一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料

本发明属于吸波复合材料，具体涉及一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料。

背景技术：

1、随着电子信息设备的轻质化、小型化和集成化，电子信息设备内部电子元件的灵敏值越来越高，极易受到各种电磁信号的干扰，甚至是损伤。因此目前的电子信息设备的外壳不仅要求具有较低的密度(轻质)、较强的力学性能(承载)，还需要具有一定的吸波性能，以满足电子设备的电磁防护需求。

2、目前常用的具有电磁防护功能的电子设备外壳材料主要有金属材料和纤维复合材料两种。

3、金属材料是利用金属的高导电性形成电磁屏蔽体，为电子信息设备内部的电子元器件提供电磁防护。但金属材料的密度大，不符合电子信息设备减重的需求；电磁防护的方式也是以屏蔽为主，不能从根本上消除电磁波，容易形成二次干扰。

4、纤维复合材料具有高比强度、高比模量、低密度、易加工、可设计裁剪以及低成本等突出优点，在电子信息设备的外壳材料中具有非常重要地位。而轻质、高强、电磁防护多功能复合的纤维复合材料是电子设备外壳材料的重要发展方向。

5、目前，轻质、高强、电磁防护多功能复合纤维材料通用的设计方法为，由粘结剂、增强相、功能相组成的多相材料。功能相是实现电磁波损耗(隐身功能)的主要组分，主要选用各类电磁波吸收剂，如铁氧体、磁性金属微粉、导电粉体等；增强相选用玻璃纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等具有高强高模特性的纤维材料，为复合材料提供力学性能以满足承载要求；粘结剂提供适当的界面结合强度，以充分发挥纤维高强高模特性，可选用热固性树脂或热塑性弹性体，如环氧树脂、聚酯树脂、改性酚醛树脂等。一个或多个功能相弥散分散在由特种纤维增强的基体材料中，通过适当的成型方式便能制备出具有轻质、高强、电磁防护功能的复合材料。

6、纤维复合材料中功能相为弥散分布型，不仅损害了复合材料的力学性能，而且其吸波功能和承载功能对材料特性要求的相互矛盾，导致两者相互制约，无法同时获得良好的承载性能与电磁防护性能。

7、而且，功能相在多相体系中呈弥散分布，复合材料中存在大量界面，在服役过程中容易出现界面失效、功能界面损坏等问题，使复合材料性能下降，使用寿命降低。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，包括反射层、多个纤维层和多个吸波层，多个吸波层和纤维层交替排列；制备时，依次铺设反射层、纤维层和吸波层，再采用模压成型、热压罐成型或真空压力成型方法一次成型。

3、在本发明的另一种优选实施方式中，纤维层使用纤维复合材料，纤维复合材料选用玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维或pbo纤维。与金属材料相比，纤维材料具有密度低、比强度和比模量高，拉伸强度大，可设计性强等优点。

4、在本发明的另一种优选实施方式中，纤维层的总厚度为3～20mm。

5、在本发明的另一种优选实施方式中，纤维层为2～6层，且每层厚度为1～5mm。

6、在本发明的另一种优选实施方式中，纤维层均包括10～50层薄层纤维，且薄层纤维按照正交铺层的顺序依次铺成，纤维与纤维层基体质量比为60～80:40～20。

7、在本发明的另一种优选实施方式中，吸波层为吸波膜，吸波膜包括吸波层基体和吸收剂，吸收剂包括铁氧体、磁性金属微粉、导电粉体或铁氧体、磁性金属微粉、导电粉体的复合粉体。

8、在本发明的另一种优选实施方式中，纤维层基体、吸波层基体和粘结剂均使用热固性树脂，热固性树脂为环氧树脂、聚酯树脂或改性酚醛树脂。

9、在本发明的另一种优选实施方式中，单层吸波膜的厚度为0.2～1mm。

10、在本发明的另一种优选实施方式中，吸波层上刻蚀超材料周期结构。超材料是由周期性或非周期性人造微型结构排列而成的人工复合材料，吸波层上的超材料周期微结构设计具有对入射电磁波产生响应的平面结构，通过改变周期微结构的基本单元尺寸可改变其对入射电磁波的响应。多个超材料周期微结构单元在吸波层上按单元周期长度进行排列，可产生对入射电磁波的宏观响应。

11、在本发明的另一种优选实施方式中，反射层为4～20层镀镍碳纤维铺成，且包括交替排列的0°铺层和90°铺层；镀镍碳纤维的电阻率范围为1*10-4～1*10-6ω·m；反射层的厚度为0.8～2mm。

12、反射层一方面能避免能量传输到复合材料下方，影响电子设备；另一方面能作为一种反射边界，将投射到其表面电磁波反射回复合材料中，使反射波与入射波相位相反，达到消波的目的。

13、综上，本发明具有以下有益效果：

14、1、采用多层纤维层-吸波层交替排列的结构形式代替传统的吸波材料弥散分布结构，大幅度降低了复合材料中的界面数量和总面积，减少了界面失效、功能界面损坏等问题的出现几率，提高了复合材料的使用寿命。

15、2、采用多层纤维层和吸波层交替排列的结构，纤维层的大形变为复合材料提供良好的力学性能，而吸波层在形变过程中可保持相对位置的不变，从而保持了吸波性能的稳定，克服了弥散分布型复合材料导致力学性能与电磁防护性能指标相互制约的问题。

16、3、采用一次性整体成型，流程短，质量一致性高，成本低，适于批量生产与应用。

17、发明人打破了现有纤维复合材料结构的固有思维，对纤维复合材料的结构、材质、排列方式进行改进，克服了现有技术的技术壁垒，使得纤维复合材料各方面的性能均得到显著的提升。

18、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：包括反射层、多个纤维层和多个吸波层，多个吸波层和纤维层交替排列；制备时，依次铺设反射层、纤维层和吸波层，再采用模压成型、热压罐成型或真空压力成型方法一次成型。

2.根据权利要求1所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：纤维层使用纤维复合材料，纤维复合材料选用玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维或pbo纤维。

3.根据权利要求2所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：纤维层的总厚度为3～20mm。

4.根据权利要求3所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：纤维层为2～6层，且每层厚度为1～5mm。

5.根据权利要求4所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：纤维层均包括10～50层薄层纤维，且薄层纤维按照正交铺层的顺序依次铺成，纤维与纤维层基体质量比为60～80:40～20。

6.根据权利要求5所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：吸波层为吸波膜，吸波膜包括吸波层基体和吸收剂，吸收剂包括铁氧体、磁性金属微粉、导电粉体或铁氧体、磁性金属微粉、导电粉体的复合粉体。

7.根据权利要求6所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：纤维层基体和吸波层基体使用热固性树脂，热固性树脂为环氧树脂、聚酯树脂或改性酚醛树脂。

8.根据权利要求7所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：单层吸波膜的厚度为0.2～1mm。

9.根据权利要求8所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：吸波层上刻蚀超材料周期结构。

10.根据权利要求9所述的一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，其特征在于：反射层为4～20层镀镍碳纤维铺成，且包括交替排列的0°铺层和90°铺层；镀镍碳纤维的电阻率范围为1*10-4～1*10-6ω·m；反射层的厚度为0.8～2mm。

技术总结
本发明属于吸波复合材料技术领域，公开了一种具备承载和吸波功能的轻质纤维复合材料，包括反射层、多个纤维层和多个吸波层，多个吸波层和纤维层交替排列，各层之间使用粘结剂连接；制备时，依次铺设反射层、纤维层和吸波层，再采用模压成型、热压罐成型或真空压力成型方法一次成型。本发明提供一种具备承载和电磁防护功能的轻质纤维复合材料，采用层状分布的多层吸波层代替传统树脂基复合材料中弥散分布的吸波粉体，可在复合材料形变过程中保持相对位置的稳定，从而实现了电磁防护与力学性能的统一，同时吸波膜的使用大幅度降低了复合材料中的界面数量和面积，减少了因温度、应力作用出现的界面失效、功能界面损坏的问题。

技术研发人员：王峰,李宝毅,张胜健,张小平,白雪丽
受保护的技术使用者：太原工业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15