一种兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构

本发明属于电磁波吸收材料，具体涉及一种兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构。

背景技术：

1、微波吸收材料和结构在雷达隐身领域具有重要应用价值。性能优越的隐身结构不仅需要满足宽频吸波和强吸收的性能要求，还需要满足小厚度、高强度、力学承载等应用要求。电路模拟吸波体作为一种微波吸收材料，由频率选择表面和金属背板复合而成。频率选择表面类型众多，且组合性能强，具有高的设计自由度，通过结构设计和几何参数优化可以实现优异的电磁吸波性能。相较传统salisbury和jaumann吸波器，电路模拟吸波体具有剖面低和吸收宽的优势，相关领域研究成果极大助推了隐身技术的发展。

2、泡沫夹芯复合材料结构凭借其轻质高强、弯曲刚度大、抗冲击、吸能效果好、设计自由度高等优势，被广泛应用于航空航天技术领域。因此，将电路模拟吸波体和泡沫夹芯结构兼容设计，不仅可以兼顾轻质、高比强度、高比刚度的力学承载要求，还能满足宽频吸收的电性能要求，因此，面板层-频率选择表面层-泡沫层-碳纤维背板层的设计架构为泡沫夹芯型吸波复合材料提供了基础研究思路。

3、由于夹芯结构厚度方向强度与模量由填充芯材决定，泡沫夹芯型复合材料的面板-芯材界面结合较弱且抗压缩强度较低。在近十年中，具有代表性的z-pin增强、纤维缝纫增强和纤维腹板增强等一系列芯体增强措施被陆续提出，该领域的相关成果也在桥面板、道路垫板和防撞结构等工程领域中已得到了广泛应用。但在吸波材料领域，还需要兼顾采用的加固措施对材料的吸波性能造成的影响，因此，在此技术基础之上兼容吸波材料设计，保证横向、纵向高力学强度前提下实现宽带吸波性能是本发明所要解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，采用格构增强典型架构基础之上，设计电阻膜复合芯材保证宽频电磁吸收性能。

2、本发明具体通过以下技术方案实现。

3、一种兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，自上而下依次包括透波面板(作为蒙皮层对应设置在芯材顶部，提高吸波材料的横向力学强度)、电阻膜复合泡沫芯材和电磁波反射背板(设置在芯材底部)，所述电阻膜复合泡沫芯材包括多个电阻膜复合泡沫芯层，每个所述电阻膜复合泡沫芯层包括泡沫层和通过胶粘剂复合在泡沫层上的电阻膜片，所述电阻膜片包括透波复合材料片和电阻膜层，所述电阻膜层印制在所述透波复合材料片上，还包括正交格构腹板，所述正交格构腹板是由栅条单元周期排列而成，每个栅条单元由栅条沿x-方向和y-方向排列并采用嵌锁方法组装而成。

4、正交格构腹板包覆在电阻膜复合泡沫芯材四周，正交格构腹板和电阻膜复合泡沫芯材通过真空辅助成型方法一体化成型。正交格构腹板与电阻膜层和泡沫层复合，作为结构芯材力学增强组分，而对整体结构的吸波性能影响较低。

5、进一步的，所述栅条由多层透波纤维增强树脂基复合材料构成，相对介电常数为4.1，介电损耗角为0.025。

6、进一步的，栅条单元周期为10-50mm，栅条厚度为0.2-3.0mm。

7、进一步的，透波面板由透波纤维增强树脂基复合材料构成，相对介电常数为4.1，介电损耗角范围为0.025。

8、进一步的，每层所述电阻膜层分别独立选择方阻值和几何形状，且形状均呈周期排列特征。

9、更进一步的，所述形状为方环、孔隙或连续形状。具体的：所述电阻膜层是由方环形电阻膜周期排列而成；或者：所述电阻膜层中分布有孔隙，所述孔隙呈周期排列；或者：所述电阻膜层为连续的电阻膜构成。

10、进一步的，所述透波复合材料片的厚度为0.05～0.2mm，相对介电常数为4.1，介电损耗角为0.025。

11、进一步的，所述泡沫层包括pvc、pmi泡沫，相对介电常数为1.02-1.1，介电损耗角为0.001-0.01。

12、进一步的，电磁波反射背板由碳纤维复合材料构成，厚度为0.9-1mm。

13、与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

14、本发明提供的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，通过在泡沫芯材中引入正交格构腹板，保证吸波材料在横向和纵向方向上的基本力学性能，在采用格构增强典型架构基础之上，设计电阻膜复合芯材进一步保证宽频电磁吸收性能，具体的：

15、正交格构腹板是由栅条单元周期排列而成，每个栅条单元沿x-方向和y-方向排列并采用嵌锁方法组装而成；电阻膜复合泡沫芯材包括多个电阻膜复合泡沫芯层，每个所述电阻膜复合泡沫芯层包括泡沫层和复合在泡沫层上的电阻膜片，电阻膜片包括透波复合材料片和电阻膜层，电阻膜层印制在透波复合材料片上；正交格构腹板作为结构芯材力学增强组分，而对整体结构的吸波性能影响较低，通过调控电阻膜复合泡沫芯材的层数、电阻膜层的方阻、形状，使得本发明结构具有宽带电磁吸收性能。

技术特征：

1.一种兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，自上而下依次包括透波面板(1)、电阻膜复合泡沫芯材(4)和电磁波反射背板(3)；所述电阻膜复合泡沫芯材(4)四周包覆有正交格构腹板(2)，所述正交格构腹板(2)是由栅条单元周期排列而成，每个栅条单元沿x-方向和y-方向排列并采用嵌锁方法组装而成；

2.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，每层所述电阻膜层分别独立选择方阻值和几何形状。

3.根据权利要求2所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，所述电阻膜层是由方环形电阻膜周期排列而成；

4.根据权利要求2所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，所述电阻膜层的方阻值为86-420ohm/sq。

5.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，所述透波复合材料片的厚度为0.05-0.2mm，相对介电常数为4.1，介电损耗角为0.025。

6.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，所述泡沫层为pvc或pmi泡沫，相对介电常数为1.02-1.1，介电损耗角为0.001-0.01。

7.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，正交格构腹板(2)和电阻膜复合泡沫芯材(4)通过真空辅助成型方法一体化成型。

8.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，所述栅条由多层透波纤维增强树脂基复合材料构成，相对介电常数为4.1，介电损耗角为0.025；

9.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，透波面板(1)由透波纤维增强树脂基复合材料构成，相对介电常数为4.1，介电损耗角为0.025。

10.根据权利要求1所述的兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，其特征在于，电磁波反射背板(3)由碳纤维复合材料构成，厚度为0.9-1mm。

技术总结
本发明公开了一种兼具宽带电磁吸收和格构力学增强的泡沫夹芯结构，属于电磁波吸收材料技术领域，自上而下依次包括透波面板、电阻膜复合泡沫芯材和电磁波反射背板；电阻膜复合泡沫芯材四周包覆有正交格构腹板；电阻膜复合泡沫芯材包括多个电阻膜复合泡沫芯层，每个电阻膜复合泡沫芯层包括泡沫层和复合在泡沫层上的电阻膜片，电阻膜片包括透波复合材料片和电阻膜层，电阻膜层印制在透波复合材料片上。本发明采用玻璃纤维增强树脂基复合材料作为面板层和双向格构腹板，保证结构基本力学性能，将具有不同方阻值的电阻膜复合在泡沫芯材之中，以实现宽带电磁波吸收性能。

技术研发人员：庞永强,杨佳恒,屈冰玥,徐卓
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15