[發明專利]一種基于蜂窩橫向結構的吸波夾芯復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310279107.3
• 申請日: 2023-03-21
• 公開（公告）號: CN116141804A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 劉亞青;黃紹梁;武朝陽;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: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B9/04;B32B7/12;B32B17/02;B32B17/06;B32B3/28;B32B37/06;B32B37/10;B32B37/12;B32B38/08
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 李曉娟

本發明涉及功能蜂窩夾芯復合材料技術領域，具體為一種基于蜂窩橫向結構的吸波夾芯復合材料及其制備方法，由上部透波層、中間吸波層和下部反射層復合而成；所述中間吸波層為橫向于蜂窩厚度方向的一層或多層吸波蜂窩。本發明由于蜂窩結構在橫向于其厚度方向上使用，因此，可以利用蜂窩結構的整個體積，相對于入射電磁波的有效厚度變得非常大，從而提高了吸波帶寬。本發明的原料來源廣泛，成型工藝穩定且操作便捷，制得的蜂窩夾芯復合材料的吸波性能優異，在軍事和民用領域均具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及功能蜂窩夾芯復合材料技術領域，具體為一種基于蜂窩橫向結構的吸波夾芯復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷進步，越來越多的電子設備使用到電磁波，隨之而來可能導致電磁干擾和輻射，不僅影響電子儀器設備的正常運行，而且還會對處于輻射范圍內的生命體造成危害。因此，吸波材料的研究和開發受到了越來越廣泛的關注。

吸波材料主要分為涂覆型和結構型兩大類。與涂覆型吸波材料相比，結構型吸波材料能夠實現承載和吸波雙重功效，并且結構可設計性強、性能持久穩定，近年來得到了更廣泛的重視和更深入的研究。蜂窩夾芯結構是一種典型的結構型吸波材料，具有重量輕、抗壓強度高和剛度大等特點，既可作為結構承載的一部分，又可作為吸波材料和吸波介質的載體，被廣泛應用于航空航天、交通工具、船舶和建筑等領域。

蜂窩夾芯結構的吸波性能主要是通過將吸波材料涂覆在蜂窩內壁上實現的。目前使用的吸波材料主要包括非磁性材料和磁性材料兩種。非磁性材料，如炭黑、碳納米管、石墨烯等，它們能夠以低填料含量改變電性能，并且在強度和剛度方面具有積極作用。但是，使用非磁性材料的微波吸收復合材料帶寬較窄。使用磁性材料雖然可以擴大帶寬，但通常依賴于非常高的磁性材料添加量來獲得足夠的吸波性能。此外，該方法通常伴隨著重量的增加以及由于磁性材料的高添加量和粒徑而導致的復合材料力學性能的下降。

目前雖然對微波吸收蜂窩夾芯復合材料的研究較多，但吸波性能基本都依靠的是蜂窩的厚度方向，見圖1(a)。具體來說，目前的研究和應用均基于蜂窩單元的厚度與波傳播方向的z軸方向(k_z方向)相同。當蜂窩單元的厚度用于吸收結構時，由于需要非常大的厚度，因此這種結構僅限應用于具有小曲率的表面。然而，如果使用圖1(b)所示的y軸(k_y方向)，即利用蜂窩的橫向結構，這些問題可以很容易的解決。由于可以利用蜂窩結構的整個體積，因此基于蜂窩橫向結構的蜂窩夾芯復合材料的有效深度大于基于蜂窩厚度方向的蜂窩夾芯復合材料的有效厚度。

發明內容

為解決目前蜂窩夾芯結構的吸波性能主要通過將吸波材料涂覆在蜂窩內壁上實現所導致的重量增加、力學性能下降等問題，本發明提供了一種基于蜂窩橫向結構的吸波夾芯復合材料及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于蜂窩橫向結構的吸波夾芯復合材料，由上部透波層、中間吸波層和下部反射層復合而成；所述中間吸波層為橫向于蜂窩厚度方向的一層或多層吸波蜂窩。

作為本發明技術方案的進一步改進，所述上部透波層由低介電常數連續纖維布和低介電常數樹脂制備而成；所述吸波蜂窩由表面沉積還原氧化石墨烯的低介電常數連續纖維布通過熱壓成型制備而成；所述下部反射層為碳纖維布增強樹脂基復合材料。

作為本發明技術方案的進一步改進，所述吸波蜂窩的孔格為正六邊形，邊長為5-30mm，壁厚為0.1-5mm，層數為1-10層。

本發明進一步提供了一種基于蜂窩橫向結構的吸波夾芯復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按尺寸裁剪低介電常數連續纖維布，然后將其置于乙醇溶液中，一定功率下超聲清洗一定時間，取出烘干至恒重；

(2)配制一定濃度的氧化石墨烯水分散液，一定功率下超聲分散一定時間，得到均勻的氧化石墨烯分散液；然后將步驟(1)得到的纖維布放置在氧化石墨烯分散液中，浸漬一定時間后取出烘干至恒重；