專利名稱：一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸波隱身材料及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
吸波隱身材料是一類重要的材料，它不僅在提高戰(zhàn)斗機(jī)、潛艇、導(dǎo)彈等軍事武器的作戰(zhàn)能力等軍事方面有著特殊的戰(zhàn)略地位，同時(shí)在電磁屏蔽、建筑防輻等民用領(lǐng)域也有著不可取代的地位。吸波材料按其成型和承載能力，可以分為涂敷型吸波材料和結(jié)構(gòu)型吸波材料兩大類。涂敷型吸波材料具有制備工藝簡(jiǎn)單、使用方便、參數(shù)容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但是耐候性差、粘結(jié)性差、不能經(jīng)受高溫等缺點(diǎn)限制了這類材料的使用范圍。而結(jié)構(gòu)型吸波材料具有既能提高材料的有效載荷，又能減少材料的雷達(dá)散射截面積的雙重優(yōu)點(diǎn)，因而受到越來(lái)越多研究者的重視。其中碳纖維結(jié)構(gòu)吸波材料是主要的一類結(jié)構(gòu)吸波材料，可用于制備 “薄、輕、寬、強(qiáng)”的優(yōu)質(zhì)吸波材料，并已成功應(yīng)用于隱身飛機(jī)和隱身導(dǎo)彈等隱身兵器。同時(shí)， 電路屏結(jié)構(gòu)吸波材料，由于可設(shè)計(jì)自由度大、易于展開帶寬等優(yōu)異性能，受到越來(lái)越多的重視。電路屏的材質(zhì)通常采用金屬、碳?xì)只驅(qū)щ姼叻肿硬牧?，結(jié)構(gòu)單元有矩形、十字形、三角形等多種形狀，通過改變電路屏的結(jié)構(gòu)參數(shù)可獲得所要求的吸波特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料及其制備方法，該材料吸波性能優(yōu)良，同時(shí)也具有較好的力學(xué)性能、較低的密度等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料，其特征在于以活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，玻璃纖維填充至電路屏的結(jié)構(gòu)單元，在電路屏表面覆蓋有玻璃纖維布，形成復(fù)合吸波隱身材料。所述活性碳?xì)蛛娐菲恋慕Y(jié)構(gòu)單元的幾何形狀為正方形、矩形或三角形。所述結(jié)構(gòu)單元為均勻分布或交叉分布。所述玻璃纖維為E型玻璃纖維，單絲直徑為15 17 μ m,玻璃纖維的幾何形狀與碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)單元的幾何形狀一致，玻璃纖維片的尺寸等于或小于碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)單元的尺寸。本發(fā)明的一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料的制備方法，包括(1)將環(huán)氧樹脂(E-44型)與固化劑(T-31型)以質(zhì)量比4 1 5 1混合并攪拌均勻，將混合溶液均勻涂在緊密排列的玻璃纖維上，脫除氣泡后，在45 60°C下固化 12 18小時(shí)，制得玻璃纖維片；(2)將步驟(1)中的混合溶液澆鑄到模具中，之后將活性碳?xì)蛛娐菲练湃肽＞咧谐浞纸?rùn)，將上述玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，在電路屏表面覆蓋一層玻璃纖維布， 脫除氣泡后，在45 60°C下固化12 18小時(shí)，即得。所述步驟(2)中的混合溶液在模具中高度為4 5mm。
對(duì)本發(fā)明制備的結(jié)構(gòu)吸波隱身材料進(jìn)行吸波性能測(cè)試時(shí)，可以分別在滿足填充的玻璃纖維的排布方向與水平面保持平行或垂直的條件下進(jìn)行測(cè)試。阻抗匹配的狀況或者匹配的程度在吸波材料的設(shè)計(jì)方面有著及其重要的地位，是吸波材料的的科研工作者和生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員達(dá)成的共識(shí)。對(duì)于多層吸波材料，不僅要求材料表層的阻抗與大氣的阻抗相接近，材料內(nèi)部阻抗的匹配性也是不容忽視的。因此，將玻璃纖維、芳綸纖維等透波材料與吸波體有效的搭配、組合，使電磁波的絕大部分或全部透入吸波體，進(jìn)而最大限度的發(fā)揮吸波體的作用，不僅能擴(kuò)展頻寬，也能獲得較好的吸波效果。本發(fā)明材料表面整塊的玻璃纖維布可以調(diào)節(jié)材料表層阻抗與大氣阻抗的匹配性， 使外界電磁波能絕大部分或全部透入材料內(nèi)部。同時(shí)，以吸波性能優(yōu)良的活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，從最根本上保證了材料的吸波效果。此外，將具有透波性能的玻璃纖維片填充至電路屏的結(jié)構(gòu)單元中，可以通過玻璃纖維片與吸波體的有效組合來(lái)改變吸波層的阻抗，最大限度的發(fā)揮吸波體的吸波作用，進(jìn)一步提高材料的吸波隱身性能。有益效果(1)本發(fā)明吸波性能優(yōu)良，在2 18GHz下能有效的吸收、衰減入射的電磁波，具有較寬的有效帶寬(反射衰減在-IOdB以下的頻帶寬度)，反射衰減值可達(dá)_40dB ；(2)本發(fā)明是一種碳纖維/玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，在具有良好的吸波隱身性能的同時(shí)，也具有較好的力學(xué)性能、較低的密度等優(yōu)點(diǎn)，是一種滿足“薄、輕、寬、 強(qiáng)”性能要求的優(yōu)質(zhì)吸波材料；(3)本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單易行，原材料成本較低，所用設(shè)備簡(jiǎn)單，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的制備過程示意圖；圖2為填充玻璃纖維的過程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所用的矩形結(jié)構(gòu)單元的活性碳?xì)蛛娐菲潦疽鈭D(黑色為活性碳?xì)植糠郑咨窃谔細(xì)稚贤诔龅目捉Y(jié)構(gòu)，即活性碳?xì)蛛娐菲恋慕Y(jié)構(gòu)單元)；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2、實(shí)施例3所用的交錯(cuò)分布的正方形結(jié)構(gòu)單元的活性碳?xì)蛛娐菲潦疽鈭D(黑色為活性碳?xì)植糠?，白色是在碳?xì)稚贤诔龅目捉Y(jié)構(gòu)，即活性碳?xì)蛛娐菲恋慕Y(jié)構(gòu)單元)；圖5為本發(fā)明實(shí)施例4所用的均勻分布的正方形結(jié)構(gòu)單元的活性碳?xì)蛛娐菲潦疽鈭D(黑色為活性碳?xì)植糠?，白色是在碳?xì)稚贤诔龅目捉Y(jié)構(gòu)，即活性碳?xì)蛛娐菲恋慕Y(jié)構(gòu)單元)；圖6為實(shí)施例1制備的吸波材料的反射衰減曲線；圖7為實(shí)施例2制備的吸波材料的反射衰減曲線；圖8為實(shí)施例3制備的吸波材料的反射衰減曲線；圖9為實(shí)施例4制備的吸波材料的反射衰減曲線(填充的玻璃纖維的排布方向與水平面保持平行)；圖10為實(shí)施例4制備的吸波材料的反射衰減曲線(填充的玻璃纖維的排布方向與水平面保持垂直)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1(1)將E-44型環(huán)氧樹脂與T-31型固化劑以質(zhì)量比4 1混合并攪拌均勻，將混合溶液均勻涂在緊密排列的玻璃纖維上，脫除氣泡后，在45°C下固化12小時(shí)，制得玻璃纖維片；(2)將步驟(1)中的混合溶液澆鑄到容積為200 X 200 X IOmm3的模具中，之后將 200X200mm2的矩形結(jié)構(gòu)單元活性碳?xì)蛛娐菲练湃肽＞咧谐浞纸?rùn)，將上述玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，在電路屏表面覆蓋一層200X200mm2的玻璃纖維布，脫除氣泡后，在 50°C下固化12小時(shí)，即得玻璃纖維填充的活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料。以矩形結(jié)構(gòu)單元活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，矩形結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)L = 30mm，寬W = 15mm,間隙H-W = 5mm。填充的玻璃纖維片的大小與形狀與電路屏結(jié)構(gòu)單元相一致，即長(zhǎng)為 30mm,寬為15mm的矩形玻璃纖維片。圖6為實(shí)施例1制備的吸波材料的反射衰減曲線，本實(shí)施例材料在2. 3-18GHZ頻率范圍內(nèi)有-IOdB以下的吸收，有效帶寬為15. 7GHz，最大反射衰減為-34. 9dB。實(shí)施例2(1)將E-44型環(huán)氧樹脂與T-31型固化劑以質(zhì)量比5 1混合并攪拌均勻，將混合溶液均勻涂在緊密排列的玻璃纖維上，脫除氣泡后，在50°C下固化18小時(shí)，制得玻璃纖維片；(2)將步驟(1)中的混合溶液澆鑄到容積為200 X 200 X IOmm3的模具中，之后將 200X200mm2的交錯(cuò)分布的正方形結(jié)構(gòu)單元活性碳?xì)蛛娐菲练湃肽＞咧谐浞纸?rùn)，將上述玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，在電路屏表面覆蓋一層200X200mm2的玻璃纖維布， 脫除氣泡后，在60°C下固化18小時(shí)，即得玻璃纖維填充的活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料。以交錯(cuò)分布的正方形結(jié)構(gòu)單元的活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，正方形結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng) L = 30mm,間隙H-L = 5mm。填充的玻璃纖維片的大小與形狀與電路屏結(jié)構(gòu)單元相一致，即邊長(zhǎng)為30mm的正方形玻璃纖維片。圖7為實(shí)施例2制備的吸波材料的反射衰減曲線，本實(shí)施例材料在11. 7-18GHZ頻率范圍內(nèi)有-IOdB以下的吸收，有效帶寬為6. 3GHz，最大反射衰減為-27. 6dB。實(shí)施例3(l)將E-44型環(huán)氧樹脂與T-31型固化劑以質(zhì)量比4.5 1混合并攪拌均勻，將混合溶液均勻涂在緊密排列的玻璃纖維上，脫除氣泡后，在下固化14小時(shí)，制得玻璃纖維片；(2)將步驟(1)中的混合溶液澆鑄到容積為200 X 200 X IOmm3的模具中，之后將 200X200mm2的交錯(cuò)分布的正方形結(jié)構(gòu)單元活性碳?xì)蛛娐菲练湃肽＞咧谐浞纸?rùn)，將上述玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，在電路屏表面覆蓋一層200X200mm2的玻璃纖維布， 脫除氣泡后，在55°C下固化12小時(shí)，即得玻璃纖維填充的活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料。 以交錯(cuò)分布的正方形結(jié)構(gòu)單元的活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，正方形結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng) L = 30mm,間隙H-L = 5mm。填充的玻璃纖維片是邊長(zhǎng)為25mm的正方形玻璃纖維片，玻璃纖維片在電路屏結(jié)構(gòu)單元中居中放置。圖8為實(shí)施例3制備的吸波材料的反射衰減曲線，本實(shí)施例材料在9. 1-18GHZ頻率范圍內(nèi)有-IOdB以下的吸收，有效帶寬為8. 9GHz，最大反射衰減為-31. 5dB。實(shí)施例4(1)將E-44型環(huán)氧樹脂與T-31型固化劑以質(zhì)量比5 1混合并攪拌均勻，將混合溶液均勻涂在緊密排列的玻璃纖維上，脫除氣泡后，在45°C下固化16小時(shí)，制得玻璃纖維片；(2)將步驟(1)中的混合溶液澆鑄到容積為200 X 200 X IOmm3的模具中，之后將 200X200mm2的均勻分布的正方形結(jié)構(gòu)單元活性碳?xì)蛛娐菲练湃肽＞咧谐浞纸?rùn)，將上述玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，在電路屏表面覆蓋一層200X200mm2的玻璃纖維布， 脫除氣泡后，在60°C下固化18小時(shí)，即得玻璃纖維填充的活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料。以均勻分布的正方形結(jié)構(gòu)單元的活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，正方形結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng) L = 30mm,間隙H-L = 5mm,該電路屏中心對(duì)稱。填充的玻璃纖維片為邊長(zhǎng)為20mm的正方形玻璃纖維片，玻璃纖維片在電路屏結(jié)構(gòu)單元中居中放置，且在填充過程中確保玻璃纖維片中玻璃纖維排布方向一致。圖9為實(shí)施例4制備的吸波材料，在滿足填充的玻璃纖維的排布方向與水平面保持平行時(shí)測(cè)得的反射衰減曲線。在該測(cè)試條件下，本實(shí)施例材料在10. 3-18GHZ頻率范圍內(nèi)有-IOdB以下的吸收，有效帶寬為7. 7GHz，最大反射衰減為-39. 3dB。圖10為實(shí)施例4制備的吸波材料，在滿足填充的玻璃纖維的排布方向與水平面保持垂直時(shí)測(cè)得的反射衰減曲線。在該測(cè)試條件下，本實(shí)施例材料在10. 6-18GHZ頻率范圍內(nèi)有-IOdB以下的吸收，有效帶寬為7. 4GHz，最大反射衰減為-24. 5dB。
權(quán)利要求
1.一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料，其特征在于以活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，玻璃纖維填充至電路屏的結(jié)構(gòu)單元，在電路屏表面覆蓋有玻璃纖維布，形成復(fù)合吸波隱身材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料，其特征在于所述活性碳?xì)蛛娐菲恋慕Y(jié)構(gòu)單元的幾何形狀為正方形、矩形或三角形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料，其特征在于所述結(jié)構(gòu)單元為均勻分布或交叉分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料，其特征在于所述玻璃纖維為E型玻璃纖維，單絲直徑為15 17 μ m,玻璃纖維的幾何形狀與碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)單元的幾何形狀一致，玻璃纖維片的尺寸等于或小于碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)單元的尺寸。
5.一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料的制備方法，包括(1)將環(huán)氧樹脂與固化劑以質(zhì)量比4 1 5 1混合并攪拌均勻，將混合溶液均勻涂在緊密排列的玻璃纖維上，脫除氣泡后，在45 60°C下固化12 18小時(shí)，制得玻璃纖維片；(2)將步驟(1)中的混合溶液澆鑄到模具中，之后將活性碳?xì)蛛娐菲练湃肽＞咧谐浞纸?rùn)，將上述玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，在電路屏表面覆蓋一層玻璃纖維布，脫除氣泡后，在45 60°C下固化12 18小時(shí)，即得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料的制備方法，其特征在于所述步驟O)中的混合溶液在模具中高度為4 5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性碳?xì)蛛娐菲两Y(jié)構(gòu)吸波隱身材料及其制備方法，以活性碳?xì)蛛娐菲翞槲w，玻璃纖維填充至電路屏的結(jié)構(gòu)單元，在電路屏表面覆蓋有玻璃纖維布，形成復(fù)合吸波隱身材料。制備方法包括將環(huán)氧樹脂與固化劑攪拌均勻，澆注到模具中，再放入活性碳?xì)蛛娐菲敛⑹蛊涑浞纸?rùn)，將玻璃纖維片填充至電路屏的格柵中，之后在其表面覆蓋一層玻璃纖維布，經(jīng)脫氣泡、固化，即得。本發(fā)明吸波性能優(yōu)良，同時(shí)也具有較好的力學(xué)性能、較低的密度等優(yōu)點(diǎn)，是一種滿足“薄、輕、寬、強(qiáng)”性能要求的優(yōu)質(zhì)吸波材料，制備工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單易行，原材料成本較低，所用設(shè)備簡(jiǎn)單，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H05K9/00GK102316711SQ20111017041
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者全海宇, 吳琪琳, 李利偉, 秦文貞, 韓浩 申請(qǐng)人:東華大學(xué)