CN117087247A - 吸波复合材料及其制备方法、屏蔽罩 - Google Patents

吸波复合材料及其制备方法、屏蔽罩 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种吸波复合材料及其制备方法、屏蔽罩。吸波复合材料的结构新颖合理，通过在蜂窝芯层的六方格腔内布设玻璃微珠，创新性地实现了蜂窝芯层与玻璃微珠的结合，不仅提高了蜂窝芯层的结构强度，而且大幅提高了蜂窝芯层的吸波和隐身性能。吸波复合材料的制备方法，工艺简单易操作，形成的吸波复合材料，承载能力强，吸波和隐身性能大幅提升。屏蔽罩由上述吸波复合材料制造而成，不仅实现了轻量化，而且形成的屏蔽罩为一体式结构，不仅消除了开胶脱胶对屏蔽罩造成影响的隐患，而且制造工艺简化，制造成本得到节省。

Description

吸波复合材料及其制备方法、屏蔽罩
技术领域
本发明属于材料领域，涉及一种吸波材料，特别是涉及一种吸波复合材料及其制备方法、屏蔽罩。
背景技术
随着信息化时代发展，一些电子设备，比如车载电子设备、舰船电子设备等，需要在外部罩设一遮蔽罩（又称“保护罩”），来屏蔽来自外部以电磁特征为首的信息特征，实现在雷达上降低自己被发现的概率，从而达到隐身的目的。
如图1和图2所示，传统的遮蔽罩，主要由承重主体1和粘贴在承重主体1外表面的吸波夹层结构2两部分组成。其中，承重主体1一般采用实心层压板制成，不仅隐身效果很差，甚至没有隐身功能，而且重量大，无法实现轻量化；吸波夹层结构2采用一般的蜂窝夹层结构，起到主要的隐身功能，但是吸波隐身效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸波复合材料及其制备方法、屏蔽罩，以解决上述现有遮蔽罩所存在的吸波隐身效果不理想的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种吸波复合材料，包括由外至内依次层铺的外蒙皮层、蜂窝芯层和内蒙皮层，其中，所述蜂窝芯层的部分或全部六方格腔的腔壁上附着有玻璃微珠，且所述玻璃微珠在不同所述六方格腔内的分布密度不同，以使所述蜂窝芯层中所有所述六方格腔的吸波能力完全不同。
可选的，所述外蒙皮层和所述蜂窝芯层之间，以及所述蜂窝芯层和所述内蒙皮层之间均通过胶膜连接。
可选的，所述内蒙皮层为碳纤维蒙皮、芳纶纤维蒙皮或玻璃纤维蒙皮。
可选的，所述蜂窝芯层为玻璃纤维蜂窝芯、牛皮纸蜂窝芯、铝蜂窝芯或芳纶纤维蜂窝芯。
可选的，所述外蒙皮层为碳纤维蒙皮、芳纶纤维蒙皮或玻璃纤维蒙皮。
可选的，所述外蒙皮层的最外层内侧铺设有凹凸结构层，所述凹凸结构层由若干段单向带朝不同方向杂乱铺设而成。
可选的，所述若干段单向带的长度不完全相同，任意一段所述单向带的宽度均为20mm~300mm。
本发明还提出一种上述吸波复合材料的制备方法，包括：铺设所述内蒙皮层；在所述内蒙皮层上铺设胶膜后，铺设所述蜂窝芯层，并在所述蜂窝芯层的部分或全部六方格腔的腔壁布设玻璃微珠；在所述蜂窝芯层上铺设胶膜后，逐层铺设所述外蒙皮层的预浸料层，并在铺设所述外蒙皮层的最外层预浸料层之前，带朝不同方向杂乱铺设若干段所述单向带，以形成所述凹凸结构层；在所述凹凸结构层上铺设所述外蒙皮层的所述最外层预浸料层。
本发明还提出一种屏蔽罩，由上述的吸波复合材料制作而成。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提出的吸波复合材料，结构新颖合理，通过在蜂窝芯层的六方格腔内布设玻璃微珠，创新性地实现了蜂窝芯层与玻璃微珠的结合，不仅提高了蜂窝芯层的结构强度，而且大幅提高了蜂窝芯层的吸波和隐身性能。
在本发明公开的一些技术方案中，通过在外蒙皮层中布设由单向带杂乱铺设而成的凹凸结构层，在不影响吸波复合材料整体结构强度的基础上，通过改善吸波复合材料的外表面不平度，进一步增加了吸波复合材料的吸波隐身性能。
本发明提出的吸波复合材料的制备方法，工艺简单易操作，形成的吸波复合材料，承载能力强，吸波和隐身性能大幅提升。
本发明提出的屏蔽罩，由上述吸波复合材料制造而成，不仅实现了轻量化，而且形成的屏蔽罩为一体式结构，不仅消除了开胶脱胶对屏蔽罩造成影响的隐患，而且制造工艺简化，制造成本得到节省。
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获得其他的附图。
图1为现有屏蔽罩的爆炸结构示意图。
图2为现有屏蔽罩的剖面结构示意图。
图3为本发明实施例所公开的屏蔽罩的整体结构示意图。
图4为本发明实施例所公开的屏蔽罩的剖面结构示意图。
图5为本发明实施例所公开的吸波复合材料的结构示意图。
图6为本发明实施例所公开的吸波复合材料中蜂窝芯层的结构示意图。
图7为本发明实施例所公开的吸波复合材料中凹凸结构层的结构示意图。
其中，附图标记为：100、屏蔽罩；1、承重主体；2、吸波夹层结构；3、吸波复合材料；31、外蒙皮层；311、最外层预浸料层；312、凹凸结构层；3121、单向带；32、蜂窝芯层；321、六方格腔；33、内蒙皮层；34、玻璃微珠。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
本发明的目的之一是提供一种吸波复合材料，以解决现有遮蔽罩所存在的吸波隐身效果不理想的问题。
本发明的另一目的还在于提供一种上述吸波复合材料的制备方法。
本发明的再一目的还在于提供一种由上述吸波复合材料制备而成的屏蔽罩。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一。
如图3~图7所示，本实施例提供一种吸波复合材料3，包括由外至内依次层铺的外蒙皮层31、蜂窝芯层32和内蒙皮层33，其中，蜂窝芯层32的部分或全部六方格腔321的腔壁上附着有玻璃微珠34，且玻璃微珠34在不同六方格腔321内的分布密度不同，以使蜂窝芯层32中所有六方格腔321的吸波能力完全不同。上述玻璃微珠34在不同六方格腔321内的分布密度不同，主要体现为，每个六方格腔321内玻璃微珠34的数量和分布形式是不相同的，比如有的六方格腔321内，玻璃微珠34填满了整格，有的六方格腔321内，玻璃微珠34填满了半格甚至更少，实际生产过程中，玻璃微珠34是呈不规则、不均匀的分布方式布撒在各个六方格腔321内，从而使蜂窝芯层32中所有六方格腔321的吸波能力完全不同，吸声的能量也不一样，回声就不是朝同一个方向，而是杂乱无章的回声，本方案上述布设了玻璃微珠34的蜂窝芯层32可有效吸附回声，达到吸声效果。其实声波也是一种电磁波，只是波长和x波段波长不一样而已。本方案为了提高蜂窝芯层32的吸波隐身效能，在其不同的六方格腔321内布撒本身具备良好吸波性能的玻璃微珠，不仅增加了蜂窝芯层32乃至整个吸波复合材料3的结构强度和刚度，承载能力增强（为吸波复合材料3独立制作屏蔽罩奠定了基础，保障了屏蔽罩的承重功能），而且大幅增加了蜂窝芯层32的吸波隐身性能。玻璃微珠34为一种现有材质，其单颗粒径一般在0.2mm左右，蜂窝芯层32的整体厚度一般在20cm左右，玻璃微珠34在撒入六方格腔321之前，外表面粘附胶剂，形成带胶玻璃微珠，撒入六方格腔321后，通过受热可粘贴附着在六方格腔321内壁。
上述吸波复合材料3可以贴附在现有屏蔽罩的承重主体1的外表面，也可以直接制成如图3和图4所示的屏蔽罩100。由于需要吸波隐身的是特定频率的电磁波，也就是波长是已知的，那么，根据经验或者测试，就可以初步选择外蒙皮层31、蜂窝芯层32和内蒙皮层33的材料，六方格腔321的大小，蜂窝芯层32的厚度等参数，然后进一步做电性能的实际测试，测试后再优化确定上述各个参数。
本实施例中，外蒙皮层31和蜂窝芯层32之间，以及蜂窝芯层32和内蒙皮层33之间均优选通过胶膜连接，从而形成具有三层夹层结构的吸波复合材料3。
本实施例中，内蒙皮层33为现有的蒙皮结构，比如为碳纤维蒙皮、芳纶纤维蒙皮或玻璃纤维蒙皮。
本实施例中，蜂窝芯层32的任意一六方格腔321的横截面均为六边形，且一般优选为正六边形，六方格腔321的两端贯穿蜂窝芯层32的厚度方向。蜂窝芯层32为现有的蜂窝芯结构，比如为玻璃纤维蜂窝芯、牛皮纸蜂窝芯、铝蜂窝芯或芳纶纤维蜂窝芯（Nomex蜂窝芯），最常用的是芳纶纤维蜂窝芯（Nomex蜂窝芯）。
本实施例中，外蒙皮层31可为碳纤维蒙皮、芳纶纤维蒙皮或玻璃纤维蒙皮。
本实施例中，外蒙皮层31的最外层预浸料层311的内侧还铺设有凹凸结构层312，即凹凸结构层312位于外蒙皮层31外侧的倒数第二层，凹凸结构层312由若干段单向带3121朝不同方向杂乱铺设而成，如图7所示，单向带3121之间可交叉、可层叠，从而形成凹凸结构，外蒙皮层31的最外层预浸料层311铺设于凹凸结构层312上，由于凹凸结构层312的朝向最外层预浸料层311的一侧为凹凸不平面，所以最外层预浸料层311铺设于凹凸结构层312上之后，最外层预浸料层311外表面也形成与凹凸结构层312凹凸走势一致的凹凸结构，使得外蒙皮层31的最外表面凹凸不平。如果材料表面是凹凸不平的，那么其可对电磁漫反射从而产生吸波效果，也就达到了隐身效果。常规的吸波材料蒙皮都是厚度分布均匀的，而本方案的外蒙皮层31，通过在外侧倒数第二层设置凹凸结构层312，形成了不是均质等厚度的蒙皮（或称之为面板），而是高低不平的蒙皮（或称之为面板）。以外蒙皮层31为碳纤维蒙皮为例，在铺设最后一层织物，即最外层预浸料层311之前，先铺单向带3121以形成凹凸结构层312，单向带3121宽度很窄，宽度一般为20mm~300mm，各单向带3121长度不完全相同，宽度也不完全相同，不同的单向带3121的宽度可分别为300mm、200mm、100mm、50mm或20mm等等，如果是很宽的单向带可以将其撕分为300mm、200mm、100mm、50mm或20mm的宽度后再进行铺贴，实际铺贴时，随机把宽度不等、长度不等的单向带3121按不同方向铺贴，甚至可以多层重叠、交叉，形成杂乱无章的单向带层，然后在其表面铺上最外层预浸料层311，使外蒙皮层31外表面高低起伏不平。从微观看，外蒙皮层31外表面不是一个平整平面而是有高有低的不平面，从而达到吸波隐身效果。
上述吸波复合材料3的制备方法，具体按照如下步骤进行：步骤一、首先在模具上制脱模层，一般采用凸模生产，按图纸铺设内蒙皮层33，内蒙皮层33具体可为碳纤维蒙皮，具备多层碳纤维预浸料，碳纤维预浸料为预先浸渍树脂胶，如环氧树脂的增强材料，通常是织物布或者单向带，为现有技术，在此不再赘述。
步骤二、在内蒙皮层33上铺设胶膜后，铺设蜂窝芯层32，并在蜂窝芯层32的部分或全部六方格腔321的腔壁随机布设带胶的玻璃微珠34，然后用吹风机轻微的吹热风，初步定型蜂窝芯层32和玻璃微珠34。
步骤三、在蜂窝芯层32上铺设胶膜后，铺设外蒙皮层31，外蒙皮层31同内蒙皮层33一样，选用碳纤维蒙皮，具备多层碳纤维预浸料。铺设外蒙皮层31时，逐层铺设外蒙皮层31的预浸料层，并在铺设外蒙皮层31的最外层预浸料层311之前，带朝不同方向杂乱铺设若干段单向带3121，以形成凹凸结构层312。
步骤四、在凹凸结构层312上铺设外蒙皮层31的最外层预浸料层311，完成外蒙皮层31的铺设，至此完成吸波复合材料3的制作。
在步骤四之后，还可在形成的吸波复合材料3产品表面制真空袋，置制真空袋以前必须在产品上铺放撕下层，透气层，尼龙薄膜袋，抽真空然后送热压罐热压固化。
经测试，上述吸波复合材料3对于x波段的2~4 cm的电磁波可以吸波15 dB以上，且可以承重每平方米3吨以上的均布载荷。其具体优势如下。
一、吸波性能和强度提高。通过在蜂窝芯层32的六方格腔321内布设玻璃微珠，创新性地实现了蜂窝芯层32与玻璃微珠的结合，不仅提高了蜂窝芯层32的结构强度，而且从源头出发，全面考虑了吸波蜂窝芯的材料品质、规格等，大幅提高了蜂窝芯层32的吸波和隐身性能。
二、吸波性能进一步增强。通过在外蒙皮层中布设由单向带杂乱铺设而成的凹凸结构层，在不影响吸波复合材料3整体结构强度的基础上，通过改善吸波复合材料3的外表面不平度，进一步增加了吸波隐身性能。
三、实现了轻量化。现有屏蔽罩分别制作承重主体1和吸波夹层结构2，然后用胶粘剂将二者粘成一体，根据实际计算，承重主体1和吸波夹层结构2两个产品总重超过240公斤，而采用本方案的吸波复合材料3直接制作同形状、同体积的屏蔽罩，一般只有120公斤，减轻50%以上，维护拆卸更方便。
四、提高屏蔽罩质量。原来屏蔽罩的吸波夹层结构2用胶粘剂粘贴到承重主体1外表面，而胶粘剂是有使用寿命的，尤其在舰船恶劣的使用环境下，很容易开胶脱胶，影响屏蔽罩的使用性能；而采用本方案的吸波复合材料3直接制作屏蔽罩，屏蔽罩为一体式结构，不仅取消了粘接这道工序，消除了开胶脱胶对屏蔽罩造成影响的隐患，而且制造工艺简化，制造成本得到节省。
实施例二。
本实施例提出一种屏蔽罩100，由上述的吸波复合材料3制作而成，相比现有的在由实心层压板制作的承重主体1外表面粘贴吸波夹层结构2的屏蔽罩，本方案的屏蔽罩100仅具备由吸波复合材料3制成的单层结构，吸波复合材料3既作为吸波材料，又作为屏蔽罩100的承重主体，不仅具备了轻量化的优势，而且隐身效果大幅提升。另外，现有屏蔽罩的承重主体1和吸波夹层结构2之间一般采用常温胶粘接为一体，凡是胶粘剂都有一个老化期的问题，长时间使用容易脱胶，导致吸波夹层结构2容易从承重主体1上脱开，不仅维修成本高，而且缩短了屏蔽罩的使用寿命；而本方案的屏蔽罩100，从源头设计考虑吸波隐身，采用实施例一的吸波复合材料3直接制成屏蔽罩100，屏蔽罩100为一体式结构，不仅取消了粘接这道工序，消除了开胶脱胶对屏蔽罩造成影响的隐患，而且制造工艺简化，制造成本也大幅降低。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种吸波复合材料，其特征在于，包括由外至内依次层铺的外蒙皮层、蜂窝芯层和内蒙皮层，其中，所述蜂窝芯层的部分或全部六方格腔的腔壁上附着有玻璃微珠，且所述玻璃微珠在不同所述六方格腔内的分布密度不同，以使所述蜂窝芯层中所有所述六方格腔的吸波能力完全不同。
2.根据权利要求1所述的吸波复合材料，其特征在于，所述外蒙皮层和所述蜂窝芯层之间，以及所述蜂窝芯层和所述内蒙皮层之间均通过胶膜连接。
3.根据权利要求1或2所述的吸波复合材料，其特征在于，所述内蒙皮层为碳纤维蒙皮、芳纶纤维蒙皮或玻璃纤维蒙皮。
4.根据权利要求1或2所述的吸波复合材料，其特征在于，所述蜂窝芯层为玻璃纤维蜂窝芯、牛皮纸蜂窝芯、铝蜂窝芯或芳纶纤维蜂窝芯。
5.根据权利要求1或2所述的吸波复合材料，其特征在于，所述外蒙皮层为碳纤维蒙皮、芳纶纤维蒙皮或玻璃纤维蒙皮。
6.根据权利要求5所述的吸波复合材料，其特征在于，所述外蒙皮层的最外层内侧铺设有凹凸结构层，所述凹凸结构层由若干段单向带朝不同方向杂乱铺设而成。
7.根据权利要求6所述的吸波复合材料，其特征在于，所述若干段单向带的长度不完全相同。
8.根据权利要求6所述的吸波复合材料，其特征在于，任意一段所述单向带的宽度均为20mm~300mm。
9.一种权利要求6~8任意一项所述吸波复合材料的制备方法，其特征在于，包括：铺设所述内蒙皮层；在所述内蒙皮层上铺设胶膜后，铺设所述蜂窝芯层，并在所述蜂窝芯层的部分或全部六方格腔的腔壁布设玻璃微珠；在所述蜂窝芯层上铺设胶膜后，逐层铺设所述外蒙皮层的预浸料层，并在铺设所述外蒙皮层的最外层预浸料层之前，带朝不同方向杂乱铺设若干段所述单向带，以形成所述凹凸结构层；在所述凹凸结构层上铺设所述外蒙皮层的所述最外层预浸料层。
10.一种屏蔽罩，其特征在于，由权利要求1~8任意一项所述的吸波复合材料制作而成。
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