一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法
【專利摘要】一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，通過真空輔助固化成型工藝制備出輕質吸波底層，在輕質吸波底層的上表面通過濕法成型工藝制備出界面匹配中間層，連續(xù)在界面匹配中間層的上表面通過真空輔助固化成型工藝制備出耐海洋環(huán)境面層，在界面匹配中間層與耐海洋環(huán)境面層同時固化的前提下完成吸波復合材料的制備，制備出的吸波復合材料具有性能均一、缺陷少、可重復性高等特點，較傳統(tǒng)模壓成型工藝有利于成型大尺寸或是復雜的吸波復合材料，能廣泛應用于艦艇中需要吸波隱身處理的桅桿、上層建筑頂部等部位，可有效處理艦艇相關RCS的散射亮點。
【專利說明】一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達波隱身材料【技術領域】，尤其涉及到一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]吸波材料是指能夠有效吸收入射雷達波并使其散射衰減的功能材料，隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，吸波材料正在向“薄、輕、寬、強”的目標發(fā)展，而結構型吸波復合材料由于輕質、高強，兼具吸波和承載功能，已成為吸波材料的一個重要研究方向。
[0003]從吸波復合材料研究現(xiàn)狀來看，目前較為常用的方法是在復合材料中添加雷達波吸收劑以實現(xiàn)其吸波性能，吸收劑的添加會導致復合材料力學性能降低和密度增加等不良影響，并且吸收劑在樹脂基體中的添加往往會導致樹脂基體的粘度大幅增加，從而增加吸波復合材料的成型工藝難度和成型質量，通常這類吸波復合材料主要采用模壓或是熱壓罐工藝成型，但因樹脂體系粘度太大無法采用真空輔助工藝成型，復合材料吸波性能的穩(wěn)定性也難以保證，不利于成型大型復雜的吸波構件。
[0004]低密度、高強度吸波復合材料及其高質量的制備方法一直是吸波復合材料的重要研究方向之一。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，先通過真空輔助成型固化工藝制備出輕質吸波底層，在輕質吸波底層的上表面通過濕法成型工藝制備出界面匹配中間層，連續(xù)在界面匹配中間層的上表面通過真空輔助固化成型工藝制備出耐海洋環(huán)境面層，在界面匹配中間層與耐海洋環(huán)境面層同時固化的前提下完成吸波復合材料的制備，制備出的吸波復合材料具有優(yōu)良的吸波性能、較低的材料密度，良好的耐海洋環(huán)境性能，制備方法采用環(huán)保簡便的真空輔助成型工藝，使吸波復合材料均一性好、缺陷少、可重復性高。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，通過真空輔助固化成型工藝制備出輕質吸波底層，在輕質吸波底層的上表面通過濕法成型工藝制備出界面匹配中間層，連續(xù)在界面匹配中間層的上表面通過真空輔助固化成型工藝制備出耐海洋環(huán)境面層，在界面匹配中間層與耐海洋環(huán)境面層同時固化的前提下完成吸波復合材料的制備，制備方法涉及到真空輔助固化成型工藝、濕法成型工藝、高速分散機，本發(fā)明的特征如下:
輕質吸波底層含有熱固性樹脂+界面改性劑+非金屬吸收劑+消泡劑+引發(fā)劑或固化劑+增強纖維布；
界面匹配中間層含有熱固性樹脂+增強纖維布+吸收劑復合；
耐海洋環(huán)境面層含有熱固性樹脂+引發(fā)劑或固化劑+增強纖維布復合；
制備方法如下:(I)通過真空輔助固化成型工藝制備出輕質吸波底層
在熱固性樹脂中加入界面改性劑并攪拌均勻，再逐漸加入納米級的非金屬吸收劑并在高速分散機不小于1800轉/min的轉速下攪拌至非金屬吸收劑無團聚現(xiàn)象為止，然后加入消泡劑并在高速分散機不小于1800轉/min的轉速下攪拌均勻，停止攪拌并靜置冷卻至室溫后得到膠液，之后在該膠液中加入引發(fā)劑或固化劑進行混合攪拌3~5min后得到底層膠液，經檢測所述底層膠液的粘度不能大于100mPa.s【20°C】，將浸潰所述底層膠液的增強纖維布進行數(shù)層鋪覆并通過真空輔助固化成型工藝來完成輕質吸波底層的成型，真空輔助固化成型工藝中的真空負壓控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl20°C范圍內固化3h，或在所述真空負壓下進行常溫固化，輕質吸波底層的厚度控制在6~12mm，此過程中熱固性樹脂在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在15~45%，界面改性劑在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在0.f 10%，非金屬吸收劑在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在3~15%，消泡劑在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在0.f 10%，引發(fā)劑或固化劑按照熱固性樹脂的使用說明書推薦重量加入，其余為增強纖維布；
⑵通過濕法成型工藝制備出界面匹配中間層
將熱固性樹脂和吸收劑混合均勻配制出中層膠液，在已固化的輕質吸波底層上表面通過濕法成型工藝將浸潰所述中層膠液的增強纖維布進行數(shù)層鋪覆并形成界面匹配中間層，界面匹配中間層的厚度控制在0.廣2_，此過程中熱固性樹脂在界面匹配中間層中所占的百分重量控制在25~45%，吸收劑在界面匹配中間層中所占的百分重量控制在30-70%，其余為增強纖維布；
⑶通過真空輔助固化成型工藝制備出耐海洋環(huán)境面層
將熱固性樹脂和引發(fā)劑或是固化劑混合均勻配制出面層膠液，在界面匹配中間層未固化之前立即將浸潰所述面層膠液的增強纖維布進行數(shù)層鋪覆并通過真空輔助固化成型工藝來完成耐海洋環(huán)境面層的成型，此過程中真空輔助固化成型工藝中的真空負壓控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl2(TC范圍內固化3h，或在所述真空負壓下進行常溫固化，耐海洋環(huán)境面層的厚度控制在f 6mm，熱固性樹脂在耐海洋環(huán)境面層中所占的百分重量控制在25~45%，引發(fā)劑或固化劑按照熱固性樹脂的使用說明書推薦重量加入，其余為增強纖維布，待耐海洋環(huán)境面層與界面匹配中間層完全固化后進行脫模，即可制備出耐海洋環(huán)境且低增重的吸波復合材料。
[0007]上述熱固性樹脂或是乙烯基酯樹脂，或是耐水性環(huán)氧樹脂，要求乙烯基酯樹脂或是耐水性環(huán)氧樹脂的粘度不大于100mPa.s【20°C】。
[0008]上述增強纖維布是高強玻璃纖維布、高強石英纖維布及高硅氧纖維布中的任一種，或是其任兩種的組合物，高強玻璃纖維布、高強石英纖維布及高硅氧纖維布或為單向布，或為雙軸向布，或為多軸向織物，或為平紋布，或為斜紋布，或為緞紋布。
[0009]上述吸收劑或是微米級羰基鐵粉，或是微米級鋇鐵氧體，或是微米級鐵氧體，或是微米級短切碳纖維，或是微米級多晶鐵纖維。
[0010]上述非金屬吸收劑或是納米級導電聚苯胺，或是納米級導電炭黑，或是納米級碳納米管，或是納米級石墨。
[0011 ] 上述界面改性劑或是鈦酸鹽，或是硅烷偶聯(lián)劑。
[0012]上述消泡劑或是硅類消泡劑，或是表面活性劑。[0013]上述引發(fā)劑或是過氧化物類引發(fā)劑，或是氮氧化物類引發(fā)劑。
[0014]上述固化劑或是胺類固化劑、或是酰胺類固化劑，或是酸酐類固化劑。
[0015]由于采用如上所述技術方案，本發(fā)明產生如下效果:
1、本發(fā)明通過輕質吸波底層、界面匹配中間層以及耐海洋環(huán)境面層制備出吸波復合材料，輕質吸波底層、界面匹配中間層以及耐海洋環(huán)境面層在具有優(yōu)良吸波效果的同時具有良好的耐海洋環(huán)境性和較低的密度。
[0016]2、本發(fā)明采用了兩次真空輔助成型固化工藝和一次濕法成型工藝，制備出的吸波復合材料具有性能均一、缺陷少、可重復性高等特點，較傳統(tǒng)模壓成型工藝有利于成型大尺寸或是復雜的吸波復合材料。
[0017]3、本發(fā)明的吸波復合材料可制作成吸波型復合材料結構件，能廣泛應用于艦艇中需要吸波隱身處理的桅桿、上層建筑頂部等部位，可有效處理艦艇相關RCS的散射亮點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的吸波復合材料結構示意簡圖。
[0019]圖1中:1-耐海洋環(huán)境面層；2_界面匹配中間層；3_輕質吸波底層。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的吸波復合材料采用了兩次真空輔助固化成型工藝和一次濕法成型工藝，相比傳統(tǒng)模壓工藝顯得更為環(huán)保，簡便的真空輔助固化成型工藝獲得的吸波復合材料更加均一、缺陷少、重復性好，而且兩次真空輔助固化成型工藝使層間界面非常清晰，有利于吸波復合材料的阻抗匹配以及梯度功能的實現(xiàn)。
[0021]耐海洋環(huán)境面層可以保護吸界面匹配中間層和輕質吸波底層中的吸收劑，避免受到外部潮濕、鹽霧和太陽暴曬的海洋環(huán)境的影響。
[0022]乙烯基酯樹脂，或是耐水性環(huán)氧樹脂均具有良好的耐海洋環(huán)境性，耐海洋環(huán)境面層中未添加吸收劑可以避免因海洋環(huán)境造成面層中吸收劑吸波效果降低或失效的情況。
[0023]加入吸收劑可以實現(xiàn)界面匹配中間層與耐海洋環(huán)境面層和輕質吸波底層的吸波阻抗匹配，實現(xiàn)雷達波的有效入射和部分吸收、衰減。
[0024]加入的非金屬吸收劑為納米級尺寸，可以提高吸收劑的吸波效果、減少吸收劑加入量，使輕質吸波底層實現(xiàn)高效雷達波吸收和低增重。
[0025]加入的鈦酸鹽或是硅烷偶聯(lián)劑與硅類消泡劑或是表面活性劑，可以改善非金屬吸收劑的分散狀態(tài)和膠液狀態(tài)。
[0026]引發(fā)劑用于熱固性樹脂中乙烯基酯樹脂的固化，引發(fā)劑中的過氧化物或氮氧化物通過釋放自由基引發(fā)熱固性樹脂的單體聚合、固化。
[0027]固化劑用于熱固性樹脂中耐水性環(huán)氧樹脂的固化，胺類固化劑、酰胺類固化劑或者酸酐類固化劑與熱固性樹脂中的樹脂預聚體進行開環(huán)聚合反應、固化。
[0028]通過下面兩個實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于所舉實施例，公開本發(fā)明的目的旨在保護本發(fā)明范圍內的一切變化和改進。
[0029]實施例1
吸波復合材料的厚度尺寸:耐海洋環(huán)境面層為1_、界面匹配中間層為0.5_、輕質吸波底層為8mm。增強纖維布采用高強玻璃纖維布，熱固性樹脂采用低粘度耐水性環(huán)氧樹脂，界面匹配中間層添加的吸收劑采用微米級羰基鐵粉，輕質吸波底層添加的非金屬吸收劑采用納米級導電聚苯胺，固化劑采用酸酐類固化劑，消泡劑采用表面活性劑，界面改性劑采用硅烷偶聯(lián)劑，其余按技術方案執(zhí)行即可。
[0030]經檢測吸波復合材料板密度為1.83g/cm3,其雷達波平板反射率為:2?4GHz，-6.6dB ;4?8GHz，_5.0dB ;8?18GHz，_8.6dB。其中密度檢測采用 GB/T 1463-2005“纖維增強塑料密度和相對密度試驗方法”進行測量，反射率檢測采用GJB 2038-94 “雷達吸波材料反射率測試方法”中的RCS法進行測量。
[0031]實施例2
吸波復合材料的厚度尺寸:耐海洋環(huán)境面層為6_、界面匹配中間層為2_、輕質吸波底層為10mm。增強纖維布采用高強玻璃纖維布，熱固性樹脂采用低粘度耐水性乙烯基酯樹月旨，界面匹配中間層添加的吸收劑采用微米級鐵氧體，輕質吸波底層添加的非金屬吸收劑采用納米級導電炭黑，引發(fā)劑采用過氧化物類引發(fā)劑，消泡劑采用表面活性劑，界面改性劑采用硅烷偶聯(lián)劑，其余按技術方案執(zhí)行即可。
[0032]經檢測，制備的吸波復合材料板密度為1.96g/cm3，其雷達波平板反射率為:2?4GHz，-7.1dB ;4?8GHz，_8.8dB ;8?18GHz，-10.2dB。其中密度檢測采用 GB/T 1463-2005“纖維增強塑料密度和相對密度試驗方法”進行測量，反射率檢測采用GJB 2038-94 “雷達吸波材料反射率測試方法”中的RCS法進行測量。
【權利要求】
1.一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，通過真空輔助固化成型工藝制備出輕質吸波底層，在輕質吸波底層的上表面通過濕法成型工藝制備出界面匹配中間層，連續(xù)在界面匹配中間層的上表面通過真空輔助固化成型工藝制備出耐海洋環(huán)境面層，在界面匹配中間層與耐海洋環(huán)境面層同時固化的前提下完成吸波復合材料的制備，制備方法涉及到真空輔助固化成型工藝、濕法成型工藝、高速分散機，其特征是: 輕質吸波底層含有熱固性樹脂+界面改性劑+非金屬吸收劑+消泡劑+引發(fā)劑或固化劑+增強纖維布； 界面匹配中間層含有熱固性樹脂+增強纖維布+吸收劑復合； 耐海洋環(huán)境面層含有熱固性樹脂+引發(fā)劑或固化劑+增強纖維布復合； 制備方法如下: 通過真空輔助固化成型工藝制備出輕質吸波底層 在熱固性樹脂中加入界面改性劑并攪拌均勻，再逐漸加入納米級的非金屬吸收劑并在高速分散機不小于1800轉/min的轉速下攪拌至非金屬吸收劑無團聚現(xiàn)象為止，然后加入消泡劑并在高 速分散機不小于1800轉/min的轉速下攪拌均勻，停止攪拌并靜置冷卻至室溫后得到膠液，之后在該膠液中加入引發(fā)劑或固化劑進行混合攪拌3~5min后得到底層膠液，經檢測所述底層膠液的粘度不能大于100mPa.s【20°C】，將浸潰所述底層膠液的增強纖維布進行數(shù)層鋪覆并通過真空輔助固化成型工藝來完成輕質吸波底層的成型，真空輔助固化成型工藝中的真空負壓控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl20°C范圍內固化3h，或在所述真空負壓下進行常溫固化，輕質吸波底層的厚度控制在6~12mm，此過程中熱固性樹脂在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在15~45%，界面改性劑在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在0.f 10%，非金屬吸收劑在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在3~15%，消泡劑在輕質吸波底層中所占的百分重量控制在0.f 10%，引發(fā)劑或固化劑按照熱固性樹脂的使用說明書推薦重量加入，其余為增強纖維布； 通過濕法成型工藝制備出界面匹配中間層 將熱固性樹脂和吸收劑混合均勻配制出中層膠液，在已固化的輕質吸波底層上表面通過濕法成型工藝將浸潰所述中層膠液的增強纖維布進行數(shù)層鋪覆并形成界面匹配中間層，界面匹配中間層的厚度控制在0.廣2_，此過程中熱固性樹脂在界面匹配中間層中所占的百分重量控制在25~45%，吸收劑在界面匹配中間層中所占的百分重量控制在30-70%，其余為增強纖維布； 通過真空輔助固化成型工藝制備出耐海洋環(huán)境面層 將熱固性樹脂和引發(fā)劑或是固化劑混合均勻配制出面層膠液，在界面匹配中間層未固化之前立即將浸潰所述面層膠液的增強纖維布進行數(shù)層鋪覆并通過真空輔助固化成型工藝來完成耐海洋環(huán)境面層的成型，此過程中真空輔助固化成型工藝中的真空負壓控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl2(TC范圍內固化3h，或在所述真空負壓下進行常溫固化，耐海洋環(huán)境面層的厚度控制在f 6mm，熱固性樹脂在耐海洋環(huán)境面層中所占的百分重量控制在25~45%，引發(fā)劑或固化劑按照熱固性樹脂的使用說明書推薦重量加入，其余為增強纖維布，待耐海洋環(huán)境面層與界面匹配中間層完全固化后進行脫模，即可制備出耐海洋環(huán)境且低增重的吸波復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:熱固性樹脂或是乙烯基酯樹脂，或是耐水性環(huán)氧樹脂，要求乙烯基酯樹脂或是耐水性環(huán)氧樹脂的粘度不大于100mPa.s【20°C】。
3.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:增強纖維布是高強玻璃纖維布、高強石英纖維布及高硅氧纖維布中的任一種，或是其任兩種的組合物，高強玻璃纖維布、高強石英纖維布及高硅氧纖維布或為單向布，或為雙軸向布，或為多軸向織物，或為平紋布，或為斜紋布，或為緞紋布。
4.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:吸收劑或是微米級羰基鐵粉，或是微米級鋇鐵氧體，或是微米級鐵氧體，或是微米級短切碳纖維，或是微米級多晶鐵纖維。
5.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:非金屬吸收劑或是納米級導電聚苯胺，或是納米級導電炭黑，或是納米級碳納米管，或是納米級石墨。
6.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:界面改性劑或是鈦酸鹽，或是硅烷偶聯(lián)劑。
7.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:消泡劑或是硅類消泡劑，或是表面活性劑。
8.根據(jù)權利要求1所述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:引發(fā)劑或是過氧化物類引發(fā)劑，或是氮氧化物類引發(fā)劑。
9.根據(jù)權利要求1所 述一種耐海洋環(huán)境且低增重吸波復合材料的制備方法，其特征是:固化劑或是胺類固化劑、或是酰胺類固化劑，或是酸酐類固化劑。
【文檔編號】B32B37/10GK104029459SQ201410228299
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】張笑梅, 李想, 馬武偉 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所