一种具有阻抗匹配结构的吸波蜂窝及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有阻抗匹配结构的吸波蜂窝及其制备方法，属于吸波材料制备。

背景技术：

1、芳纶纸蜂窝是一种新型的轻质结构夹芯材料，具有密度低、力学性能高、耐热性能好等优点，主要用于轻质夹层结构中，在飞行器中得到了广泛的应用。随着探测技术的发展，对飞行器提出了吸波频带更宽、吸收效果更强的隐身需求，芳纶纸蜂窝具有优异的电磁波透过性能，不具有电磁波吸收性能，无法直接用于吸波领域。常规的思路则是通过在芳纶纸透波蜂窝壁上引入电磁波吸收剂的方式来实现。

2、目前，现有芳纶纸吸波蜂窝大多通过先将不具有电磁损耗功能的普通芳纶纸制备成芳纶纸透波蜂窝，再在芳纶纸透波蜂窝的蜂窝壁上浸渍电磁波吸收剂胶液，最后固化成型的工艺过程实现。或者通过梯度浸渍的方式，在沿蜂窝孔格的方向上，吸收剂梯度分布，获得阻抗匹配结构，沿孔格方向上获得较好的吸波性能。但浸渍方法获得的吸波蜂窝，吸收剂附着于孔壁上，易脱落，耐环境性能较差，且浸渍工艺较难控制，工艺稳定性差。浸渍工艺无法应用大长径比碳纤维和磁性纤维类吸收剂，导致芳纶纸吸波蜂窝磁损耗性能低，另外浸渍工艺可控性差，造成芳纶纸吸波蜂窝的电磁性能稳定性不高。

3、为了避免浸渍型吸波蜂窝的缺点，在一种介电损耗芳纶纸、吸波蜂窝及制备方法(cn112553942a)专利中，提出了在芳纶纸中加入碳纤维吸收剂的方法，得到吸波芳纶纸，再制备形成吸波蜂窝。该方法的优点是，吸收剂在芳纶纸中，耐环境性能好，吸收剂加入量可以精确控制，工艺稳定；但是该方法受制于掺混造纸工艺，只能加入纤维类吸收剂，且加入量不宜过高。另一种方法为，在芳纶纸上涂抹吸收剂获得吸波芳纶纸，再制备得到吸波蜂窝，如专利cn109796624a、cn202111440881.5，cn114214871a；该方法可加入各类型的吸收剂，且可大量加入吸收剂满足不同的吸波需求；将吸收剂涂覆于芳纶纸表面，获得吸波芳纶纸，再利用传统的蜂窝制备方法获得吸波蜂窝。但该方法制备吸波蜂窝时，需进行拉伸，形成六边形孔格，吸收剂涂层附着力不够时，易出现脱粘现象。目前，上述两种方法均是可以获得性能稳定，且耐环境性能优异的吸波蜂窝，但蜂窝中吸收剂含量固定，并未进行吸波结构设计，吸波蜂窝整体呈现单一的电磁特性，无阻抗匹配性设计，难以获得优异的超宽频吸波性能。

4、在专利吸波纸及其制备方法和应用(cn104404814a)中，先制备不同吸收剂含量的吸波纸，制备吸波夹芯；再利用透波层对吸波夹芯进行组合，浸渍树脂固化后获得吸波材料。该方法获得的吸波蜂窝，在物理上具有多层结构，存在层间力学性能差且不可靠的缺点。在专利一种电磁特性横向梯度分布的纸基材料及其制造方法和应用(cn114606794a)中，先制备在横幅方向上吸收剂梯度分布的吸波芳纶纸，再进行吸波蜂窝制备，获得的吸波蜂窝在厚度方向上电磁特性梯度分布。该方法采用吸收剂掺杂芳纶纸制备吸波芳纶纸，限制了吸收剂的种类只能为纤维状，且加入量不宜过大，其在超宽频率范围并不具有优异的吸波效果，一般低频效果较差；且采用传统的蜂窝制备工艺，吸波芳纶纸不同区域的特性和张力不同，很难保证蜂窝孔格的均匀性。

5、传统的蜂窝制备方法，对芳纶纸要求较高，具有相同的张力；芳纶纸叠层后拉伸时，要匀速进行保证孔格的均匀性。而芳纶纸中掺入不同含量的吸收剂，会导致不同区域的芳纶纸张力不同，拉伸时会出现部分区域孔格拉满，而其他区域孔格尚未拉开的现象，严重影响蜂窝整体孔格的均匀性，导致蜂窝制备失败。专利一种聚酰亚胺薄膜蜂窝制备方法(cn112223772a)中公开了一种模板发制备蜂窝，先将可热塑形的聚氨酯复合薄膜进行模压成型，得到波纹结构的单元，再将多个单元叠加加热处理，得到聚酰亚胺薄膜蜂窝产品。该方法给蜂窝制备提供了另外一种思路，但是芳纶纸本身并不具有可热塑形能力，不能直接利用该方法进行蜂窝制备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不同，提供了一种具有阻抗匹配结构的吸波蜂窝及其制备方法，该吸波蜂窝的吸波性能和耐环境性能优异且易于进行阻抗匹配型设计，在超宽频率范围内具有优异的吸波性能。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种具有阻抗匹配结构的吸波蜂窝，包括多张吸波芳纶纸和在所述吸波芳纶纸上浸有的已固化树脂；每张吸波芳纶纸上涂覆有由吸收剂和胶黏剂组成的吸波层，该吸波层是由沿吸波芳纶纸幅宽方向排布的条形吸波层组成，且各个条形吸波层的吸收剂含量沿幅宽方向呈梯度差异；每张吸波芳纶纸均呈统一的半孔格形状，相邻两张吸波芳纶纸对齐粘贴；所述吸波蜂窝沿孔格方向呈电磁特性梯度变化，且沿孔格方向并吸收剂含量由低到高的方向作为电磁波入射方向。

4、一种具有阻抗匹配结构的吸波蜂窝的制备方法，包括以下步骤：

5、1)蜂窝结构设计：根据吸波频段确定吸收剂种类，并利用电磁仿真软件计算最佳的梯度渐变的吸波结构，确定沿电磁波入射方向的蜂窝厚度，并确定各条形吸波层的厚度、宽度和吸收剂的含量，然后基于计算结果进行后续步骤；

6、2)吸波芳纶纸制备：将不同用量的吸收剂和胶黏剂混合制成吸波浆料，再以条形形式涂覆在芳纶纸表面固化成沿芳纶纸幅宽方向吸收剂梯度变化的吸波层，得到吸波芳纶纸；

7、3)吸波芳纶纸浸渍树脂：将所述吸波芳纶纸完全浸渍于树脂中，取出后垂直放置，并振动去除多余的树脂，然后进行半固化处理；

8、4)制备波纹结构单元：利用预先设计好的压制模具压制半固化处理后的吸波芳纶纸，得到具有半孔格形状的吸波芳纶纸即波纹结构单元，并在半孔格间的凸边上涂膜芯条胶；

9、5)波纹单元叠加：将每个波纹结构单元沿吸波芳纶纸幅宽方向对齐，并通过所述芯条胶粘接，得到吸波蜂窝半成品；

10、6)加热处理：将所述吸波蜂窝半成品放入模具中，在蜂窝孔格孔内插入相同形状的棒材，向蜂窝孔壁施加一定的压力，确保芯条胶的粘接强度，再进行加热固化，得到垂直于蜂窝孔格方向的吸收剂梯度分布的吸波蜂窝。

11、进一步地，所述吸收剂的含量为0.1～90wt％，所述吸波层的厚度为0.01～0.3mm。

12、进一步地，所述吸收剂具有电磁损耗能力，选用炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅、羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝中的至少一种，优选为炭黑、碳纤维、羰基铁粉、铁硅铝中的至少一种。

13、进一步地，对于吸收的电磁波频段低于8ghz，所述吸收剂选用磁性吸收剂即羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝中的至少一种；对于吸收的电磁波频段高于8ghz，所述吸收剂选用介电型吸收剂即炭黑、石墨片、碳纤维、二氧化硅中的至少一种；对于超宽或全频段吸收电磁波，所述吸收剂同时选用所述磁性吸收剂中的至少一种和介电型吸收剂中的至少一种。

14、进一步地，所述树脂选用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂中的一种，优选为酚醛树脂。

15、进一步地，所述吸波芳纶纸浸渍时间为5～30min；振动除去多余的树脂后，增重比例为50％～300％。

16、进一步地，所述半固化处理的条件为：半固化温度为120～400℃，半固化时间为0.5～3h。

17、进一步地，所述加热固化的条件为：加热温度为180～450℃，固化时间为3～10h。

18、进一步地，所述蜂窝孔格的形状为六边形、长方形、圆形、不规则形状中的一种，优选为六边形。

19、本发明与现有技术相比的有益效果：

20、(1)本发明将吸收剂涂覆于芳纶纸表面，加入量可精确控制，工艺稳定，获得的吸波蜂窝具有优异的耐环境性能，克服了现有浸渍型吸波蜂窝性能不易稳定控制，易脱落等缺点。

21、(2)本发明将吸收剂涂覆于芳纶纸表面，可加入不同类型的吸收剂，满足不同的吸波需求；吸收剂可大量加入，在超宽频率范围内具有优异的吸波效果，克服了现有吸收剂掺杂芳纶纸吸波蜂窝中吸收剂种类受限(仅为纤维状)，吸收剂含量不高的缺点。

22、(3)传统的蜂窝制备工艺通过叠层后拉伸，适用于芳纶纸特性一致的情况，可保证孔格同时被拉开且形状均匀。本发明中的同一张吸波芳纶纸，不同位置的特性均不同(芳纶纸表面涂覆了不同的吸波层)，采用传统叠层拉伸工艺时，因芳纶纸不同位置的张力等特性不同，极易出现同一个蜂窝孔格的厚度方向上不同位置不能同时拉开，从而导致孔格形状不均匀或拉伸失败的情况。本发明通过模板法制备吸波蜂窝，可保证厚度方向不同位置孔格尺寸的均匀性，克服了现有制备工艺下含有不同类型的芳纶纸叠层板拉伸时，孔格不均匀展开和易脱粘的问题。

23、(4)本发明中沿横向(芳纶纸幅宽方向)涂覆不同类型和含量的吸收剂，获得横向电磁特性梯度变化的吸波芳纶纸，制备得到的吸波蜂窝，在孔格方向(蜂窝厚度方向)上具有阻抗匹配结构，在超宽频率范围内具有优异的吸波效果，克服了传统吸波蜂窝阻抗匹配结构，成型工艺复杂，层间性能不可靠的缺点。