[發明專利]一種結構功能一體化連續纖維樹脂基吸波隱身復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110057108.4
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112776372B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 劉亞青;杜曉梅;韓冠宇;樊益澤;杜蘇睿;趙貴哲
• 申請（專利權）人: 中北大學;山西中北新材料科技有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/10;B29C70/88;B32B27/38;B32B27/04;B32B33/00;B32B17/04;B32B37/10;B32B37/12
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;楊文艷

本發明涉及微波吸收復合材料技術領域，具體涉及一種結構功能一體化連續纖維樹脂基吸波隱身復合材料及其制備方法；所述結構吸波復合材料依次由透波層、吸波層和反射層復合而成。上層透波層能夠提供良好的阻抗匹配性能；中間層吸波層能夠通過多層連續碳纖維束的陣列錯位排布或者其與吸波功能粒子的配合使用，借助介電損耗、磁損耗、1/4波長損耗和碳纖維束之間的多重散射和邊緣散射，賦予復合材料強大的電磁波損耗能力；底層反射層能夠使電磁波反射并被二次損耗，從而進一步提升復合材料的電磁波吸收性能。本發明原料來源廣泛，成型工藝穩定且操作便捷，制得的復合材料吸波性能和力學性能均優良，在軍事和民用領域均具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及微波吸收復合材料技術領域，具體涉及一種結構功能一體化連續纖維樹脂基吸波隱身復合材料及其制備方法。

背景技術

結構型吸波復合材料是基于纖維增強體進行兼顧吸波性能和力學性能綜合一體化設計的雷達波隱身材料，所具備的隱身性能通常通過使用特殊的材料和結構來達到降低可探測性的目標。結構型吸波材料具有吸波性能好、質量輕、可承載等優點，是當前各國吸波隱身技術的重點研究方向之一，對隱身材料的設計和制造具有重要意義。目前的結構型吸波復合材料主要包括層板結構、夾心結構、頻率選擇表面、超結構等，其中，層板型結構由于成型工藝簡單而應用最為廣泛，主要由入射層（阻抗匹配層）、吸波層和反射層復合而成。

對于結構型吸波復合材料，通常通過不同增強纖維的匹配來獲得有效的承載和吸波性能。透波層一般采用介電常數和損耗角正切值盡可能小的低介電常數纖維，如超高分子量聚乙烯纖維、石英纖維、玻璃纖維等，在起承載作用的同時可賦予優異的阻抗匹配性能，從而使盡可能多的電磁波進入到吸波結構內部。玻璃纖維具有絕緣性好、耐熱性佳、抗腐蝕性優、機械強度高等優點，在制備層板型或夾層型吸波結構時，單一的玻璃纖維或者負載有吸波功能粒子的玻璃纖維作為承載體可以有效發揮吸波層的作用。碳纖維由于具備優異的力學性能、熱力學性能和耐腐蝕性能等成為目前復合材料中最常使用的增強纖維之一。此外，碳纖維具有良好的介電和導電能力，是一種介電損耗型吸波材料。當電磁波在碳纖維之間傳播時，除了趨膚效應產生的電磁能損耗之外，部分電磁波在碳纖維束之間經散射而發生類似相位相消現象，從而可以降低電磁波的反射，并消耗部分電磁波的能量。但是，對于連續碳纖維布，由于其良好的導電性能，對電磁波會產生強反射作用，所以經常用其制作層板型結構吸波復合材料的反射層。目前，對于連續碳纖維吸波性能的研究相對較少，如何將連續碳纖維有效用于層板型復合材料并能有效拓寬其吸收帶寬是目前該領域急需解決的問題。

發明內容

本發明旨在提供一種結構功能一體化連續纖維樹脂基吸波隱身復合材料及其制備方法，以克服傳統層板型結構吸波復合材料存在的吸收帶寬窄、厚度大的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種結構功能一體化連續纖維樹脂基吸波隱身復合材料，所述吸波隱身材料依次由透波層、吸波層和反射層復合而成；其中，透波層選用介電常數較低的連續纖維布；吸波層包括多層玻璃纖維布，所述玻璃纖維布之間以不同間隔以及不同寬度排布有呈網格狀排列的連續碳纖維束，且相鄰上下兩層玻璃纖維布上網格排列的碳纖維束等間距錯位排布；反射層選用連續碳纖維布；所述透波層、吸波層和反射層之間以及它們中的每一層連續纖維布之間均是通過樹脂粘接并固化成型的，所述玻璃纖維布之間網格排列的連續碳纖維束與玻璃纖維布之間也通過樹脂粘接并固化成型。透波層、吸波層、反射層的厚度可以根據所需要的復合材料的力學和吸波性能自行設計。所述碳纖維束在復合材料層間構成的棋盤網格結構既可以避免連續碳纖維導致的對電磁波的強反射作用，又能夠充分利用碳纖維的優異電損耗作用，且碳纖維和玻璃纖維的宏觀結合有利于電磁波的多重邊緣散射，從而更有效消耗電磁波，提升材料對電磁波的吸收能力，有利于減小多層結構復合材料的厚度，既可以達到輕質要求，也能夠有效提升電磁波損耗性能。

進一步的，所述介電常數較低的連續纖維布為超高分子量聚乙烯纖維布、玻璃纖維布和石英纖維布中的一種。優選的，本發明的透波層的介電常數較低的連續纖維布選用超高分子量聚乙烯纖維布或者玻璃纖維布。