一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法
【专利摘要】一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，通过真空辅助固化成型工艺制备出轻质吸波底层，在轻质吸波底层的上表面通过湿法成型工艺制备出界面匹配中间层，连续在界面匹配中间层的上表面通过真空辅助固化成型工艺制备出耐海洋环境面层，在界面匹配中间层与耐海洋环境面层同时固化的前提下完成吸波复合材料的制备，制备出的吸波复合材料具有性能均一、缺陷少、可重复性高等特点，较传统模压成型工艺有利于成型大尺寸或是复杂的吸波复合材料，能广泛应用于舰艇中需要吸波隐身处理的桅杆、上层建筑顶部等部位，可有效处理舰艇相关RCS的散射亮点。
【专利说明】一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达波隐身材料【技术领域】，尤其涉及到一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]吸波材料是指能够有效吸收入射雷达波并使其散射衰减的功能材料，随着现代技术的发展，吸波材料正在向“薄、轻、宽、强”的目标发展，而结构型吸波复合材料由于轻质、高强，兼具吸波和承载功能，已成为吸波材料的一个重要研究方向。
[0003]从吸波复合材料研究现状来看，目前较为常用的方法是在复合材料中添加雷达波吸收剂以实现其吸波性能，吸收剂的添加会导致复合材料力学性能降低和密度增加等不良影响，并且吸收剂在树脂基体中的添加往往会导致树脂基体的粘度大幅增加，从而增加吸波复合材料的成型工艺难度和成型质量，通常这类吸波复合材料主要采用模压或是热压罐工艺成型，但因树脂体系粘度太大无法采用真空辅助工艺成型，复合材料吸波性能的稳定性也难以保证，不利于成型大型复杂的吸波构件。
[0004]低密度、高强度吸波复合材料及其高质量的制备方法一直是吸波复合材料的重要研究方向之一。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，先通过真空辅助成型固化工艺制备出轻质吸波底层，在轻质吸波底层的上表面通过湿法成型工艺制备出界面匹配中间层，连续在界面匹配中间层的上表面通过真空辅助固化成型工艺制备出耐海洋环境面层，在界面匹配中间层与耐海洋环境面层同时固化的前提下完成吸波复合材料的制备，制备出的吸波复合材料具有优良的吸波性能、较低的材料密度，良好的耐海洋环境性能，制备方法采用环保简便的真空辅助成型工艺，使吸波复合材料均一性好、缺陷少、可重复性高。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，通过真空辅助固化成型工艺制备出轻质吸波底层，在轻质吸波底层的上表面通过湿法成型工艺制备出界面匹配中间层，连续在界面匹配中间层的上表面通过真空辅助固化成型工艺制备出耐海洋环境面层，在界面匹配中间层与耐海洋环境面层同时固化的前提下完成吸波复合材料的制备，制备方法涉及到真空辅助固化成型工艺、湿法成型工艺、高速分散机，本发明的特征如下:
轻质吸波底层含有热固性树脂+界面改性剂+非金属吸收剂+消泡剂+引发剂或固化剂+增强纤维布；
界面匹配中间层含有热固性树脂+增强纤维布+吸收剂复合；
耐海洋环境面层含有热固性树脂+引发剂或固化剂+增强纤维布复合；
制备方法如下:(I)通过真空辅助固化成型工艺制备出轻质吸波底层
在热固性树脂中加入界面改性剂并搅拌均匀，再逐渐加入纳米级的非金属吸收剂并在高速分散机不小于1800转/min的转速下搅拌至非金属吸收剂无团聚现象为止，然后加入消泡剂并在高速分散机不小于1800转/min的转速下搅拌均匀，停止搅拌并静置冷却至室温后得到胶液，之后在该胶液中加入引发剂或固化剂进行混合搅拌3~5min后得到底层胶液，经检测所述底层胶液的粘度不能大于100mPa.s【20°C】，将浸溃所述底层胶液的增强纤维布进行数层铺覆并通过真空辅助固化成型工艺来完成轻质吸波底层的成型，真空辅助固化成型工艺中的真空负压控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl20°C范围内固化3h，或在所述真空负压下进行常温固化，轻质吸波底层的厚度控制在6~12mm，此过程中热固性树脂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在15~45%，界面改性剂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在0.f 10%，非金属吸收剂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在3~15%，消泡剂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在0.f 10%，引发剂或固化剂按照热固性树脂的使用说明书推荐重量加入，其余为增强纤维布；
⑵通过湿法成型工艺制备出界面匹配中间层
将热固性树脂和吸收剂混合均匀配制出中层胶液，在已固化的轻质吸波底层上表面通过湿法成型工艺将浸溃所述中层胶液的增强纤维布进行数层铺覆并形成界面匹配中间层，界面匹配中间层的厚度控制在0.广2_，此过程中热固性树脂在界面匹配中间层中所占的百分重量控制在25~45%，吸收剂在界面匹配中间层中所占的百分重量控制在30-70%，其余为增强纤维布；
⑶通过真空辅助固化成型工艺制备出耐海洋环境面层
将热固性树脂和引发剂或是固化剂混合均匀配制出面层胶液，在界面匹配中间层未固化之前立即将浸溃所述面层胶液的增强纤维布进行数层铺覆并通过真空辅助固化成型工艺来完成耐海洋环境面层的成型，此过程中真空辅助固化成型工艺中的真空负压控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl2(TC范围内固化3h，或在所述真空负压下进行常温固化，耐海洋环境面层的厚度控制在f 6mm，热固性树脂在耐海洋环境面层中所占的百分重量控制在25~45%，引发剂或固化剂按照热固性树脂的使用说明书推荐重量加入，其余为增强纤维布，待耐海洋环境面层与界面匹配中间层完全固化后进行脱模，即可制备出耐海洋环境且低增重的吸波复合材料。
[0007]上述热固性树脂或是乙烯基酯树脂，或是耐水性环氧树脂，要求乙烯基酯树脂或是耐水性环氧树脂的粘度不大于100mPa.s【20°C】。
[0008]上述增强纤维布是高强玻璃纤维布、高强石英纤维布及高硅氧纤维布中的任一种，或是其任两种的组合物，高强玻璃纤维布、高强石英纤维布及高硅氧纤维布或为单向布，或为双轴向布，或为多轴向织物，或为平纹布，或为斜纹布，或为缎纹布。
[0009]上述吸收剂或是微米级羰基铁粉，或是微米级钡铁氧体，或是微米级铁氧体，或是微米级短切碳纤维，或是微米级多晶铁纤维。
[0010]上述非金属吸收剂或是纳米级导电聚苯胺，或是纳米级导电炭黑，或是纳米级碳纳米管，或是纳米级石墨。
[0011 ] 上述界面改性剂或是钛酸盐，或是硅烷偶联剂。
[0012]上述消泡剂或是硅类消泡剂，或是表面活性剂。[0013]上述引发剂或是过氧化物类引发剂，或是氮氧化物类引发剂。
[0014]上述固化剂或是胺类固化剂、或是酰胺类固化剂，或是酸酐类固化剂。
[0015]由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下效果:
1、本发明通过轻质吸波底层、界面匹配中间层以及耐海洋环境面层制备出吸波复合材料，轻质吸波底层、界面匹配中间层以及耐海洋环境面层在具有优良吸波效果的同时具有良好的耐海洋环境性和较低的密度。
[0016]2、本发明采用了两次真空辅助成型固化工艺和一次湿法成型工艺，制备出的吸波复合材料具有性能均一、缺陷少、可重复性高等特点，较传统模压成型工艺有利于成型大尺寸或是复杂的吸波复合材料。
[0017]3、本发明的吸波复合材料可制作成吸波型复合材料结构件，能广泛应用于舰艇中需要吸波隐身处理的桅杆、上层建筑顶部等部位，可有效处理舰艇相关RCS的散射亮点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的吸波复合材料结构示意简图。
[0019]图1中:1-耐海洋环境面层；2_界面匹配中间层；3_轻质吸波底层。
【具体实施方式】
[0020]本发明的吸波复合材料采用了两次真空辅助固化成型工艺和一次湿法成型工艺，相比传统模压工艺显得更为环保，简便的真空辅助固化成型工艺获得的吸波复合材料更加均一、缺陷少、重复性好，而且两次真空辅助固化成型工艺使层间界面非常清晰，有利于吸波复合材料的阻抗匹配以及梯度功能的实现。
[0021]耐海洋环境面层可以保护吸界面匹配中间层和轻质吸波底层中的吸收剂，避免受到外部潮湿、盐雾和太阳暴晒的海洋环境的影响。
[0022]乙烯基酯树脂，或是耐水性环氧树脂均具有良好的耐海洋环境性，耐海洋环境面层中未添加吸收剂可以避免因海洋环境造成面层中吸收剂吸波效果降低或失效的情况。
[0023]加入吸收剂可以实现界面匹配中间层与耐海洋环境面层和轻质吸波底层的吸波阻抗匹配，实现雷达波的有效入射和部分吸收、衰减。
[0024]加入的非金属吸收剂为纳米级尺寸，可以提高吸收剂的吸波效果、减少吸收剂加入量，使轻质吸波底层实现高效雷达波吸收和低增重。
[0025]加入的钛酸盐或是硅烷偶联剂与硅类消泡剂或是表面活性剂，可以改善非金属吸收剂的分散状态和胶液状态。
[0026]引发剂用于热固性树脂中乙烯基酯树脂的固化，引发剂中的过氧化物或氮氧化物通过释放自由基引发热固性树脂的单体聚合、固化。
[0027]固化剂用于热固性树脂中耐水性环氧树脂的固化，胺类固化剂、酰胺类固化剂或者酸酐类固化剂与热固性树脂中的树脂预聚体进行开环聚合反应、固化。
[0028]通过下面两个实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于所举实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
[0029]实施例1
吸波复合材料的厚度尺寸:耐海洋环境面层为1_、界面匹配中间层为0.5_、轻质吸波底层为8mm。增强纤维布采用高强玻璃纤维布，热固性树脂采用低粘度耐水性环氧树脂，界面匹配中间层添加的吸收剂采用微米级羰基铁粉，轻质吸波底层添加的非金属吸收剂采用纳米级导电聚苯胺，固化剂采用酸酐类固化剂，消泡剂采用表面活性剂，界面改性剂采用硅烷偶联剂，其余按技术方案执行即可。
[0030]经检测吸波复合材料板密度为1.83g/cm3,其雷达波平板反射率为:2?4GHz，-6.6dB ;4?8GHz，_5.0dB ;8?18GHz，_8.6dB。其中密度检测采用 GB/T 1463-2005“纤维增强塑料密度和相对密度试验方法”进行测量，反射率检测采用GJB 2038-94 “雷达吸波材料反射率测试方法”中的RCS法进行测量。
[0031]实施例2
吸波复合材料的厚度尺寸:耐海洋环境面层为6_、界面匹配中间层为2_、轻质吸波底层为10mm。增强纤维布采用高强玻璃纤维布，热固性树脂采用低粘度耐水性乙烯基酯树月旨，界面匹配中间层添加的吸收剂采用微米级铁氧体，轻质吸波底层添加的非金属吸收剂采用纳米级导电炭黑，引发剂采用过氧化物类引发剂，消泡剂采用表面活性剂，界面改性剂采用硅烷偶联剂，其余按技术方案执行即可。
[0032]经检测，制备的吸波复合材料板密度为1.96g/cm3，其雷达波平板反射率为:2?4GHz，-7.1dB ;4?8GHz，_8.8dB ;8?18GHz，-10.2dB。其中密度检测采用 GB/T 1463-2005“纤维增强塑料密度和相对密度试验方法”进行测量，反射率检测采用GJB 2038-94 “雷达吸波材料反射率测试方法”中的RCS法进行测量。
【权利要求】
1.一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，通过真空辅助固化成型工艺制备出轻质吸波底层，在轻质吸波底层的上表面通过湿法成型工艺制备出界面匹配中间层，连续在界面匹配中间层的上表面通过真空辅助固化成型工艺制备出耐海洋环境面层，在界面匹配中间层与耐海洋环境面层同时固化的前提下完成吸波复合材料的制备，制备方法涉及到真空辅助固化成型工艺、湿法成型工艺、高速分散机，其特征是: 轻质吸波底层含有热固性树脂+界面改性剂+非金属吸收剂+消泡剂+引发剂或固化剂+增强纤维布； 界面匹配中间层含有热固性树脂+增强纤维布+吸收剂复合； 耐海洋环境面层含有热固性树脂+引发剂或固化剂+增强纤维布复合； 制备方法如下: 通过真空辅助固化成型工艺制备出轻质吸波底层 在热固性树脂中加入界面改性剂并搅拌均匀，再逐渐加入纳米级的非金属吸收剂并在高速分散机不小于1800转/min的转速下搅拌至非金属吸收剂无团聚现象为止，然后加入消泡剂并在高 速分散机不小于1800转/min的转速下搅拌均匀，停止搅拌并静置冷却至室温后得到胶液，之后在该胶液中加入引发剂或固化剂进行混合搅拌3~5min后得到底层胶液，经检测所述底层胶液的粘度不能大于100mPa.s【20°C】，将浸溃所述底层胶液的增强纤维布进行数层铺覆并通过真空辅助固化成型工艺来完成轻质吸波底层的成型，真空辅助固化成型工艺中的真空负压控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl20°C范围内固化3h，或在所述真空负压下进行常温固化，轻质吸波底层的厚度控制在6~12mm，此过程中热固性树脂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在15~45%，界面改性剂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在0.f 10%，非金属吸收剂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在3~15%，消泡剂在轻质吸波底层中所占的百分重量控制在0.f 10%，引发剂或固化剂按照热固性树脂的使用说明书推荐重量加入，其余为增强纤维布； 通过湿法成型工艺制备出界面匹配中间层 将热固性树脂和吸收剂混合均匀配制出中层胶液，在已固化的轻质吸波底层上表面通过湿法成型工艺将浸溃所述中层胶液的增强纤维布进行数层铺覆并形成界面匹配中间层，界面匹配中间层的厚度控制在0.广2_，此过程中热固性树脂在界面匹配中间层中所占的百分重量控制在25~45%，吸收剂在界面匹配中间层中所占的百分重量控制在30-70%，其余为增强纤维布； 通过真空辅助固化成型工艺制备出耐海洋环境面层 将热固性树脂和引发剂或是固化剂混合均匀配制出面层胶液，在界面匹配中间层未固化之前立即将浸溃所述面层胶液的增强纤维布进行数层铺覆并通过真空辅助固化成型工艺来完成耐海洋环境面层的成型，此过程中真空辅助固化成型工艺中的真空负压控制在0.095~0.1MPa并在ll(Tl2(TC范围内固化3h，或在所述真空负压下进行常温固化，耐海洋环境面层的厚度控制在f 6mm，热固性树脂在耐海洋环境面层中所占的百分重量控制在25~45%，引发剂或固化剂按照热固性树脂的使用说明书推荐重量加入，其余为增强纤维布，待耐海洋环境面层与界面匹配中间层完全固化后进行脱模，即可制备出耐海洋环境且低增重的吸波复合材料。
2.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:热固性树脂或是乙烯基酯树脂，或是耐水性环氧树脂，要求乙烯基酯树脂或是耐水性环氧树脂的粘度不大于100mPa.s【20°C】。
3.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:增强纤维布是高强玻璃纤维布、高强石英纤维布及高硅氧纤维布中的任一种，或是其任两种的组合物，高强玻璃纤维布、高强石英纤维布及高硅氧纤维布或为单向布，或为双轴向布，或为多轴向织物，或为平纹布，或为斜纹布，或为缎纹布。
4.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:吸收剂或是微米级羰基铁粉，或是微米级钡铁氧体，或是微米级铁氧体，或是微米级短切碳纤维，或是微米级多晶铁纤维。
5.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:非金属吸收剂或是纳米级导电聚苯胺，或是纳米级导电炭黑，或是纳米级碳纳米管，或是纳米级石墨。
6.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:界面改性剂或是钛酸盐，或是硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:消泡剂或是硅类消泡剂，或是表面活性剂。
8.根据权利要求1所述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:引发剂或是过氧化物类引发剂，或是氮氧化物类引发剂。
9.根据权利要求1所 述一种耐海洋环境且低增重吸波复合材料的制备方法，其特征是:固化剂或是胺类固化剂、或是酰胺类固化剂，或是酸酐类固化剂。
【文档编号】B32B37/10GK104029459SQ201410228299
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】张笑梅, 李想, 马武伟 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所