一種納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的方法
【專利說明】一種納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種隱身復合材料的制備方法，具體涉及一種納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的制備方法，屬于隱身材料科學技術領域。
【背景技術】
[0003]隱身技術的快速發(fā)展對雷達吸波材料提出了薄、寬、輕、強的綜合要求，研制具有高效吸波性能且力學性能優(yōu)異的隱身復合材料是滿足這一要求的技術突破點之一。結構型吸波復合材料是在先進復合材料基礎上發(fā)展起來的兼具承載和吸波雙重功能的復合材料，其優(yōu)點是可大量減輕飛行器的質(zhì)量，結構具有可設計性，且可成型各種形狀復雜的部件，有效克服了涂覆型吸波材料普遍存在的吸收頻帶窄，增加飛行器自重，與殼體粘結強度低、容易剝落或開裂，需要頻繁修復等缺點，因而在實際應用中尤其是在航空航天領域受到越來越多的關注，成為吸波隱身材料的主要發(fā)展方向之一。
[0004]結構型吸波復合材料通常是將納米吸波劑分散在纖維增強樹脂基復合材料中來實現(xiàn)其隱身功能的。目前，國內(nèi)外主要是利用共混法將納米粒子填充于復合材料的連續(xù)樹脂基體相中進行功能化改性，對改性后的樹脂基體與纖維復合過程中形成的多種細觀尺度材料缺陷，以及對纖維復合材料的力學性能、承載潛力及制備工藝等方面產(chǎn)生的消極影響卻極少關注。
[0005]納米吸波復合材料的制備過程往往是多種細觀尺度材料缺陷產(chǎn)生的主要來源。首先，吸波劑的填充會引起樹脂基體粘度提高、流動性變差，導致樹脂基體對纖維的微觀浸潤與宏觀流動速度不匹配，從而引發(fā)纖維束內(nèi)及纖維層間形成密集孔隙和分層缺陷；其次，納米吸波劑在樹脂基體中的分散性及穩(wěn)定性較差，在與纖維復合過程中極易發(fā)生團聚，因此使復合材料的吸波性能受到制備工藝的影響較大，存在性能的不穩(wěn)定性及不可控性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明將納米吸波劑與復合材料的連續(xù)相樹脂基體組分分離，通過間接引入的方式以聚芳醚樹脂膜為載體插入到復合材料預浸料的層間，并集成在復合材料層壓板的制備過程中。該方法不僅使復合材料原有樹脂體系的基本性能得到保持，而且在基本工藝制度不需要做較大改變的前提下，實現(xiàn)對復合材料吸波隱身功能的可控性優(yōu)化設計，克服了傳統(tǒng)共混法電磁改性復合材料的不足。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的方法，包括如下步驟:(1)將納米粒子與聚芳醚樹脂配制成均一穩(wěn)定的樹脂溶液；(2)采用薄膜制備工藝將配制好的樹脂溶液制備成納米吸波薄膜；(3)將連續(xù)纖維或纖維織物與樹脂基體充分浸漬制備復合材料預浸料；(4)將納米吸波薄膜鋪覆于復合材料預浸料的鋪層間，按照復合材料成型工藝制備結構/功能一體化隱身復合材料層壓板。
[0008]所述的第(1)步中，聚芳醚樹脂是聚芳醚酮、聚芳醚砜或聚芳醚砜酮。
[0009]第(1)步中，配置樹脂溶液所用的溶劑是N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿或二氯甲烷。
[0010]所述的第(1)步中，納米粒子是碳納米管、羰基鐵粉、鐵氧體、鐵、鈷、鎳及其合金中的一種或一種以上，粒徑為5-60 nm0
[0011]第(2)步中，所述的薄膜制備工藝是指流延法工藝或靜電紡絲工藝。
[0012]第(3)步中，所述的連續(xù)纖維是指玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或ΡΒ0纖維，纖維織物是上述纖維編織而成的平紋布或斜紋布。
[0013]第(3)步中，所述的樹脂基體是環(huán)氧樹脂體系或雙馬來酰亞胺樹脂。
[0014]第(4)步中，所述的成型工藝是指模壓成型工藝或熱壓罐成型工藝。
[0015]所述的第(1)步具體為:在溶劑中添加質(zhì)量百分比為5-10%的納米粒子，進行0.5-2h的超聲分散處理，超聲處理功率為300-1000W，頻率為20_40KHz，然后加入聚芳醚樹月旨，樹脂用量為溶劑用量的15-30%，在40-80°C下機械攪拌l_3h后，再進行10_40min的超聲分散處理、靜置，待溫度降至室溫后繼續(xù)攪拌l_2h后，利用均質(zhì)分散儀在10000-18000轉/分的轉速下處理10-30min，制得納米粒子分散均勻的樹脂溶液；
所述的第(3)步具體為:將連續(xù)纖維或其織物與質(zhì)量百分含量為5-50%的樹脂基體溶液充分浸漬后，在30-50°C的溫度下除去溶劑得到復合材料預浸料；
所述的第(4)步具體為:將納米吸波薄膜與復合材料預浸料按照磨具尺寸裁切后，按設定的鋪層方式置入磨具中，采用成型工藝制備隱身復合材料層壓板，成型的溫度為80-230 °C，壓強為(λ 5-5MPa。
[0016]所述的第(2)步中流延法工藝包括下列步驟:將納米粒子分散均勻的樹脂溶液倒在光滑的金屬板上鋪膜，然后將薄膜置于適當?shù)娜軇┰≈薪菝摮Ｓ嗳軇┖?，再移至鼓風干燥箱中在50_170°C的溫度下烘干，制得納米吸波薄膜。
[0017]所述的第(2)步中靜電紡絲工藝包括下列步驟:將配制好的均一穩(wěn)定的樹脂溶液注入靜電紡絲裝置的注射器中，注射器噴絲頭內(nèi)徑為0.5-1.6mm，采用不銹鋼板或鋁箔為接收器，噴絲頭至接收器距離為5-30cm，在噴絲頭和收集器之間加上10-30KV的直流電壓，即可連續(xù)不斷地產(chǎn)生納米纖維，將從接收器上收集到納米纖維無紡布置于適當?shù)娜軇┰≈薪菀悦摮Ｓ嗟娜軇?，再移至鼓風干燥箱中在50-170Γ的溫度下烘干，制得納米纖維吸波薄膜。
[0018]本發(fā)明所達到的有益效果是:該方法充分發(fā)揮了復合材料疊層可設計的獨特結構優(yōu)勢，在基本不改變復合材料傳統(tǒng)成型工藝的前提下，將吸波功能層集成于復合材料層壓板的制備過程中，大幅度而又低成本地同步提升復合材料整體的吸波功能和力學性能。制品兼具優(yōu)異的承載和隱身雙重功能，在航空航天工程領域具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1:納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的結構示意圖；
圖2:納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的反射率曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]實施例中
環(huán)氧樹脂為市購產(chǎn)品，選用E51、E44、E54、E20中的任一種；
雙馬來酰亞胺樹脂為市購產(chǎn)品，選用QY8911- 1、I1、III和5405中的任一種；
所述的玻璃纖維、碳纖維、ΡΒ0纖維、芳綸纖維及其平紋布或斜紋布為市購產(chǎn)品；
所述的碳納米管、羰基鐵粉、鐵氧體、鐵、鈷、鎳及其合金為市購產(chǎn)品；
所述的聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚芳醚砜酮樹脂為市購產(chǎn)品；
所述的Ν，Ν-二甲基乙酰胺、Ν-甲基吡咯烷酮、氯仿、二氯甲烷為市購產(chǎn)品。
[0022]實施例1
納米粒子選用:羰基鐵粉和鐵氧體的共混物，粒徑為20 nm;
聚芳醚樹脂選用:聚芳醚酮；
配置樹脂溶液所用的溶劑選用:N，N-二甲基乙酰胺；
連續(xù)纖維選用:碳纖維；
樹脂基體選用:雙馬來酰亞胺樹脂；
成型工藝選用:模壓成型工藝；
如附圖1所示，一種納米吸波薄膜功能化改性復合材料層壓板的方法，包括如下步驟:
(1)將納米羰基鐵粉和鐵氧體的共混物與聚芳醚酮配制成均一穩(wěn)定的樹脂溶液具體為:以N，N-二甲基乙酰胺為溶劑，添加質(zhì)量百分比濃度為10%的納米羰基鐵粉和鐵氧體的共混物，進行2h的超聲分散處理，超聲處理功率為1000W，頻率為40KHz，然后加入聚芳醚酮樹脂，樹脂用量為溶劑用量的30%，在40°C下機械攪拌3h后，再進行40