[發明專利]一種碳纖維管增強形外自相似分形復合電磁屏蔽類蜂窩結構板材

在審

• 申請號: 202110985909.7
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113766820A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 雷作勝;沙春暉;張成川;左廣宇;劉雨寒
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明提供一種碳纖維管增強形外自相似分形復合電磁屏蔽類蜂窩結構板材，所述類蜂窩結構板材是由上下兩塊面板、蜂窩內芯所組成的類蜂窩結構板材；所述蜂窩內芯是由分形蜂窩結構、內嵌蜂窩中心的碳纖維管所組成；所述電磁屏蔽涂層涂覆于蜂窩結構內、外壁。上述的碳纖維管增強形外自相似分形復合電磁屏蔽類蜂窩結構板材，解決了目前在航天材料外殼上，作為板材除了需要優異的電磁性能之外，它們還需要一定的承載能力，并滿足輕量化的設計。本發明運用的航天器用板材既保證吸收電磁波又有著優異的承載能力的問題，旨在解決這一問題的同時也能夠實現輕量化，在滿足強度要求下改善板材的物理性能。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，特別是涉及一種碳纖維管增強形外自相似分形復合電磁屏蔽類蜂窩結構板材。

背景技術

自1865年麥克斯韋預測了電磁波的存在到如今已經過去了150多年，無線通信技術在現代社會飛速發展。同時電磁污染也隨之產生，在某些特定情形下電磁污染會導致電子失靈，引發信息泄露，過度的電磁污染也會對人的身體健康產生危害。所以，在某些特殊場合，需要盡可能對電磁波進行吸收，以避免電磁污染所造成的危害。

對于航天材料，不僅需要優秀的電磁屏蔽性能，擁有較寬的電磁吸收頻帶，還需要能夠承受一定的載荷，同時也要達到輕量化的要求。蜂窩內芯結構具有優異的機械性能和高強度- 質量比，并且蜂窩及其復合結構在吸能、降噪以及電磁屏蔽等方面都有著顯著的優點。基于這些優點，蜂窩結構可以用于多種功能復合設計，例如結構電磁屏蔽、能量吸收和承載性能。其次由于蜂窩結構為多孔結構，在材料設計環節中，能使整體結構重量更輕，為基體材料提供低密度支撐。

在實際工程運用中，以正六邊形單元密排形成的蜂窩結構為主，并且這一結構得到了廣泛的運用。這樣的蜂窩結構卻可以說是一種“分形”材料，板材中芯填充蜂窩結構，在大自然中也存在著這樣的“分形”材料，例如樹木中的纖維，骨骼中的孔洞。最早的“分形”屬于數學問題，例如謝爾賓斯基三角形，Mandelbort提出的Leibniz堆積等。在材料領域中“分形”的概念最早是“材料形態的復合”，直到1993年Roderic Lakes提出了“分形材料”這一概念。

中國專利文獻CN 205219945 U公開了一種電磁屏蔽蜂窩板，在鋁蜂窩層上覆蓋多種材料層來實現降低電磁輻射的作用，但其結構復雜，無輕量化設計，電磁屏蔽效率低。

中國專利文獻CN 109881036 B公開了一種電磁屏蔽泡沫鋁復合材料的制備方法，利用 TiH₂在鎂塊和空心陶瓷微球的復合體系中進行發泡，制備了小孔徑、高強度及電磁屏蔽性能優良的新型閉孔泡沫鋁復合材料，但制備方法過程中需要高溫，存在易燃易爆的危險因素，過程不夠安全，制備的結構板材的機械性能和電磁屏蔽性能還不理想。

中國專利文獻CN 111186178 A公開了一種具有平面多方向同性蜂窩夾芯的蜂窩板結構，采用波紋鋁板制成的蜂窩結構和剛性空心管組合成新型蜂窩芯結構，利用剛性空心管的方向性及良好的抗壓性能，通過在各個方向上均勻布置以達到力學各向同性，使得新型蜂窩板擁有良好的側向抗壓能力并能保持力學平面多方向同性。由于結合蜂窩板材使用環境受軸向載荷的情況較為普遍，其分形蜂窩結構板材其機械性能不夠理想，復合電磁屏蔽性能有待提高。因此，如何以分形結構為基礎，通過對蜂窩結構進行改進以及材料設計來形成復合結構，來實現電磁屏蔽效果的同時提高承載能力成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于解決目前運用的航天器用板材既保證吸收電磁波又有著優異的承載能力的問題，旨在解決這一問題的同時也能夠實現輕量化，在滿足強度要求下改善板材的物理性能，提供一種碳纖維管增強形外自相似分形復合電磁屏蔽類蜂窩結構板材，在加強軸向機械性能的同時通過分形蜂窩結構也加強了橫向機械性能，并復合電磁屏蔽性能。本發明以分形結構為基礎，通過對蜂窩結構進行改進以及在蜂窩內加入不同材料來形成復合結構，來實現對航天器上板材達到電磁屏蔽效果的同時也擁有優異的承載能力。