CN115946425A - 一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝及其制备方法，由涂覆吸收剂的吸波芳纶纸，以及浸渍于芳纶纸表面的树脂组成。根据电性能设计，在芳纶纸表层，沿幅宽方向涂覆角锥型的吸波层图案，获得不同的具有梯度电磁特性的吸波芳纶纸；将吸波芳纶纸通过模板法制备成波纹结构，按照电性能设计的叠层顺序制备得到吸波蜂窝。该吸波蜂窝在沿孔格方向上具有角锥型的电结构，且电磁特性梯度变化，在孔格方向上超宽频率范围内具有优异的吸波性能，满足夹芯结构中结构/隐身一体化的需求。本发明通过模板法制备吸波蜂窝，可保证孔格尺寸的均匀性，克服了现有制备工艺下含有不同类型的芳纶纸叠层板拉伸时，孔格不均匀展开的问题。

Description

一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝及其制备方法，属于吸波材料制备技术领域。

背景技术

芳纶纸蜂窝是一种新型的轻质结构夹芯材料，具有密度低、力学性能高、耐热性能好等优点，主要用于轻质夹层结构中，在飞行器中得到了广泛的应用。随着探测技术的发展，对飞行器提出了吸波频带更宽、吸收效果更强的隐身需求，芳纶纸蜂窝具有优异的电磁波透过性能，不具有电磁波吸收性能，无法直接用于吸波领域。常规的思路则是通过在芳纶纸透波蜂窝壁上引入电磁波吸收剂的方式来实现。

目前，现有芳纶纸吸波蜂窝大多通过先将不具有电磁损耗功能的普通芳纶纸制备成芳纶纸透波蜂窝，再在芳纶纸透波蜂窝的蜂窝壁上浸渍电磁波吸收剂胶液，最后固化成型的工艺过程实现。或者通过梯度浸渍的方式，在沿蜂窝孔格的方向上，吸收剂梯度分布，获得阻抗匹配结构，沿孔格方向上获得较好的吸波性能。但浸渍方法获得的吸波蜂窝，吸收剂附着于孔壁上，易脱落，耐环境性能较差，且浸渍工艺较难控制，工艺稳定性差。浸渍工艺无法应用大长径比碳纤维和磁性纤维类吸收剂，导致芳纶纸吸波蜂窝磁损耗性能低，另外浸渍工艺可控性差，造成芳纶纸吸波蜂窝的电磁性能稳定性不高。

吸波海绵角锥和吸波蜂窝角锥因其角锥状的电结构，具有优异的吸波性能，但其角锥状结构不能够承载，大大限制了其应用范围。目前多是采用在角锥状吸波结构中发泡的方式，获得平板状的物理外形和角锥状的电结构，从而实现承载能力，如专利CN209929492U、CN112143023A。该种手段均是通过两步法，性能难以稳定控制，且获得平板状的吸波材料，含有两种不同的材质，会带来耐环境性能的不利影响。CN112492867A公开了一种具有类角锥结构的吸波蜂窝及制备方法，将不同电磁特性的蜂窝片材，堆叠粘接，再填充非吸波蜂窝片材，形成类角锥的吸波结构和平板状的整体外形。该吸波蜂窝还是物理上多层结构的形式，会影响其层间力学性能，具有成型工艺复杂，力学性能不可靠的缺点。

同时，为了避免浸渍型吸波蜂窝的缺点，在一种介电损耗芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法(CN112553942A)专利中，提出了在芳纶纸中加入碳纤维吸收剂的方法，得到吸波芳纶纸，再制备形成吸波蜂窝。该方法的优点是，吸收剂在芳纶纸中，耐环境性能好，吸收剂加入量可以精确控制，工艺稳定；但是该方法受制于掺混造纸工艺，只能加入纤维类吸收剂，且加入量不宜过高，其在超宽频率范围并不具有优异的吸波效果，一般低频效果较差；且采用传统的蜂窝制备工艺，吸波芳纶纸不同区域的特性和张力不同，很难保证蜂窝孔格的均匀性。另一种方法为，在芳纶纸上涂抹吸收剂获得吸波芳纶纸，再制备得到吸波蜂窝，如专利CN109796624A、CN202111440881.5，CN114214871A；该方法可加入各类型的吸收剂，且可大量加入吸收剂满足不同的吸波需求；将吸收剂涂覆于芳纶纸表面，获得吸波芳纶纸，再利用传统的蜂窝制备方法获得吸波蜂窝。但该方法制备吸波蜂窝时，需进行拉伸，形成六边形孔格，吸收剂涂层附着力不够时，易出现脱粘现象。目前，上述两种方法均是可以获得性能稳定，且耐环境性能优异的吸波蜂窝，但蜂窝中吸收剂含量固定，并未进行吸波结构设计，吸波蜂窝整体呈现单一的电磁特性，无阻抗匹配性设计，难以获得优异的超宽频吸波性能。

传统的蜂窝制备方法，对芳纶纸要求较高，具有相同的张力；芳纶纸叠层后拉伸时，要匀速进行保证孔格的均匀性。而芳纶纸中掺入不同含量的吸收剂，会导致不同区域的芳纶纸张力不同，拉伸时会出现部分区域孔格拉满，而其他区域孔格尚未拉开的现象，严重影响蜂窝整体孔格的均匀性，导致蜂窝制备失败。专利一种聚酰亚胺薄膜蜂窝制备方法(CN112223772A)中公开了一种模板发制备蜂窝，先将可热塑形的聚氨酯复合薄膜进行模压成型，得到波纹结构的单元，再将多个单元叠加加热处理，得到聚酰亚胺薄膜蜂窝产品。该方法给蜂窝制备提供了另外一种思路，但是芳纶纸本身并不具有可热塑形能力，不能直接利用该方法进行蜂窝制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不同，提供了一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝及其制备方法，该吸波蜂窝的吸波性能、力学性能和耐环境性能优异，在超宽频率范围内具有优异的吸波性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝，包括多种吸波芳纶纸B1、B2、B3…Bm和在吸波芳纶纸上浸有的已固化树脂；每种吸波芳纶纸由芳纶纸和在芳纶纸表面涂覆的由吸收剂与胶黏剂构成的角锥形图案吸波层构成，所述角锥形图案吸波层是由不同长度的条形吸波层以其边长度从小到大沿着芳纶纸幅宽方向依次居中相接构成；所述条形吸波层按其长度从小到大共有A1、A2、A3…An，且吸收剂的百分比含量由低到高呈梯度差异；所述吸波芳纶纸B1共含有吸波层A1、A2、A3…An，所述吸波芳纶纸B2只含有条形吸波层A2、A3…An，所述吸波芳纶纸B3只含有条形吸波层A3…An，依次类推；所述吸波芳纶纸均呈统一的半孔格形状，按照Bm…B3、B2、B1、B2、B3…Bm的顺序将吸波芳纶纸以半空格形状正对形式粘贴一起，构成一个角锥型电结构的吸波蜂窝；该角锥型电结构的吸波蜂窝为一个或为多个，当为多个时，交界处共用吸波芳纶纸Bm；每个角锥型电结构的吸波蜂窝中的每种吸波芳纶纸为一张或多张，当为多张时，该多张相连粘贴一起；所述吸波蜂窝的吸收剂百分比含量由低到高的梯度方向为电磁波入射方向。

一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝的制备方法，包括以下步骤：

1)蜂窝结构设计：根据吸波频段确定吸收剂种类，并利用电磁仿真软件计算最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥型结构，确定吸波蜂窝中各梯度层的电磁特性和角锥尺寸，进而确定各种吸波芳纶纸的数量、条形吸波层的长度、宽度、厚度以及吸收剂的含量，然后基于计算结果进行后续步骤；

2)吸波芳纶纸制备：由不同用量的吸收剂和胶黏剂混合制成吸波浆料，再涂覆在芳纶纸表面固化成不同吸收剂百分表含量的条形吸波层，得到多种吸波芳纶纸B1、B2、B3…Bm；

2)吸波芳纶纸浸渍树脂：将所述吸波芳纶纸完全浸渍于树脂中，取出后垂直放置，并振动去除多余的树脂，然后进行半固化处理；

3)制备波纹结构单元：利用预先设计好的压制模具压制半固化处理后的吸波芳纶纸，得到具有半孔格形状的吸波芳纶纸即波纹结构单元，并在半孔格间的凸边上涂膜芯条胶；

4)波纹单元叠加：按照Bm…B3、B2、B1、B2、B3…Bm的顺序将所述吸波芳纶纸以半空格形状正对的形式，将每个波纹结构单元的幅宽对齐并通过所述芯条胶粘接，得到吸波蜂窝半成品；

5)加热处理：将所述吸波蜂窝半成品放入模具中，在蜂窝孔格孔内插入相同形状的棒材，向蜂窝孔壁施加一定的压力，确保芯条胶的粘接强度，再进行加热固化，得到垂直于蜂窝孔格方向的吸收剂梯度分布的吸波蜂窝。

进一步地，所述吸收剂的含量为0.1～90wt％，所述吸波层的厚度为0.01～0.3mm。

进一步地，所述吸收剂具有电磁损耗能力，为炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅、羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝等中的一种或几种，优选为炭黑、碳纤维、羰基铁粉、铁硅铝中的至少一种。

进一步地，对于吸收的电磁波频段低于8GHz，所述吸收剂选用磁性吸收剂即羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝中的至少一种；对于吸收的电磁波频段高于8GHz，所述吸收剂选用介电型吸收剂即炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅中的至少一种；对于超宽或全频段吸收电磁波，所述吸收剂同时选用所述磁性吸收剂中的至少一种和介电型吸收剂中的至少一种。

进一步地，所述树脂选用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂中的一种，优选为酚醛树脂。

进一步地，所述吸波芳纶纸浸渍时间为5～30min；振动除去多余的树脂后，增重比例为50％～300％。

进一步地，所述半固化处理的条件为：半固化温度为120～400℃，半固化时间为0.5～3h。

进一步地，所述加热固化的条件为：加热温度为180～450℃，固化时间为3～10h。

进一步地，所述蜂窝孔格的形状为六边形、长方形、圆形、不规则形状中的一种，优选为六边形。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明将吸收剂涂覆于芳纶纸表面，吸波层可精确控制加入量及图案形状，实现吸波结构的精确控制，且较易实现，工艺稳定，获得的吸波蜂窝具有优异的吸波性能、力学性能和耐环境性能，克服了现有浸渍型吸波蜂窝角锥性能不易稳定控制，易脱落，不可承载等缺点。

(2)本发明将吸收剂涂覆于芳纶纸表面，可加入不同类型的吸收剂，满足不同的吸波需求；吸收剂可大量加入，在超宽频率范围内具有优异的吸波效果，克服了现有吸收剂掺杂芳纶纸吸波蜂窝中吸收剂种类受限(仅为纤维状)，吸收剂含量不高的缺点。

(3))传统的蜂窝制备工艺通过叠层后拉伸，适用于芳纶纸特性一致的情况，可保证孔格同时被拉开且形状均匀。本发明中的同一张吸波芳纶纸，不同位置的特性均不同(芳纶纸表面涂覆了角锥状的吸波层)，采用传统叠层拉伸工艺时，因芳纶纸不同位置的张力等特性不同，极易出现不同位置的蜂窝孔格不能同时被拉开，从而导致孔格形状不均匀或拉伸失败的情况。本发明通过模板法制备吸波蜂窝，可保证孔格尺寸的均匀性，克服了现有制备工艺下含有不同类型的芳纶纸叠层板拉伸时，孔格不均匀展开和易脱粘的问题。

(4)本发明中在芳纶纸表层，沿横向(幅宽方向)涂覆不同的角锥型图案，制备成吸波蜂窝，形成在孔格方向(吸波蜂窝厚度)上具有角锥型的电结构，物理上呈一体化的平板状，克服了传统吸波蜂窝阻抗匹配结构，成型工艺复杂，层间性能不可靠的缺点。

附图说明

图1为本发明具有角锥型电结构的吸波蜂窝的制备过程示意图；

图2为本发明具有角锥型电结构的吸波蜂窝的制备流程图；

图3为对比例1的吸波蜂窝结构示意图；

图4为对比例2的吸波蜂窝结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。

本发明提出了一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝，包括多种吸波芳纶纸B1、B2、B3…Bm(m≥3)和在吸波芳纶纸上浸有的已固化树脂；每种吸波芳纶纸由芳纶纸和在芳纶纸表面涂覆的由吸收剂与胶黏剂构成的角锥形图案吸波层构成，所述角锥形图案吸波层是由不同长度的条形吸波层以其边长度从小到大沿着芳纶纸幅宽方向依次居中相接构成；所述条形吸波层按其长度从小到大共有A1、A2、A3…An(n≥3)，且吸收剂的百分比含量由低到高呈梯度差异；所述吸波芳纶纸B1共含有条形吸波层A1、A2、A3…An，所述吸波芳纶纸B2只含有条形吸波层A2、A3…An，所述吸波芳纶纸B3只含有条形吸波层A3…An，依次类推；所述吸波芳纶纸均呈统一的半孔格形状，按照Bm…B3、B2、B1、B2、B3…Bm的顺序将吸波芳纶纸以半空格形状正对形式粘贴一起，构成一个角锥型电结构的吸波蜂窝；该角锥型电结构的吸波蜂窝为一个或为多个，当为多个时，交界处共用吸波芳纶纸Bm；每个角锥型电结构的吸波蜂窝中的每种吸波芳纶纸为一张或多张，当为多张时，该多张相连粘贴一起；所述吸波蜂窝的吸收剂百分比含量由低到高的梯度方向为电磁波入射方向。

本发明还提供一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝的制备方法，制备过程如图1和图2所示，具体通过以下步骤实现：

1)蜂窝结构设计：

进行电性能设计，根据吸波频段，确定吸收剂种类；利用电磁仿真软件，计算和优化得到吸波蜂窝最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥结构，确定吸波蜂窝中各梯度层的电磁特性和角锥的尺寸；从而确定吸波芳纶纸中各吸波层中吸收剂的含量和吸波层的厚度，各芳纶纸中吸波层的长度和宽度及不同芳纶纸的叠层顺序。

2)吸波芳纶纸制备：

本步骤中的的吸波芳纶纸是由芳纶纸和吸吸波组成。吸波层中的吸收剂具有电磁损耗能力，为炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅、羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝等中的一种或几种。根据吸波频段要求，确定吸波芳纶纸中吸收剂的种类。

吸波层涂覆于芳纶纸表面，在横向(芳纶纸幅宽方向)具有角锥状图案，角锥状图案不同得到不同的吸波芳纶纸。

将不同种类和含量的吸收剂与胶黏剂混合，得到不同的吸波浆料；分别将不同的吸波浆料按照设计的角锥状图案涂覆于芳纶纸的表面，烘干固化后形成吸波层，其中吸收剂含量为0.1～90wt％，吸波层的厚度为0.01～0.3mm。芳纶纸上沿幅宽方向涂覆了不同电磁特性的条形吸波层A1、A2、A3、A4···An，各吸波层组成角锥形状，沿芳纶纸长度方向呈周期分布，获得吸波芳纶纸B1。减少1层吸波层A1，获得吸波芳纶纸B2；以此类推，逐渐减少吸波层数，直至最后仅剩下吸波层An，获得吸波芳纶纸Bm。本发明涂覆工艺为本领域公知技术，具体工艺参数，根据实际生产需要确定。

3)吸波芳纶纸浸渍树脂：

本步骤中的树脂为酚醛树脂，聚酰亚胺树脂中的一种，优选为酚醛树脂。浸渍树脂时间为5～30min，根据吸波芳纶纸状态进行确定，确保吸波芳纶纸能够完全浸润。将浸润后的芳纶纸垂直放置，振动去除多余的树脂，确保树脂增重量，以控制最终的吸波蜂窝的密度。增重比例为50％～300％，具体增重量根据吸波蜂窝的密度确定。

再将浸润树脂后的吸波芳纶纸进行净化处理，除去溶剂后，并进行半固化处理，使吸波芳纶纸获得可热塑形能力。半固化温度为120～400℃，半固化时间为0.5～3h，具体工艺参数根据树脂体系进行选择。

4)制备波纹结构单元：

波纹结构单元的结构参数是根据蜂窝孔格形状确定。蜂窝孔格形状根据实际需求进行确定，一般为六边形、长方形、圆形、不规则形状中的一种，优选为六边形。

波纹结构单元，根据确定的蜂窝孔格形状，设计压制模具的形状，通过模具对半固化后的吸波芳纶纸进行连续压制，压制过程中在波纹单元的直边或边缘处涂抹芯条胶。

波纹结构单元决定了最终蜂窝孔格的形状；通过模具制备不同形状的波纹结构单元，最终获得的蜂窝孔格形状可以为六边形、圆形、方形、不规则形状等。

5)波纹单元叠加：

将制备得到的波纹单元进行叠加，叠加过程中需把吸波芳纶纸对齐，确保每张芳纶纸中各梯度吸波层能够沿芳纶纸幅宽方向对齐。波纹单元叠加时，两个波纹单元通过芯条胶进行对齐和胶接，形成一个完整的蜂窝孔格，呈周期性排列。不同芳纶纸的叠层顺序为Bm···B3、B2、B1、B2、B3···Bm，各芳纶纸的层数是依据电性能设计确定。两个波纹单元的直边通过芯条胶进行胶接。

6)加热处理：

将粘接排列后的波纹单元放置于模具内，蜂窝孔内插入与蜂窝孔相同形状的棒材，同时可以给蜂窝孔壁施加一定的压力，确保芯条胶的粘接强度。进行加热处理，加热温度为180～450℃，固化时间为3～10h，具体固化工艺参数根据芯条胶和树脂进行确定。一方面确保芯条胶完全粘接，另一方面确保浸渍的树脂完全固化，获得蜂窝孔方向上具有角锥状电结构的吸波蜂窝(如图1所示)，该吸波蜂窝在梯度变化方向上于超宽频率范围内能够获得优异的吸波效果。

本发明根据电性能设计，在芳纶纸表层，沿横向(幅宽方向)涂覆不同角锥型的图案，吸波层电磁特性呈梯度变化；改变涂覆吸波浆料的种类和吸波层角锥的形状，获得不同的有梯度电磁特性的吸波芳纶纸；通过模板法制备成波纹结构，按照电性能设计的叠层顺序制备得到吸波蜂窝，形成在沿孔格方向(吸波蜂窝厚度方向)上具有角锥型的电结构，且电磁特性梯度变化。吸波蜂窝在孔格方向上超宽频率范围内具有优异的吸波性能。吸波蜂窝整体呈一体化平板状，吸波蜂窝内部具有角锥型电结构，且蜂窝角锥的电磁特性阻抗渐变。

本发明专利的创新点在于，在芳纶纸幅宽方向上进行阻抗匹配型设计，获得电磁特性沿幅宽方向阻抗渐变吸波芳纶纸，进行叠层，获得吸波蜂窝；具有沿孔格方向(蜂窝厚度方向)上的电磁梯度结构，满足超宽频隐身的需求。吸波芳纶纸不同位置具有不同电磁特性叠层后，若利用传统的拉伸工艺，会导致蜂窝孔格拉伸变形不均匀，从而引起最终形成的蜂窝孔格不均匀。因此本发明专利采用模板法进行具有阻抗匹配结构的吸波蜂窝的制备。

以下结合附图和具体实例详细说明本发明。

实施例1

根据需求，确定吸波蜂窝针对的电磁波频段主要为8～40GHz，该频段内沿蜂窝孔格方向(蜂窝厚度方向)需具有优异的吸波性能。根据吸波频段，确定了吸波芳纶纸中吸收剂为炭黑颗粒。

进行电性能设计，利用电磁仿真软件，计算和优化得到最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥结构，确定吸波层的厚度为0.01mm，吸波层中炭黑的质量比分别为0.5％，1％，2％，4％，8％。芳纶纸的幅宽为230mm，中间有效区域为200mm，芳纶纸横向(幅宽)方向分为5个区域，每个区域横向宽度为40mm，分别涂覆吸收剂含量为0.5％，1％，2％，4％，8％的吸波浆料，在吸波芳纶纸得到条形吸波层A1、A2、A3、A4、A5，各吸波层的长度分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm，组成锥状，得到吸波芳纶纸B1，在横向(幅宽方向)上具有电磁特性梯度渐变的结构。在B1吸波层结构的基础上，去除条形吸波层A1，得到吸波芳纶纸B2；去除条形吸波层A1，A2，得到吸波芳纶纸B3；去除条形吸波层A1、A2、A3，得到吸波芳纶纸B4；去除条形吸波层A1、A2、A3、A4，得到吸波芳纶纸B5。

利用电磁仿真软件，计算和优化得到吸波蜂窝最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥结构，确定吸波蜂窝中各梯度层的电磁特性和角锥的尺寸；从而确定吸波芳纶纸中各吸波层中吸收剂的含量和吸波层的厚度，各芳纶纸中吸波层的长度和宽度及不同芳纶纸的叠层顺序。

将吸波芳纶纸浸渍酚醛树脂，浸渍时间为10min；浸渍树脂后垂直晾置15min，振动去除多余的树脂，增重50％。再将吸波芳纶纸放置于净化间内，保持吹气排风2h，完全除去树脂中的溶剂。将吸波芳纶纸加热至120℃，保温30min，获得半固化状态下的吸波芳纶纸，获得可热塑形能力。

制备波纹结构单元。依据吸波蜂窝的电性能设计得到的吸波结构，确定最终的蜂窝孔格形状为六边形，边长为2.77mm。波纹单元为六边形孔格的一半，呈周期分布，利用模具对吸波芳纶纸进行压制，获得波纹结构单元；同时在六边形波纹结构单元的直边外涂抹芯条胶。

波纹单元叠加。叠加过程中需把吸波芳纶纸对齐，确保每张芳纶纸中各梯度吸波层能够沿芳纶纸幅宽方向对齐。根据电性能设计，波纹单元叠加顺序为B5、B4、B3、B2、B1、B2、B3、B4、B5，组成一组波纹单元，按照此组顺序，进行周期叠加。波纹单元叠加时，两个波纹单元通过直边处的芯条胶进行对齐和胶接，形成一个完整的六边形蜂窝孔格，呈周期性排列。

加热处理。将粘接排列后的波纹单元放置于模具内，蜂窝孔内插入与六边形的金属棒材，同时可以给蜂窝孔壁施加一定的压力，确保芯条胶的粘接强度。进行加热处理，升温至180℃，保温3h，确保芯条胶和酚醛树脂能够完全固化。降温至60℃以下，可取出金属棒材，获得蜂窝孔方向具有角锥状电结构的吸波蜂窝，将吸波蜂窝去皮得到有效厚度为200mm的吸波蜂窝。

该吸波蜂窝孔格呈六边形，孔格均匀分布，无孔格未打开现象，孔格边长尺寸公差控制在±0.15mm的范围内；沿着孔格方向，吸波蜂窝的压缩强度为3.8MPa；沿孔格方向(厚度方向)测试反射率，1～2GHz反射率≤-15dB，2～8GHz反射率≤-20dB，8～18GHz反射率≤-35dB，18～40GHz反射率≤-40dB。吸波蜂窝在需求的电磁波频段内(8～40GHz)具有优异的吸波效果。

实施例2

根据需求，确定吸波蜂窝针对的电磁波频段主要为1～8GHz，该频段内沿蜂窝孔格方向(蜂窝厚度方向)需具有优异的吸波性能。根据吸波频段，确定了吸波芳纶纸中吸收剂为羰基铁粉。

进行电性能设计，利用电磁仿真软件，计算和优化得到吸波蜂窝最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥结构，确定吸波层的厚度为0.25mm，吸波层中羰基铁粉含量分别为5％，10％，20％，40％，60％。蜂窝孔格形状为长方形，长边为6mm，短边为3mm。制备过程中，吸波芳纶纸浸渍时间为5min；振动除去多余的树脂后，增重比例为100％；半固化温度为200℃，半固化时间为3h；加热温度为200℃，固化时间为10h；其余同实施例1，获得蜂窝孔方向具有角锥状电结构的吸波蜂窝。

该吸波蜂窝孔格呈长方形，孔格均匀分布，无孔格未打开现象，孔格边长尺寸公差控制在±0.15mm的范围内；沿着孔格方向，吸波蜂窝压缩强度为4.0MPa；沿孔格方向(厚度方向)测试反射率，0.5～1GHz反射率≤-10dB，1～2GHz反射率≤-25dB，2～8GHz反射率≤-30dB，8～18GHz反射率≤-18dB，18～40GHz反射率≤-15dB。吸波蜂窝在需求的电磁波频段内(1～8GHz)具有优异的吸波效果。

实施例3

根据需求，确定吸波蜂窝针对的电磁波频段主要为0.5～40GHz，该频段内垂直于蜂窝孔格方向需具有优异的吸波性能。根据吸波频段，确定了吸波芳纶纸中吸收剂为炭黑和片状铁硅铝吸收剂。

进行电性能设计，利用电磁仿真软件，计算和优化得到吸波蜂窝最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥结构，确定吸波层的厚度为0.3mm，吸波层中炭黑的含量分别为1％、2％、4％、8％、12％；其中炭黑含量为2％、4％，8％，12％的吸波芳纶纸中，加入片状铁硅铝磁性，质量分数分别为20％、30％、50％、70％。制备过程中，吸波芳纶纸浸渍时间为30min；振动除去多余的树脂后，增重比例为300％；半固化温度为400℃，半固化时间为2h；加热温度为450℃，固化时间为5h；其余同实施例1，获得蜂窝孔方向具有角锥状电结构的吸波蜂窝。

该吸波蜂窝孔格呈六边形，孔格均匀分布，无孔格未打开现象，孔格边长尺寸公差控制在±0.15mm的范围内；沿着孔格方向，压缩强度为4.2MPa；沿孔格方向(蜂窝厚度方向)测试反射率，0.5～1GHz反射率≤-20dB，1～2GHz反射率≤-25dB，2～8GHz反射率≤-30dB，8～18GHz反射率≤-35dB，18GHz～40GHz反射率≤-40dB。吸波蜂窝在需求的电磁波频段内(0.5～40GHz)具有优异的吸波效果。

对比例1：吸波芳纶纸中各吸波层均匀梯度分布，完全覆盖芳纶纸表面，其余同实施例1，获得吸波蜂窝，结构形式如图3所示。该蜂窝孔格呈六边形，均匀分布，无孔格未打开现象，孔格边长尺寸公差控制在±0.15mm的范围内；沿着孔格方向，吸波蜂窝压缩强度为3.3MPa；沿孔格方向(厚度方向)测试反射率，1～2GHz反射率≤-5dB，2～8GHz反射率≤-12dB，8～18GHz反射率≤-25dB，18～40GHz反射率≤-30dB。

对比例2：各吸波层中炭黑含量均为2％，其余同实施例1，获得吸波蜂窝，其内部蜂窝角锥的电结构如图4所示。该吸波蜂窝孔格呈六边形，孔格均匀分布，无孔格未打开现象，孔格边长尺寸公差控制在±0.15mm的范围内；沿着孔格方向，压缩强度为3.5MPa；沿孔格方向(蜂窝厚度方向)测试反射率，1～2GHz反射率≤-5dB，2～8GHz反射率≤-15dB，8～18GHz反射率≤-23dB，18～40GHz反射率≤-32dB。

对比例3：利用传统制备方法的吸波蜂窝，将吸波芳纶纸通过粘芯条胶、叠层、热压、拉伸、浸胶、烘干、固化工艺，其余同实施例1，获得吸波蜂窝。该吸波蜂窝孔格呈六边形，但孔格形态分布不均匀，存在蜂窝孔格内部分区域未打开现象和部分蜂窝孔脱粘现象，孔格边长尺寸波动较大，公差在±2.0mm的范围内；沿着孔格方向，压缩强度为2.2MPa；沿孔格方向测试反射率，1～2GHz反射率≤-3dB，2～8GHz反射率≤-12dB，8～18GHz反射率≤-20dB，18～40GHz反射率≤-20dB。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

以上公开的本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例和附图所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝，其特征在于，包括多种吸波芳纶纸B1、B2、B3…Bm和在吸波芳纶纸上浸有的已固化树脂；每种吸波芳纶纸由芳纶纸和在芳纶纸表面涂覆的由吸收剂与胶黏剂构成的角锥形图案吸波层构成，所述角锥形图案吸波层是由不同长度的条形吸波层以其边长度从小到大沿着芳纶纸幅宽方向依次居中相接构成；所述条形吸波层按其长度从小到大共有A1、A2、A3…An，且吸收剂的百分比含量由低到高呈梯度差异；所述吸波芳纶纸B1共含有条形吸波层A1、A2、A3…An，所述吸波芳纶纸B2只含有条形吸波层A2、A3…An，所述吸波芳纶纸B3只含有条形吸波层A3…An，依次类推；所述吸波芳纶纸均呈统一的半孔格形状，按照Bm…B3、B2、B1、B2、B3…Bm的顺序将吸波芳纶纸以半空格形状正对形式粘贴一起，构成一个角锥型电结构的吸波蜂窝；该角锥型电结构的吸波蜂窝为一个或为多个，当为多个时，交界处共用吸波芳纶纸Bm；每个角锥型电结构的吸波蜂窝中的每种吸波芳纶纸为一张或多张，当为多张时，该多张相连粘贴一起；所述吸波蜂窝的吸收剂百分比含量由低到高的梯度方向为电磁波入射方向。

2.如权利要求1所述的吸波蜂窝，其特征在于，所述吸收剂的含量为0.1～90wt％，所述吸波层的厚度为0.01～0.3mm。

3.如权利要求1所述的吸波蜂窝，其特征在于，所述吸收剂具有电磁损耗能力，选用炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅、羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝中的至少一种；所述树脂选用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂中的一种。

4.一种具有角锥型电结构的吸波蜂窝的制备方法，用于制备权利要求1所述的吸波蜂窝，其特征在于，包括以下步骤：

1)蜂窝结构设计：根据吸波频段确定吸收剂种类，并利用电磁仿真软件计算最佳的梯度渐变的吸波结构和角锥型结构，确定吸波蜂窝中各梯度层的电磁特性和角锥尺寸，进而确定各种吸波芳纶纸的数量、条形吸波层的长度、宽度、厚度以及吸收剂的含量，然后基于计算结果进行后续步骤；

1)吸波芳纶纸制备：由不同用量的吸收剂和胶黏剂混合制成吸波浆料，再涂覆在芳纶纸表面固化成不同吸收剂百分表含量的条形吸波层，得到多种吸波芳纶纸B1、B2、B3…Bm；

2)吸波芳纶纸浸渍树脂：将所述吸波芳纶纸完全浸渍于树脂中，取出后垂直放置，并振动去除多余的树脂，然后进行半固化处理；

3)制备波纹结构单元：利用预先设计好的压制模具压制半固化处理后的吸波芳纶纸，得到具有半孔格形状的吸波芳纶纸即波纹结构单元，并在半孔格间的凸边上涂膜芯条胶；

4)波纹单元叠加：按照Bm…B3、B2、B1、B2、B3…Bm的顺序将所述吸波芳纶纸以半空格形状正对的形式，将每个波纹结构单元的幅宽对齐并通过所述芯条胶粘接，得到吸波蜂窝半成品；

5)加热处理：将所述吸波蜂窝半成品放入模具中，在蜂窝孔格孔内插入相同形状的棒材，向蜂窝孔壁施加一定的压力，确保芯条胶的粘接强度，再进行加热固化，得到垂直于蜂窝孔格方向的吸收剂梯度分布的吸波蜂窝。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述吸收剂的含量为0.1～90wt％，所述吸波层的厚度为0.01～0.3mm。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述吸收剂具有电磁损耗能力，选用炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅、羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝中的至少一种。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对于吸收的电磁波频段低于8GHz，所述吸收剂选用磁性吸收剂即羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝中的至少一种；对于吸收的电磁波频段高于8GHz，所述吸收剂选用介电型吸收剂即炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅中的至少一种；对于超宽或全频段吸收电磁波，所述吸收剂同时选用所述磁性吸收剂中的至少一种和介电型吸收剂中的至少一种。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述树脂选用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂中的一种。

9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述吸波芳纶纸浸渍时间为5～30min；振动除去多余的树脂后，增重比例为50％～300％。

10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述半固化处理的条件为：半固化温度为120～400℃，半固化时间为0.5～3h；所述加热固化的条件为：加热温度为180～450℃，固化时间为3～10h。

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