专利名称：吸波型pmi泡沫夹芯结构复合材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫夹芯结构复合材料，具体地说是一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
在结构吸波材料的研制方面，以美国和日本的技术最为先进，特别是在复合材料、 碳纤维等领域，日本的技术实力尤为突出，此外英国Plessey公司也是该领域的主要研究机构之一。对于结构型吸波材料的研究方面，国外主要集中在将热塑性PEEK、PEK、PPS等制成单丝或复丝与碳纤维、陶瓷纤维等混杂编织成复合材料织物和异形截面碳纤维方面； 在吸波材料的结构(RAS)的研究方面，关注较多的是泡沫夹芯结构复合材料。泡沫结构型吸波复合材料不仅对电磁波以及红外线有很好的吸收作用，而且还具有强度高、质量轻、吸声减震等特点，在隐身复合材料中具有广阔的应用前景。夹芯型结构吸波材料的面板和底板采用透波性能较好的复合材料，芯材部分多采用泡沫材料，如聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-苯乙烯(SAN)和聚醚酰亚胺(PEI)等。泡沫夹芯型材料的制备方法通常有两种一是在热塑性或热固性树脂(如环氧树脂、乙烯基酯树脂等)中加入吸波剂混合均勻后，涂覆在纤维(碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维等)表面形成预浸料，最后与泡沫夹芯共固化形成复合隐身材料。另一种是将吸波剂涂敷或浸渍到泡沫中，制备具有吸波性能的泡沫夹芯，然后与纤维(碳纤维、玻璃纤维等)/树脂预浸料共固化形成泡沫夹芯型复合隐身材料。泡沫夹层结构的吸波剂含量比层板结构吸波材料低。低含量的吸波剂能改善成型的工艺性，提高体系层间的力学性能。泡沫夹芯结构复合材料的刚度较高，能有效避免形变的问题。沫夹层结构中的泡沫芯层便于加工，能制成曲率复杂的芯体，且泡沫的力学性能为各向同性，避免了蜂窝测向不能加压的弱点。聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫是一种交联的、孔径分布均勻、各向同性的 100%闭孔硬质结构泡沫，具有卓越的结构稳定性和高机械强度，是目前比强度和比刚度最高的聚合物硬质泡沫材料。PMI泡沫夹芯结构复合材料具有比其它泡沫夹芯结构材料更好的力学性能和耐热性，吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料可以应用在军事领域和民用领域。在军事领域中主要应用于隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇等，在民用领域中，主要应用于高层建筑、医疗器械、电子信息等方面。泡沫夹芯结构吸波复合材料以先进复合材料为载体，将吸波材料与泡沫夹芯材料有机结合起来，是一种兼具承载和吸波双重功能的新型吸波材料。通过设计泡沫夹芯结构型吸波复合材料能够实现对吸波材料薄、轻、宽的要求，在工程应用中具有广阔的前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料及其制备方法和应用，该复合材料有效改善了材料的吸波性能，力学性能好，可以应用在军事领域和民用领域。在军事领域中主要应用于隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇等，在民用领域中，主要应用于高层建筑、医疗器械、电子信息等方面。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料，其特征在于该复合材料包括PMI泡沫、上蒙皮和下蒙皮，PMI泡沫设置在上蒙皮和下蒙皮之间；所述上蒙皮和下蒙皮为透波性能强的玻璃纤维增强乙烯基酯树脂；所述PMI泡沫以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈为共聚单体，加入引发剂、发泡剂、交联剂、吸波剂、密度控制剂以及成核剂得到共聚物树脂基体，并经过高温发泡和热处理得到；其中各组份的重量份配比为 甲基丙烯酸40-60份
甲基丙烯腈40-60份
引发剂0.1-0. 6份
发泡剂1-16份
交联剂1-12份
吸波剂1-40份
密度控制剂0.1-3份。本发明中，所述引发剂为过氧化辛酸叔丁酯或过苯甲酸叔丁酯；所述发泡剂为 N, N- 二甲基脲或异丁醇；所述交联剂为丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二丙烯酸或二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述密度控制剂为马来酰亚胺；所述吸波剂为二氧化锰或石墨。在上蒙皮内设有上吸波剂，上吸波剂为占上蒙皮总质量2%-30%的二氧化锰；在下蒙皮内设有下吸波剂，下皮吸波剂为占下蒙皮总质量10%-40%的石墨。一种上述吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤
1)制备吸波型PMI泡沫材料
(11)将甲基丙烯酸40-60份、甲基丙烯腈40-60份混合，加入引发剂0.1-0. 6份、发泡剂1-16份、交联剂1-12份、吸波剂1-40份、密度控制剂0. 1-3份，混合均勻得到溶液；
(12)将得到的溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30°C-90°C水浴温度条件下聚合反应10-70小时，形成泡沫前躯体共聚板；
(13)将泡沫前躯体共聚板放置在800C -180 °C条件下预热2-10小时，再经 1800C _230°C条件下发泡10min-200min，得到吸波型PMI泡沫；
(14)将制得的PMI泡沫在100°C_200°C条件下热处理1_5小时，得到吸波型PMI泡沫材料；
2)制备上蒙皮和下蒙皮
(21)将玻璃纤维方格布裁剪成规定大小，在烘箱中烘干，称重；在光滑平整的模具上铺设脱模纸；
(22)树脂胶液配置按照要求称量吸波剂，上蒙皮吸波剂为二氧化锰，所占质量比 2%-30% ；下蒙皮吸波剂为石墨，所占质量比10%-40% ；将吸波剂与乙烯基酯树脂混合并搅拌均勻，即可浸渍玻璃纤维方格布；
(23)成型首先是下蒙皮的制作，用已配好的树脂胶液浸渍玻璃纤维布，然后将下表面涂有树脂的吸波型PMI泡沫材料板放在上面，用平板压实得到下蒙皮；在吸波型PMI泡沫材料板上表面涂覆树脂，用同样方法制作上蒙皮；
(24)固化固化条件为室温条件下固化6-50 h，脱模后放在50-130°C下后固化2-12 h;将制品裁剪成所需的尺寸。所述的吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料在隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇、高层建筑、医疗器械、电子信息方面应用。可以应用在军事领域和民用领域。在军事领域中主要应用于隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇等，在民用领域中，主要应用于高层建筑、医疗器械、 电子信息等方面。本发明以PMI泡沫作夹芯材料，面蒙皮选用透波性能较好的玻璃纤维增强乙烯基酯树脂，吸波剂采用成本较低的二氧化锰和石墨，上下面蒙皮选用不同的吸波剂，其中二氧化锰作为表层吸波剂，改善上表面材料与自由空间的阻抗匹配，石墨作为底层吸波剂，增强底层材料对电磁波的反射。上蒙皮吸波剂为二氧化锰，所占质量比2%-30%。下蒙皮吸波剂为石墨，所占质量比10%_40%。制备结构为匹配层+吸收层+反射层的复合材料。通过手糊、真空袋、热压罐等工艺制备吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料。与现有技术相比，本发明所述的吸波型PMI沫夹芯结构复合材料有效改善了材料的吸波性能。力学性能好，可以应用在军事领域和民用领域。
图1是本发明中吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料的的结构示意图。图2是本发明中吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料制备方法流程图。图3是对比样无泡沫夹芯复合材料的吸波曲线图。图4吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料的吸波曲线。
具体实施例方式
一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料，该复合材料包括PMI泡沫1、上蒙皮2和下蒙皮3，PMI泡沫1设置在上蒙皮2和下蒙皮3之间；上蒙皮2和下蒙皮3为透波性能强的玻璃纤维增强乙烯基酯树脂；PMI泡沫1以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈为共聚单体，加入引发剂、发泡剂、交联剂、吸波剂、密度控制剂以及成核剂得到共聚物树脂基体，并经过高温发泡和热处理得到；其中各组份的重量份配比为甲基丙烯酸50份、甲基丙烯腈50份、过氧化辛酸叔丁酯0. 3份、N，N- 二甲基脲12份、甲基丙烯酸烯丙酯5. 2份、二氧化锰7. 2份、石墨 14. 4份、马来酰亚胺1.3份。引发剂为过氧化辛酸叔丁酯；发泡剂为N，N_ 二甲基脲；交联剂为甲基丙烯酸烯丙酯；密度控制剂为马来酰亚胺；吸波剂为二氧化锰或石墨。在上蒙皮内设有上吸波剂，上吸波剂为占上蒙皮总质量13%的二氧化锰；在下蒙皮内设有下吸波剂，下皮吸波剂为占下蒙皮总质量30%的石墨。PMI泡沫的制备，配方重量比分如下甲基丙烯酸50份、甲基丙烯腈50份、过氧化辛酸叔丁酯0. 3份、N，N- 二甲基脲12份、甲基丙烯酸烯丙酯5. 2份、二氧化锰7. 2份、石墨 14. 4份、马来酰亚胺1.3份。将甲基丙烯酸、甲基丙烯腈混合，加入引发剂、发泡剂、交联剂、吸波剂、密度控制剂，混合均勻得到溶液；将得到的溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45°C 水浴温度条件下聚合反应50小时，形成泡沫前躯体共聚板；将泡沫前躯体共聚板放置在150°C条件下预热3小时，再经200°C条件下发泡150min，得到吸波型PMI泡沫；将制得的 PMI泡沫在150°C条件下热处理2小时，得到吸波型PMI泡沫材料。吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料的制备，采用手糊工艺成型。材料准备将玻璃纤维方格布裁剪成250mmX250mm大小，在110°C烘箱中烘干，称重；模具准备，在光滑平整的模具上铺设脱模纸。树脂胶液配置按照实验设计方案称量吸波剂，与乙烯基酯树脂混合并搅拌均勻， 即可浸渍玻璃纤维方格布。实验中试样的上下蒙皮树脂胶液成分不同，上蒙皮吸波剂采用二氧化锰，添加量为13% (质量分数)，下蒙皮吸收液为石墨，添加量为30% (质量分数)。成型首先是下表面蒙皮的制作，用已配好的树脂胶液浸渍玻璃纤维布，然后将下表面涂有树脂的PMI泡沫板放在上面，用平板压实几分钟后，在泡沫板上表面涂覆上层蒙皮用树脂，用同样方法制作上蒙皮，成型完毕后，铺上聚酯薄膜、排出气泡，再用平板压实。固化固化条件为室温条件下固化20 h，脱模后放在80°C下后固化12 h。将制品裁剪成测试所需的尺寸。制备的吸波型PMI泡沫夹芯复合材料整体厚度为15. 8mm, PMI泡沫芯材11mm。制备对比样，即无泡沫夹芯结构复合材料的制备，采用手糊工艺成型。制备无泡沫夹芯复合材料作为泡沫夹芯复合材料的对比试样。其成型方法与吸波型PMI泡沫夹芯复合材料的制备方法类似，按树脂成分不同分两次配比及浸涂玻璃纤维，不同之处在于无泡沫芯材，固化条件同上。实验制备的无泡沫夹芯复合材料的厚度为 4. 8mm。吸波性能的测试。试样的吸波性能测试采用N5230型矢量网络分析仪，测试频段为8 18 GHz0测试样品规格180mmX180mm。图3是对比样无泡沫夹芯复合材料的吸波曲线图。图4吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料的吸波曲线。从图3可以看出，在8-18 GHz频率范围内，无泡沫夹芯复合材料的最大反射率在为-13. 4 dB，吸波性能不明显。但在复合材料中加入吸波型PMI泡沫夹芯层后，其吸波性能明显增强，如图4所示，吸波型PMI泡沫夹芯复合材料的最大反射率在13.8 GHz处达到-46. 9dB。证明在复合材料中加入吸波型PMI泡沫夹芯层能有效提高复合材料的吸波性能。将本发明得到的吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料应用在军事领域和民用领域。 可以在军事领域中主要应用于隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇等。在民用领域中主要应用于高层建筑、医疗器械、电子信息等方面。
权利要求
1.一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料，其特征在于该复合材料包括PMI泡沫(1)、上蒙皮(2)和下蒙皮(3)，PMI泡沫(1)设置在上蒙皮(2)和下蒙皮(3)之间；所述上蒙皮(2)和下蒙皮(3)为透波性能强的玻璃纤维增强乙烯基酯树脂；所述PMI泡沫(1)以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈为共聚单体，加入引发剂、发泡剂、交联剂、吸波剂、密度控制剂以及成核剂得到共聚物树脂基体，并经过高温发泡和热处理得到；其中各组份的重量份配比为甲基丙烯酸40-60份甲基丙烯腈40-60份引发剂0.1-0. 6份发泡剂1-16份交联剂1-12份吸波剂1-40份密度控制剂0.1-3份。
2.根据权利要求1所述的吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料，其特征在于所述引发剂为过氧化辛酸叔丁酯或过苯甲酸叔丁酯；所述发泡剂为N，N- 二甲基脲或异丁醇；所述交联剂为丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二丙烯酸或二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述密度控制剂为马来酰亚胺；所述吸波剂为二氧化锰或石墨。
3.根据权利要求1所述的吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料，其特征在于在上蒙皮(2)内设有上吸波剂，上吸波剂为占上蒙皮(2)总质量2%-30%的二氧化锰；在下蒙皮(3)内设有下吸波剂，下皮吸波剂为占下蒙皮(3)总质量10%-40%的石墨。
4.一种权利要求1所述吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)制备吸波型PMI泡沫材料(11)将甲基丙烯酸40-60份、甲基丙烯腈40-60份混合，加入引发剂0.1-0. 6份、发泡剂1-16份、交联剂1-12份、吸波剂1-40份、密度控制剂0. 1-3份，混合均勻得到溶液；(12)将得到的溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30°C-90°C水浴温度条件下聚合反应10-70小时，形成泡沫前躯体共聚板；(13)将泡沫前躯体共聚板放置在800C -180 °C条件下预热2-10小时，再经 1800C _230°C条件下发泡10min-200min，得到吸波型PMI泡沫；(14)将制得的PMI泡沫在100°C_200°C条件下热处理1_5小时，得到吸波型PMI泡沫材料；2)制备上蒙皮和下蒙皮(21)将玻璃纤维方格布裁剪成规定大小，在烘箱中烘干，称重；在光滑平整的模具上铺设脱模纸；(22)树脂胶液配置按照要求称量吸波剂，上蒙皮吸波剂为二氧化锰，所占质量比 2%-30% ；下蒙皮吸波剂为石墨，所占质量比10%-40% ；将吸波剂与乙烯基酯树脂混合并搅拌均勻，即可浸渍玻璃纤维方格布；(23 )成型首先是下蒙皮的制作，用已配好的树脂胶液浸渍玻璃纤维布，然后将下表面涂有树脂的吸波型PMI泡沫材料板放在上面，用平板压实得到下蒙皮；在吸波型PMI泡沫材料板上表面涂覆树脂，用同样方法制作上蒙皮；(24)固化固化条件为室温条件下固化6-50 h，脱模后放在50-130°C下后固化2-12 h;将制品裁剪成所需的尺寸。
5. 一种权利要求1所述的吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料在隐身飞机、隐身导弹、隐身舰艇、高层建筑、医疗器械、电子信息方面应用。
全文摘要
本发明公开了一种吸波型PMI泡沫夹芯结构复合材料及其制备方法和应用。PMI泡沫以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈为共聚单体，加入引发剂、发泡剂、交联剂、吸波剂、密度控制剂得到共聚物树脂基体，再经过高温发泡和热处理制得PMI泡沫。面蒙皮选用透波性能较好的玻璃纤维增强乙烯基酯树脂，二氧化锰作为表层吸波剂，改善上表面材料与自由空间的阻抗匹配，石墨作为底层吸波剂，增强底层材料对电磁波的反射。本发明可以应用在军事领域和民用领域。
文档编号B32B17/10GK102529229SQ2010105979
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者阮诗平, 鲁平才 申请人:镇江育达复合材料有限公司