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CN112776372B - 一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN112776372B CN202110057108.4A CN202110057108A CN112776372B CN 112776372 B CN112776372 B CN 112776372B CN 202110057108 A CN202110057108 A CN 202110057108A CN 112776372 B CN112776372 B CN 112776372B
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Abstract

本发明涉及微波吸收复合材料技术领域,具体涉及一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料及其制备方法;所述结构吸波复合材料依次由透波层、吸波层和反射层复合而成。上层透波层能够提供良好的阻抗匹配性能;中间层吸波层能够通过多层连续碳纤维束的阵列错位排布或者其与吸波功能粒子的配合使用,借助介电损耗、磁损耗、1/4波长损耗和碳纤维束之间的多重散射和边缘散射,赋予复合材料强大的电磁波损耗能力;底层反射层能够使电磁波反射并被二次损耗,从而进一步提升复合材料的电磁波吸收性能。本发明原料来源广泛,成型工艺稳定且操作便捷,制得的复合材料吸波性能和力学性能均优良,在军事和民用领域均具有很好的应用前景。

Description

一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及微波吸收复合材料技术领域,具体涉及一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料及其制备方法。
背景技术
结构型吸波复合材料是基于纤维增强体进行兼顾吸波性能和力学性能综合一体化设计的雷达波隐身材料,所具备的隐身性能通常通过使用特殊的材料和结构来达到降低可探测性的目标。结构型吸波材料具有吸波性能好、质量轻、可承载等优点,是当前各国吸波隐身技术的重点研究方向之一,对隐身材料的设计和制造具有重要意义。目前的结构型吸波复合材料主要包括层板结构、夹心结构、频率选择表面、超结构等,其中,层板型结构由于成型工艺简单而应用最为广泛,主要由入射层(阻抗匹配层)、吸波层和反射层复合而成。
对于结构型吸波复合材料,通常通过不同增强纤维的匹配来获得有效的承载和吸波性能。透波层一般采用介电常数和损耗角正切值尽可能小的低介电常数纤维,如超高分子量聚乙烯纤维、石英纤维、玻璃纤维等,在起承载作用的同时可赋予优异的阻抗匹配性能,从而使尽可能多的电磁波进入到吸波结构内部。玻璃纤维具有绝缘性好、耐热性佳、抗腐蚀性优、机械强度高等优点,在制备层板型或夹层型吸波结构时,单一的玻璃纤维或者负载有吸波功能粒子的玻璃纤维作为承载体可以有效发挥吸波层的作用。碳纤维由于具备优异的力学性能、热力学性能和耐腐蚀性能等成为目前复合材料中最常使用的增强纤维之一。此外,碳纤维具有良好的介电和导电能力,是一种介电损耗型吸波材料。当电磁波在碳纤维之间传播时,除了趋肤效应产生的电磁能损耗之外,部分电磁波在碳纤维束之间经散射而发生类似相位相消现象,从而可以降低电磁波的反射,并消耗部分电磁波的能量。但是,对于连续碳纤维布,由于其良好的导电性能,对电磁波会产生强反射作用,所以经常用其制作层板型结构吸波复合材料的反射层。目前,对于连续碳纤维吸波性能的研究相对较少,如何将连续碳纤维有效用于层板型复合材料并能有效拓宽其吸收带宽是目前该领域急需解决的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料及其制备方法,以克服传统层板型结构吸波复合材料存在的吸收带宽窄、厚度大的问题。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,所述吸波隐身材料依次由透波层、吸波层和反射层复合而成;其中,透波层选用介电常数较低的连续纤维布;吸波层包括多层玻璃纤维布,所述玻璃纤维布之间以不同间隔以及不同宽度排布有呈网格状排列的连续碳纤维束,且相邻上下两层玻璃纤维布上网格排列的碳纤维束等间距错位排布;反射层选用连续碳纤维布;所述透波层、吸波层和反射层之间以及它们中的每一层连续纤维布之间均是通过树脂粘接并固化成型的,所述玻璃纤维布之间网格排列的连续碳纤维束与玻璃纤维布之间也通过树脂粘接并固化成型。透波层、吸波层、反射层的厚度可以根据所需要的复合材料的力学和吸波性能自行设计。所述碳纤维束在复合材料层间构成的棋盘网格结构既可以避免连续碳纤维导致的对电磁波的强反射作用,又能够充分利用碳纤维的优异电损耗作用,且碳纤维和玻璃纤维的宏观结合有利于电磁波的多重边缘散射,从而更有效消耗电磁波,提升材料对电磁波的吸收能力,有利于减小多层结构复合材料的厚度,既可以达到轻质要求,也能够有效提升电磁波损耗性能。
进一步的,所述介电常数较低的连续纤维布为超高分子量聚乙烯纤维布、玻璃纤维布和石英纤维布中的一种。优选的,本发明的透波层的介电常数较低的连续纤维布选用超高分子量聚乙烯纤维布或者玻璃纤维布。
进一步的,当透波层选用超高分子量聚乙烯纤维布,复合材料的厚度为3.5 mm时,其最大反射损耗RLmax = -17.51 dB,RL < -10 dB的吸波频带从10.32至17.72 GHz,可达7.4 GHz。
对本发明所述结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料的吸波性能进行测试,依据的是GJB2038A-2011《RAM(雷达吸波材料)反射拱法测试方法》。具体为:将所述结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料制成180*180*3.5 mm的板材,通过弓形法测得其吸波性能为:最大反射损耗RLmax为-17.51 dB,RL< -10 dB的有效吸收频宽从10.32 GHz至17.72 GHz,达7.4 GHz。
进一步的,当透波层选用超高分子量聚乙烯纤维布,复合材料的厚度为4.5 mm时,其对电磁波的最大反射损耗RLmax达到-25.8 dB。
进一步的,所述连续碳纤维束以不同间隔和不同宽度的排布方式固定在上下两层玻璃纤维布之间,其中单束纤维束的宽度为2 mm。
进一步的,在所述吸波层的玻璃纤维布上引入吸波功能粒子,以通过阵列错位排布的连续碳纤维束和吸波功能粒子的配合,借助介电损耗、磁损耗、1/4波长损耗和碳纤维束之间的多重散射和边缘散射,进一步提升复合材料的电磁波损耗能力;所述吸波功能粒子是通过将添加有吸波功能粒子的树脂涂布在玻璃纤维布上并经固化制备得到的。
优选的,所述吸波功能粒子是由还原氧化石墨烯、四氧化三铁和聚苯胺复合而成的三元复合功能粒子。
本发明还提供上述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将透波层选用的低介电常数连续纤维布、玻璃纤维布、连续碳纤维布裁剪成复合材料所需要的长×宽尺寸,选取长度分别与所裁剪纤维布的长度或宽度一致的连续碳纤维束,所述连续碳纤维束宽度为2 mm;
(2)按照比例称取并配制树脂胶液;
(3)铺设一定层数的步骤(1)裁剪得到的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间铺设不同间隔以及不同宽度的连续碳纤维束,排列好碳纤维束后刷涂上步骤(2)制备的树脂胶液,使上下两层玻璃纤维布以及其间铺设的碳纤维束均粘接在一起,最终得到设计厚度的吸波层;
(4)将一定层数的步骤(1)裁剪得到的低介电常数连续纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(3)得到的设计厚度的吸波层;最后将一定层数的步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料。
当在所述吸波层的玻璃纤维布上引入吸波功能粒子时,所述一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将透波层选用的低介电常数连续纤维布、玻璃纤维布、连续碳纤维布裁剪成复合材料所需要的长×宽尺寸,选取长度分别与所裁剪纤维布的长度或宽度一致的连续碳纤维束,所述连续碳纤维束宽度为2 mm;
(2)按照比例称取并配制树脂胶液;
(3)将所需质量的吸波功能粒子加入到步骤(2)所配制的树脂胶液中并混合均匀,得到添加有吸波功能粒子的树脂胶液;
(4)将步骤(3)制备的添加有吸波功能粒子的树脂胶液刷涂到步骤(1)裁剪得到的玻璃纤维布上,制得单层吸波玻璃纤维布;
(5)铺设一定层数的步骤(4)制得的具有吸波性能的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间铺设不同间隔以及不同宽度的连续碳纤维束,排列好碳纤维束后刷涂上步骤(2)制备的树脂胶液,使铺设的碳纤维束与上下两层的玻璃纤维布均粘接在一起,最终得到设计厚度的吸波层;
(6)将一定层数的步骤(1)裁剪得到的低介电常数连续纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(5)得到的设计厚度的吸波层;最后将一定层数的步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到所述一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果:
透波层、吸波层和反射层三层结构的有效结合使得入射电磁波能够最大程度的进入到复合材料内部,具有良好的阻抗匹配性能以及优异的吸波隐身性能。
碳纤维束在复合材料层间构成的棋盘网格结构既可以避免连续碳纤维导致的对电磁波的强反射作用,又能够充分利用碳纤维的优异电损耗作用,且碳纤维和玻璃纤维的宏观结合有利于电磁波的多重边缘散射,从而更有效消耗电磁波,提升材料对电磁波的吸收能力,有利于减小多层结构复合材料的厚度,既可以达到轻质要求,也能够有效提升电磁波损耗性能。
附图说明
图1为每层玻璃纤维布上的碳纤维束的排布方式。
图中黑色是碳纤维束,灰色为玻璃纤维,碳纤维束以固定间隔网格排列。
图2为复合材料吸波层的截面示意图。
图中为六层玻璃纤维布和五层碳纤维束网格,相邻上下两层玻璃纤维布上的碳纤维束等间距错位排布,即上一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格在下一层玻璃纤维布上的碳纤维束网络的基础上横向向右、纵向向上分别移动一个碳纤维束的宽度n,以此类推。
图3为根据本发明实施例1制备的吸波复合材料的反射率测试曲线图。
图4为根据本发明实施例2制备的吸波复合材料的反射率测试曲线图。
图5为根据本发明实施例3制备的吸波复合材料的反射率测试曲线图。
图6为根据本发明实施例4制备的吸波复合材料的反射率测试曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将超高分子量聚乙烯纤维布、玻璃纤维布、碳纤维布裁剪成长×宽为200×200mm,称重,分别为8 g、200 g和15 g;选取长度为所裁剪纤维布长度(即200 mm)且宽度为2mm的连续碳纤维束;
(2)按照1:0.55的质量比称取87 g环氧树脂E51和48 g固化剂聚醚胺D400,将它们混合均匀,然后放入真空烘箱85℃除泡10 min,得到树脂胶液;
(3)铺设(1)中裁剪得到的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间采取网格排布方式按照横向和纵向均为10 mm的间距排布(1)中裁剪得到的碳纤维束一束,即使n=2mm,且相邻上下两层玻璃纤维布上的碳纤维束错位排布,具体来说,就是上一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格在下一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格的基础上横向向右、纵向向上分别移动一个碳纤维束的宽度(即2 mm),以此类推;则每层共铺设18根碳纤维束;排布好碳纤维束后,在玻璃纤维布和碳纤维束上刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,使任意两层玻璃纤维布以及其间铺设的碳纤维束均粘接在一起;最终,铺设六层玻璃纤维布和五层碳纤维束,得到吸波层;
(4)在模具上涂覆脱模剂,将两层步骤(1)中裁剪得到的超高分子量聚乙烯纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(3)得到的设计厚度的吸波层;最后将两层步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,热压工艺为:90℃凝胶30 min,升高温度至135℃,15 MPa下热压两小时,冷却脱模;
(5)固化成型后所得复合材料的厚度为3.5 mm,将其裁成180*180 mm的正方形进行后续性能测试。
采用弓形法测试本实施例制备的复合材料的反射率,所得曲线如图3所示。由测试结果可知,其对于电磁波的最大反射损耗RLmax= -22.4 dB,RL< -10 dB的有效吸收带宽为2.8 GHz(15.2-18 GHz)。
实施例2
(1)将超高分子量聚乙烯纤维布、玻璃纤维布、碳纤维布裁剪成长×宽为200×200mm,称重,分别为8 g、205 g和15 g;选取长度为所裁剪纤维布长度(即200mm)且宽度为2 mm的连续碳纤维束;
(2)按照1:0.55的质量比称取90 g环氧树脂E51和51 g固化剂聚醚胺D400,将它们混合均匀,然后放入真空烘箱85℃除泡10 min得到树脂胶液;
(3)铺设(1)中裁剪得到的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间采取网格排布方式按照横向和纵向均为20 mm的间距排布(1)中裁剪得到的碳纤维束两束,即使n=4mm,且相邻上下两层玻璃纤维布上的碳纤维束错位排布,即上一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格在下一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格的基础上横向向右、纵向向上分别移动4mm,以此类推;则每层共铺设18根碳纤维束;排布好碳纤维束后在玻璃纤维布和碳纤维束上刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,使任意两层玻璃纤维布以及其间铺设的碳纤维束均粘接在一起;最终,铺设六层玻璃纤维布和五层碳纤维束,得到吸波层;
(4)在模具上涂覆脱模剂,将两层步骤(1)中裁剪得到的超高分子量聚乙烯纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(3)得到的设计厚度的吸波层;最后将两层步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,热压工艺为:90℃凝胶30 min,升高温度至135℃,在15 MPa下热压两小时,冷却脱模;
(5)固化成型后所得复合材料的厚度为3.5 mm,将其裁成180*180 mm的正方形进行后续性能测试。
采用弓形法测试本实施例制备的复合材料的反射率,所得曲线如图4所示。由测试结果可知,对于电磁波的最大反射损耗RLmax = -37.7 dB,RL< -10 dB的有效吸收带宽为5.72 GHz(12.28 -18 GHz)。
实施例3
(1)将超高分子量聚乙烯纤维布、玻璃纤维布、碳纤维布裁剪成长×宽为200×200mm,称重,分别为7.5 g、203 g和16 g;选取长度为所裁剪纤维布长度(即200 mm)且宽度为2mm的连续碳纤维束;
(2)按照1:0.55的质量比称取92 g环氧树脂E51和52 g固化剂聚醚胺D400,将它们混合均匀,然后放入真空烘箱85℃除泡10 min得到树脂胶液;
(3)铺设(1)中裁剪得到的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间采取网格排布方式按照横向和纵向均为30 mm的间距排布(1)中裁剪得到的碳纤维束三束,即使n=6mm,且相邻上下两层玻璃纤维布上的碳纤维束错位排布,即上一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格在下一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格的基础上横向向右、纵向向上分别移动6mm,以此类推;则每层共铺设18根碳纤维束;排布好碳纤维束后在玻璃纤维布和碳纤维束上刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,使任意两层玻璃纤维布以及其间铺设的碳纤维束均粘接在一起;最终铺设六层玻璃纤维布和五层碳纤维束,得到吸波层;
(4)在模具上涂覆脱模剂,将两层步骤(1)中裁剪得到的超高分子量聚乙烯纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(3)得到的设计厚度的吸波层;最后将两层步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,热压工艺为:90℃凝胶30 min,升高温度至135℃,在15 MPa下热压两小时,冷却脱模;
(5)固化成型后所得复合材料的厚度为3.5 mm,将其裁成180*180 mm的正方形进行后续性能测试。
采用弓形法测试本实施例制备的复合材料的反射率,所得曲线如图5所示。由测试结果可知,随着碳纤维束的宽度和间隔的增加,吸波带宽继续增加,并且出现双峰吸收,RL<-10 dB的有效吸收带宽达到最大7.4 GHz(10.32-17.72 GHz),对于电磁波的最大反射损耗RLmax =-17.5 dB。
实施例4
(1)将超高分子量聚乙烯纤维布、玻璃纤维布、碳纤维布裁剪成长×宽为200×200mm,称重,分别为7 g、203 g和16 g;选取长度为所裁剪纤维布长度(即200 mm)且宽度为2mm的连续碳纤维束;
(2)按照1:0.55的质量比称取98 g环氧树脂E51和54 g固化剂聚醚胺D400,将它们混合均匀,然后放入真空烘箱85℃除泡10 min得到树脂胶液;
(3)制备还原氧化石墨烯、四氧化三铁和聚苯胺三元复合功能粒子。首先,称取3.6g FeCl2·4H2O和6.1 g FeCl3·6H2O,超声溶解在90 mL去离子水中,在水浴中加热至50℃,将 92.5 mL的NaOH水溶液(53.6 mg/mL)滴加到上述混合溶液中,50℃持续反应90 min,冷却至室温后用磁铁分离Fe3O4;得到的Fe3O4用去离子水洗涤3-5次,以除去未反应的物质;然后将得到的Fe3O4分散在120 mL去离子水中,形成稳定的Fe3O4悬浮液(62.3 mg/mL);
将0.93 g苯胺和2.28 g过硫酸铵分别溶解在10 mL的1 M盐酸(HCI)溶液中,在剧烈搅拌的情况下,使混合溶液在20℃反应1 h。反应结束后,用水和甲醇过滤并洗涤深绿色溶液,以除去多余的过硫酸铵和苯胺低聚物,直至滤液无色;最后,将样品分散在去离子水中,得到稳定的PANI溶液(16.2 mg/mL);
将0.5 g聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 溶于400 mL GO水溶液(2.5 mg/mL) 中;10 mL水合肼与20 mL乙醇混合,然后在剧烈搅拌下,将其加入到上述GO混合溶液中,80℃反应3 h,反应结束后冷却至室温,即可得到稳定分散的PVP-rGO分散液;
在超声和机械搅拌下,将Fe3O4溶液、PVP-rGO分散液和PANI溶液按照质量分数为7:1.5:1.5的配比制备混合的溶液再转移到三口烧瓶中,80℃下反应3 h,然后冷却至室温,冷冻干燥后得到复合吸波功能粒子;
(4)按照复合材料质量分数的7.5%的比例将30 g吸波功能粒子加入到步骤(2)所配制的树脂胶液中并混合均匀,得到添加有吸波功能粒子的树脂胶液;
(5)将步骤(4)制备的添加有吸波功能粒子的树脂胶液刷涂到步骤(1)裁剪得到的玻璃纤维布上,制得单层吸波玻璃纤维布;
(6)铺设一定层数的步骤(5)制得的具有吸波功能的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间采取网格排布方式按照横向和纵向均为10 mm的间距排布(1)中裁剪得到的碳纤维束一束,即使n=2 mm,且相邻上下两层玻璃纤维布上的碳纤维束错位排布,即上一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格在下一层玻璃纤维布上的碳纤维束网格的基础上横向向右、纵向向上分别移动一个碳纤维束宽度的距离(即2 mm),以此类推;则每层共铺设18根碳纤维束;排布好碳纤维束后在玻璃纤维布和碳纤维束上刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,使任意两层玻璃纤维布以及其间铺设的碳纤维束均粘接在一起;最终,铺设六层玻璃纤维布和五层碳纤维束,得到吸波层;
(7)在模具上涂覆脱模剂,将两层步骤(1)中裁剪得到的超高分子量聚乙烯纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(6)得到的设计厚度的吸波层;最后将两层步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,热压工艺为:90℃凝胶30min,升高温度至135℃,15 MPa热压两小时,冷却脱模;
(8)固化成型后所得复合材料的厚度为4.5 mm,将其裁成180*180 mm的正方形进行后续性能测试。
采用弓形法测试本实施例制备的复合材料的反射率,所得曲线如图6所示。由测试结果可知,在碳纤维束和吸波功能粒子的共同作用下,该复合材料对于电磁波的最大反射损耗RLmax = -25.8 dB,RL< -10 dB的有效吸收带宽为4.46 GHz(6.84-11.3 GHz)。

Claims (9)

1.一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,所述吸波隐身材料依次由透波层、吸波层和反射层复合而成;其中,透波层选用介电常数较低的连续纤维布;吸波层包括多层玻璃纤维布,所述玻璃纤维布之间排布有以不同间隔以及不同宽度排列的呈网格状的连续碳纤维束,且相邻上下两层玻璃纤维布上网格排列的碳纤维束等间距错位排布;反射层选用连续碳纤维布;所述透波层、吸波层和反射层之间以及它们中的每一层连续纤维布之间均是通过树脂粘接并固化成型的,所述玻璃纤维布之间网格排列的连续碳纤维束与玻璃纤维布之间也通过树脂粘接并固化成型。
2.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,所述介电常数较低的连续纤维布为超高分子量聚乙烯纤维布、玻璃纤维布和石英纤维布中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,当透波层选用超高分子量聚乙烯纤维布,复合材料的厚度为3.5 mm时,其最大反射损耗RLmax = -17.51 dB,RL < -10 dB的吸波频带从10.32至17.72 GHz,可达7.4 GHz。
4.根据权利要求2所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,当透波层选用超高分子量聚乙烯纤维布,复合材料的厚度为4.5 mm时,其对电磁波的最大反射损耗RLmax达到-25.8 dB。
5.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,所述连续碳纤维束以不同间隔和不同宽度的排布方式固定在上下两层玻璃纤维布之间,其中单束纤维束的宽度为2 mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将透波层选用的低介电常数连续纤维布、玻璃纤维布、连续碳纤维布裁剪成复合材料所需要的长×宽尺寸,选取长度分别与所裁剪纤维布的长度或宽度一致的连续碳纤维束,所述连续碳纤维束宽度为2 mm;
(2)按照比例称取并配制树脂胶液;
(3)铺设一定层数的步骤(1)裁剪得到的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间铺设不同间隔以及不同宽度的连续碳纤维束,排列好碳纤维束后刷涂上步骤(2)制备的树脂胶液,使上下两层玻璃纤维布以及其间铺设的碳纤维束均粘接在一起,最终得到设计厚度的吸波层;
(4)将一定层数的步骤(1)裁剪得到的低介电常数连续纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(3)得到的设计厚度的吸波层;最后将一定层数的步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料。
7.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,在所述吸波层的玻璃纤维布上引入吸波功能粒子,以通过阵列错位排布的连续碳纤维束和吸波功能粒子的配合,借助介电损耗、磁损耗、1/4波长损耗和碳纤维束之间的多重散射和边缘散射,进一步提升复合材料的电磁波损耗能力;所述吸波功能粒子是通过将添加有吸波功能粒子的树脂涂布在玻璃纤维布上并经固化制备得到的。
8.根据权利要求7所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料,其特征在于,所述吸波功能粒子是由还原氧化石墨烯、四氧化三铁和聚苯胺复合而成的三元复合功能粒子。
9.根据权利要求7或8所述的一种结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将透波层选用的低介电常数连续纤维布、玻璃纤维布、连续碳纤维布裁剪成复合材料所需要的长×宽尺寸,选取长度分别与所裁剪纤维布的长度或宽度一致的连续碳纤维束,所述连续碳纤维束宽度为2 mm;
(2)按照比例称取并配制树脂胶液;
(3)将所需质量的吸波功能粒子加入到步骤(2)所配制的树脂胶液中并混合均匀,得到添加有吸波功能粒子的树脂胶液;
(4)将步骤(3)制备的添加有吸波功能粒子的树脂胶液刷涂到步骤(1)裁剪得到的玻璃纤维布上,制得单层吸波玻璃纤维布;
(5)铺设一定层数的步骤(4)制得的具有吸波性能的玻璃纤维布,且在任意两层玻璃纤维布之间铺设不同间隔以及不同宽度的连续碳纤维束,排列好碳纤维束后刷涂上步骤(2)制备的树脂胶液,使铺设的碳纤维束与上下两层的玻璃纤维布均粘接在一起,最终得到设计厚度的吸波层;
(6)将一定层数的步骤(1)裁剪得到的低介电常数连续纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的透波层;然后铺放步骤(5)得到的设计厚度的吸波层;最后将一定层数的步骤(1)裁剪得到的碳纤维布铺放在模具上,每铺一层均需刷涂步骤(2)制备的树脂胶液,得到设计厚度的反射层;然后通过热压成型工艺制备得到在吸波层的玻璃纤维布中引入吸波功能粒子的结构功能一体化连续纤维树脂基吸波隐身复合材料。
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