国防安全的需要，为了避免被敌人发现，还必须考虑可见光、红外、雷达等综合隐身，确保设备和重要工程安全。目前伪装门主要是外形仿背景，主要靠表面形状散射雷达波，对低频吸波很差或者整体厚度偏厚、偏重，红外效果只能依靠红外涂料，不能长时间维持，可见光、红外、雷达等综合隐身不能起到很好的效果，此外，现阶段仿形门由于材料限制，整体质量偏重，无法满足快速的安装和拆卸，不满足机动化需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门，该仿形门整体采用高分子复合材料，不含金属部件，不仅降低了仿形门整体质量，还有效解决了仿形门的红外特征，进一步的，该仿形门还采用多层级交叠布置透波材料层和吸波材料层，强化了宽频波的吸收能力。该仿形门通过各组件间的协同作用，实现了可见光、红外和雷达等多频谱综合隐身功能。可以用于军事单位的快速伪装，基于该仿形门整体无钢设计，大幅降低仿形门的重量，便于变速安装和拆卸，此外，该仿形门的多频谱隐身功能也能有效保证军事单位在检测区域的隐身效果。

本发明的第二个目的在于提供一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门的制备方法，采用一体式成型工艺分别制备门扇和门框，最后再进行组装和伪装层覆盖，该方法工艺简单，条件温和，成本低廉，无需高温高压环境，无二次污染，便于大规模工业化生产。

为了实现上述目的，本发明提供了一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门，包括门扇、FPR门框和伪装层；所述门扇置于FPR门框内部，所述伪装层覆盖在门扇和FPR门框表面；所述门扇由树脂基体及功能材料I组成；所述功能材料I由多层透波材料层与多层吸波材料层叠加组成的复合层和反射材料层构成；所述FPR门框由树脂基体及功能材料II组成；所述功能材料II由多层透波材料层与多层吸波材料层交叠组成的复合层和反射材料层构成。

本发明基于各组件间的协同作用，采用透波材料层与多层吸波材料层叠加的设计方式，在保证仿形门力学强度的同时，还大幅提高仿形门的隐身性能，电磁波在通过透波材料层进入吸波板后，每一层级的透波材料层和吸波材料层均可将波信号降低一个梯度，通过多层级吸波板的电损耗和磁损耗，可实现波信号的有效屏蔽。值得注意的是，由于多层级交叉结构，对于不同频率和波段的信号，可在不同深度和位置上的透波板和吸波板上进行信号衰减，基于此，该仿形门实现了的多波段的宽频伪装的技术效果。结合相变微胶囊的吸热/放热效应，起到很好的红外伪装效果，再结合仿形门外表面伪装层，起到可见光伪装效果，整合以上效果，达到多频谱伪装。

作为一项优选的方案，所述功能材料I中复合层由15～30层透波材料层和4～8层吸波材料层交叠组成，吸波材料层与透波材料层随机交叠，且任意两层吸波材料层之间至少包含一层透波材料层。

作为一项优选的方案，所述功能材料II中复合层由80～150层透波材料层和7～11层吸波材料层交叠组成，吸波材料层与透波材料层随机交叠，且任意两层吸波材料层之间至少包含一层透波材料层。

透波材料层和吸波材料层的层数要结合雷达频率、门扇和门框厚度共同决定的，透波材料层不仅可以匹配电磁波，还可以为仿形门提供一定的力学强度，因此，所述功能材料II所需的透波材料层层数要多于功能材料I。

本发明所提供的仿形门为更好的模仿周边自然环境，特将门扇表面设置为3D起伏状，所述门扇吸波板的起伏厚度为5～40mm。

作为一项优选的方案，所述FPR门框厚度为15～30mm。进一步优选，所述FPR门框厚度为20mm。

作为一项优选的方案，所述伪装层为仿形涂层、可见光涂层和红外涂层中的至少一种，所述伪装层的厚度为0.04～0.1mm。伪装层的厚度要严格按照上述要求实施，伪装层厚度过厚会造成雷达波反射，电磁波不能有效进入涂层内部被消耗；伪造层过薄则会造成填料偏少，达不到降低发射率的要求，降低红外隐身效果。

作为一项优选的方案，所述透波材料层包括芳纶纤维织物、S玻璃纤维织物和E玻璃纤维织物中的至少一种；所述透波材料层厚度为1mm～8mm。

作为一项优选的方案，所述吸波材料层包括镀铁磁性纤维织物、镀镍磁性纤维织物和镀钴磁性纤维织物中的至少一种；所述吸波材料层厚度为0.05～0.5mm。

透波材料层主要的主要目的在于匹配电磁波，使电磁波更好的进入交叉式透波材料层和吸波材料层的仿形门吸波板，采用高强玻璃纤维织物不仅可以有效匹配多频谱电磁波，还具有一定的支撑强度，可与吸波材料层组合一体，模仿背景起伏，增强门板力学强度强度，而采用磁性纤维织物综作为吸波板则是将电损耗和磁损耗综合实施，与透波材料层可以起到更好的协同吸波效果。

作为一项优选的方案，所述反射材料层为碳纤维复合材料；所述反射材料层的厚度为0.2～2mm。

作为一项优选的方案，所述树脂基体包含阻燃性树脂和相变材料。

作为一项优选的方案，所述阻燃性树脂为乙烯基树脂和/或阻燃环氧树脂。

所述相变材料为相变温度为5～50℃，储能为160～280J/g的相变微胶囊。相变微胶囊用于吸收和释放太阳辐射的热量，保持仿形门温度与周围背景一致，伪装后目标与背景的辐射温差12小时维持在±4℃以内，有效降低目标的红外特征。

本发明还提供了一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门的制备方法，包括以下步骤：

1)将透波材料层、吸波材料层和反射材料层铺层后，加入树脂原料混合均匀，再依次经过模具预成型和固化成型，得到门扇；

2)将透波材料层、吸波材料层和反射材料层在树脂原料中浸渍后，铺层，再依次经过模具预成型和固化成型，得到FPR门框；

3)将门扇通过粘接和/或铆接嵌套至FPR门框内，并覆盖伪装层，即得。

本发明采用一体式成型工艺，其主要目的在于大幅减少部件数量，大幅简化工艺流程，有效减少或完全消除异种材料连接所造成的空隙，此外，门扇和门框各为一个整体，牢固可靠，装卸简单，整体稳定性好，满足快速化机动化要求。

作为一项优选的方案，所述树脂原料包括阻燃型树脂、相变材料和颜料；其中，阻燃性树脂、相变材料和颜料的质量比为80～120：0.4～2.0：0.08～0.12。相变材料要严格按照上述比例执行，相变材料添加过低会影响吸热、储热效果，无法有效规避热辐射；相变材料添加过多又会影响仿形门的整体力学强度。

作为一项优选的方案，所述门扇的固化成型条件为：温度80～110℃，时间100～200min。

作为一项优选的方案，所述门框的固化成型条件为：温度110～130℃，时间100～200min。

进一步的，本发明还提供了一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门的详细制备方法：1)门扇一体成型的制备

将高强玻璃纤维织物、磁性纤维织物、碳纤维织物按设计方案铺层，然后加入按设计比例配取的阻燃型树脂、相变材料和颜料并搅拌均匀，通过模具真空灌注或注塑成型，于80℃～120℃，固化100min～200min；

2)FPR门框的制备

将浸渍高强玻璃纤维织物，磁性纤维织物和碳纤维织物浸渍于按设计比例配取的阻燃型树脂、相变材料和颜料混合液中，然后在牵引装置下，通过拉挤在模具中预成型，并经加热110℃～130℃，固化100min～200min成型；

3)组合

通过粘接、铆接方式将FPR门框和门扇固定在一起，最后根据周边背景进行整体喷涂厚度为0.04～0.1mm光学/红外隐身迷彩涂料，完全达到与背景融合。

相对于现有技术，本发明的有益技术效果如下：

1)本发明所提供的伪装仿形门基于各组件间的协同作用，实现了可见光、红外和雷达等多频谱综合隐身功能，该仿形门整体采用高分子复合材料，不含金属部件，不仅大幅降低了仿形门整体质量，还有效解决了仿形门的红外特征，此外，该仿形门还通过多层级交叠布置透波材料层和吸波材料层的设计，进一步强化了对宽频波的吸收能力。

2)本发明所提供的技术方案中，采用一体式成型工艺分别制备门扇和门框，再进行组装和伪装层覆盖，该方法工艺简单，条件温和，成本低廉，无需高温高压环境，无二次污染，便于大规模工业化生产。

3)本发明所提供的技术方案中，，基于该仿形门整体无钢设计，可实现对军事单位的快速伪装，此外，该仿形门的多频谱隐身功能也能有效保证军事单位在检测区域的隐身效果，经测试，采用本发明所提供的伪装仿形门伪装单位后，该单位与相邻背景色差小于2L*a*b*；伪装后目标与背景的辐射温差12小时维持在±4℃以内，门板雷达伪装1GHz～40GHz，反射率均值≤-20dB；8GHz～18GHz，反射率均值≤-20dB；26.5GHz～40GHz，反射率均值≤-30dB。

附图说明

图1为实施例1中高强玻璃纤维织物、磁性纤维织物和碳纤维织物的层结构示意图。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合以下实施例对本发明作进一步详细描述。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。在以下实施例中：迷彩涂料购买于上海戎科特种装备有限公司。

实施例1：

一种上述本实施例的结构功能一体全复合材料宽频吸波、多频谱伪装仿形门的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：门扇一体成型的制备

将高强玻璃纤维织物20层和磁性纤维织物6层按3层高强玻璃纤维织物和1层磁性纤维织物的比例交替铺设，最后再铺设2层高强玻璃纤维织物和6层碳纤维织物；按设计比例100:1.5:0.1配取阻燃型树脂、相变材料、颜料，将阻燃型树脂、相变材料、颜料搅拌均匀，通过模具真空灌注或注塑成型，于90℃，固化120min，仿周边自然环境、起伏、颜色，门扇吸波板起伏厚度为5～40mm，门扇框架厚度为5mm，门扇龙骨厚度为5mm；

步骤2：FPR门框的制备

按设计比例100:0.5:0.1配取阻燃型树脂、相变材料、颜料，将阻燃型树脂、相变材料、颜料搅拌均匀，浸渍高强玻璃纤维织物，磁性纤维织物、碳纤维织物；按设计方案将浸渍的高强玻璃纤维织物90层和磁性纤维织物8层按10层高强玻璃纤维织物和1层磁性纤维织物的比例交替铺设，最后再铺设10层高强玻璃纤维织物和10层碳纤维织物，然后在牵引装置下，通过拉挤在模具中预成型，并经加热120℃，固化120min成型，厚度为20mm。

步骤3：组合

通过粘接和铆接方式将FPR门框和门扇框架固定在一起，铆钉孔表面再通过光学/红外隐身材料进行覆盖，最后根据周边背景进行整体喷涂厚度为0.04mm光学/红外隐身迷彩涂料，完全达到与背景融合。

本实施方案制备的结构功能一体全复合材料宽频吸波、多频谱伪装仿形门满足光学伪装与背景融合，伪装后目标与相邻背景色差为1.06L*a*b*；伪装后目标与背景的辐射温差12小时维持在±4℃以内，门板雷达伪装1GHz～40GHz，反射率均值为-22.65dB；8GHz～18GHz，反射率均值为-23.72dB；26.5GHz～40GHz，反射率均值为-32.17dB，具有优异的综合隐身性能。

实施例2：

一种上述本实施例的结构功能一体全复合材料宽频吸波、多频谱伪装仿形门的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：门扇一体成型的制备

将高强玻璃纤维织物20层和磁性纤维织物8层按如下方式依次铺设：5层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，4层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，3层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，3层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，2层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，1层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，1层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物和1层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，再铺设5层碳纤维织物，然后按设计比例100:1.5:0.1配取阻燃型树脂、相变材料、颜料，将阻燃型树脂、相变材料、颜料搅拌均匀，通过模具真空灌注或注塑成型，于90℃，固化120min，仿周边自然环境、起伏、颜色，门扇吸波板起伏厚度为5～40mm，门扇框架厚度为5mm，门扇龙骨厚度为5mm；

步骤2：FRP门框的制备

按设计比例100:0.5:0.1配取阻燃型树脂、相变材料、颜料，将阻燃型树脂、相变材料、颜料搅拌均匀，浸渍高强玻璃纤维织物，磁性纤维织物、碳纤维织物；按设计方案将浸渍的高强玻璃纤维织物90层、磁性纤维织物8层和碳纤维织物10层按如下方式铺设：14层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，13层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，12层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，11层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，10层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，9层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，8层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，7层高强玻璃纤维织物1层磁性纤维织物，6层高强玻璃纤维织物和10层磁性纤维织物，然后在牵引装置下，通过拉挤在模具中预成型，并经加热120℃，固化120min成型，厚度为20mm。

步骤3：组合

通过粘接和铆接方式将FPR门框和门扇框架固定在一起，铆钉孔表面再通过光学/红外隐身材料进行覆盖，最后根据周边背景进行整体喷涂厚度为0.08mm光学/红外隐身迷彩涂料，完全达到与背景融合。

本实施方案制备的结构功能一体全复合材料宽频吸波、多频谱伪装仿形门满足光学伪装与背景融合，伪装后目标与相邻背景色差0.09L*a*b*；伪装后目标与背景的辐射温差12小时维持在±4℃以内，门板雷达伪装1GHz～40GHz，反射率均值为-21.81dB；8GHz～18GHz，反射率均值为-23.49dB；26.5GHz～40GHz，反射率均值为-31.20dB，具有优异的综合隐身性能。

对比例1

其他条件均与实施例1相同，仅是磁性纤维织物为2层，成型后门板雷达伪装8GHz～18GHz，反射率为-11.36dB，相对实施例1在8GHz～18GHz，反射率均值为-23.72dB相差较大。

对比例2

其他条件均与实施例1相同，仅是将相变材料换为空白，固化成型后，本对比方案制备的结构功能一体全复合材料宽频吸波、多频谱伪装仿形门伪装后目标与背景的辐射温差12小时维持在±10℃以内，性能较实施例1的±4℃差别较大。

对比例3

其他条件均与实施例1相同，对比例3在整体成型后，未进行整体喷涂光学/红外隐身迷彩涂料，伪装后目标与相邻背景色差为2.73L*a*b*，与实施例1的1.06L*a*b*相差较大。

对比例4

在门框FRP型材的制备时，其他条件均与实施例1相同，仅是未使用碳纤维织物，对比例所述高强玻璃纤维织物90层、磁性纤维织物8层、碳纤维织物0层，碳纤维织物为空白，成型门框FRP型材的弯曲强度368MPa、拉伸强度421MPa，明显低于实施例1成型门框FRP型材的弯曲强度524MPa、拉伸强度576MPa。

Claims (6)

1.一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门，其特征在于：

包括门扇、FPR门框和伪装层；

所述门扇置于FPR门框内部，所述伪装层覆盖在门扇和FPR门框表面；

所述门扇由树脂基体及功能材料I组成；所述功能材料I由多层透波材料层与多层吸波材料层叠加组成的复合层和反射材料层构成；

所述FPR门框由树脂基体及功能材料II组成；所述功能材料II由多层透波材料层与多层吸波材料层交叠组成的复合层和反射材料层构成；

所述功能材料I中复合层由15~30层透波材料层和4~8层吸波材料层交叠组成，吸波材料层与透波材料层随机交叠，且任意两层吸波材料层之间至少包含一层透波材料层；

所述功能材料II中复合层由80~150层透波材料层和7~11层吸波材料层交叠组成，吸波材料层与透波材料层随机交叠，且任意两层吸波材料层之间至少包含一层透波材料层；

所述伪装仿形门的制备过程包括以下步骤：

1）将透波材料层、吸波材料层和反射材料层铺层后，加入树脂原料混合均匀，再依次经过模具预成型和固化成型，得到门扇；

2）将透波材料层、吸波材料层和反射材料层在树脂原料中浸渍后，铺层，再依次经过模具预成型和固化成型，得到 FPR门框；

3）将门扇通过粘接和/或铆接嵌套至FPR门框内，并覆盖伪装层，即得；

所述伪装层为光学/红外隐身迷彩涂料，所述伪装层的厚度为0.04~0.1mm；

所述树脂基体包含阻燃性树脂和相变材料；所述树脂原料包括阻燃型树脂、相变材料和颜料。

2.根据权利要求1所述的一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门，其特征在于：所述透波材料层包括芳纶纤维织物、S玻璃纤维织物和E玻璃纤维织物中的至少一种；所述透波材料层厚度为1mm～8mm；

所述吸波材料层包括镀铁磁性纤维织物、镀镍磁性纤维织物和镀钴磁性纤维织物中的至少一种；所述吸波材料层厚度为0.05~0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门，其特征在于：所述反射材料层为碳纤维复合材料；所述反射材料层的厚度为0.2~2mm。

4.根据权利要求1所述的一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门，其特征在于：所述阻燃性树脂为乙烯基树脂和/或阻燃环氧树脂；所述相变材料为相变温度为5~50℃，储能为160~280J/g的相变微胶囊。

5.根据权利要求1所述的一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门的制备方法，其特征在于：所述阻燃性树脂、相变材料和颜料的质量比为80~120：0.4~2.0：0.08~0.12。

6.根据权利要求1所述的一种全复合材料宽频吸波和多频谱伪装仿形门的制备方法，其特征在于：

所述门扇的固化成型条件为：温度80~110℃，时间100~200min；

所述门框的固化成型条件为：温度110~130℃，时间100~200min。