[發明專利]一種基于短切纖維混雜氈的集成抗高速沖擊和吸波功能的纖維樹脂超材料及其制備

有效

• 申請號: 202210422252.8
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114851654B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 劉亞青;裴小芯;韓冠宇;陳啟暉;王東紅;張晗;張榕;高揚
• 申請（專利權）人: 中北大學;中國電子科技集團公司第三十三研究所
• 主分類號: B32B27/02
• 分類號: B32B27/02;B32B27/34;B32B9/00;B32B9/04;B32B17/02;B32B17/12;B32B17/10;B32B7/12;B32B37/06;B32B37/10;B32B38/08;B29C70/54;B29C70/34;H01Q17/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 李曉娟

本發明涉及一種基于短切纖維混雜氈的集成抗高速沖擊和吸波功能的纖維樹脂超材料及其制備，所述纖維樹脂超材料包括介質層以及粘附于介質層上的頻率選擇表面電阻膜貼片；電阻膜貼片通過電阻膜表面的感應電流產生的歐姆損耗以及其與介質層形成的1/4波長共振效應賦予該材料優異的電磁波損耗能力；介質層通過短切玻纖混雜氈中的碳纖維含量調控電磁參數，從而進一步提升超材料的電磁波吸收性能；同時連續纖維布間的短切玻纖混雜氈的橋接作用還可以提升超材料的力學性能。本發明原料來源廣泛，制備工藝簡單、穩定且易操作，制得的集成抗高速沖擊和吸波功能的纖維樹脂超材料在軍事和民用領域均具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及纖維樹脂復合材料領域，具體是一種基于短切纖維混雜氈的集成抗高速沖擊和吸波功能的纖維樹脂超材料及其制備。

背景技術

飛速發展的電子信息技術在給生產生活帶來極大便利的同時，也給信息安全、身體健康等帶來巨大的挑戰。因此，對高效電磁防護材料，特別是電磁波吸收材料的需求與日激增。

目前，電磁波吸收材料主要分為吸波涂層和結構型吸波材料兩大類。吸波涂層在長時間使用過程中容易脫落，需要頻繁維護、修補，限制了它的應用。此外，吸波涂層不具有承載能力且功能較為單一，不能滿足大部分實際應用所需要的兼具吸波和承載能力的要求。因此，結構型吸波材料的研究和使用是目前以及未來吸波材料研究和發展的主要方向。

對于結構型吸波材料，傳統方法一般是通過將吸波功能粒子，如碳納米管、炭黑等分散在樹脂基體中為材料提供電磁性能。該方法需要將功能粒子分散在環氧樹脂等高分子基體中，不僅容易導致粒子發生團聚，而且會大幅提高基體材料的粘度，導致制備過程困難且性能難以穩定。另一方面，為獲得較佳的力學性能，通常使用纖維，如超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、碳纖維等增強來實現有效的承載，但普遍存在纖維層間結合力差的問題，導致應用時容易發生分層從而使結構失效，而若同時結合吸波功能粒子分散在基體中調控電磁特性，則更易使力學性能下降且重量增加。因此，如何能夠將抗高速沖擊和寬帶微波吸收性能集成到輕質結構中仍然是一個巨大的挑戰。

超材料是21世紀出現的具有可人工調控電磁響應周期性單元的新型材料。它能夠通過對微觀結構單元的設計，改變材料的宏觀特性，實現對電磁波的有效吸收。相比于傳統的吸波結構，超材料吸波結構可以在較薄的厚度下實現某一頻段的完美吸收，同時具有可調性和可設計性的優點，但普遍存在吸波頻帶窄的問題，所以未來超材料吸波結構發展的一個重要方向就是把其在較窄頻段的完美吸收變成在寬頻段的完美吸收。

頻率選擇表面(Frequency?Selective?Surface，FSS)通常由在平面上一系列周期排列的金屬單元構成，通過設計各種不同的單元結構可以實現其對入射電磁波的不同空間吸波特性。從是否具有損耗特性的角度，可以將FSS分為無耗FSS和有耗FSS。無耗FSS，是指由理想導體單元構成的周期表面。然而現實中并不存在理想導體，往往采用導電性良好的金屬銅、鋁或者銀。有耗FSS，是指由有耗單元所構成的周期表面，關于它的制作，可以通過在金屬FSS上焊接集總電阻、使用絲網印刷技術印刷電阻油墨或者將電阻膜圖案化等方法制作。金屬圖案設計可以調節諧振頻率，但設計復雜且制備成本高，同時嵌入復合材料中會產生薄弱界面，易使復合材料在此界面處分層而導致整體失效。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提供一種基于短切纖維混雜氈的集成抗高速沖擊和吸波性能的纖維樹脂超材料，以克服傳統層板型結構吸波復合材料存在的制備困難、厚度大、力學性能差、吸波帶寬窄等方面問題；同時克服超材料吸波結構普遍存在的吸波頻帶窄的問題，金屬FSS存在的復雜、制作成本高、易使復合材料在薄弱界面處分層而導致整體失效的問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于短切纖維混雜氈的集成抗高速沖擊和吸波功能的纖維樹脂超材料，包括介質層以及粘附于介質層上的FSS電阻膜貼片；