双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构及其制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术：

随着雷达探测及制导技术的发展，敌方雷达的主要探测波段不断向高频波段拓展，武器装备对具有高频(ka)波段电磁波吸收功能的材料提出了迫切需求。

轻质吸波蜂窝夹心结构在武器装备中有着广泛的应用背景，具有优异的宽频吸波性能。部分装备对蒙皮的力学性能要求较高，不可避免的采用较大厚度的蒙皮，但当夹心结构的蒙皮较厚(大于0.2mm)时，无论复合材料的吸波结构如何调整，在高频(ka)波段都难以得到令人满意的吸波效果。在这种情况下如何提高夹心结构的高频吸波性能成为亟需解决的难题。

技术实现要素：

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种高频(ka)波段吸波性能优异的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构及其制备方法。

本发明的技术解决方案：

本发明一方面提供一种双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，沿电磁波传播方向，结构依次由第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、若干吸波层和反射层叠加构成，其中，第一蒙皮层和第二蒙皮层厚度分别为0.2mm～1mm，透波层为蜂窝结构层，透波层的厚度为0.5mm～1.5mm，若干吸波层的任一吸波层为吸波蜂窝层。

进一步地，第一蒙皮层和第二蒙皮层材料相同，且两者厚度相差不超过20％。

进一步地，第一蒙皮层和第二蒙皮层所用材料选自玻璃纤维布增强树脂复合材料、石英纤维布增强树脂复合材料或芳纶纤维布增强树脂复合材料中的任一种。蜂窝结构层为芳纶纸蜂窝，吸波蜂窝层为含有电磁波吸收剂的芳纶纸蜂窝。

进一步地，电磁波吸收剂选自炭黑、碳纳米管、石墨烯粉或短切碳纤维中的一种或几种。

进一步地，对于若干吸波层的任一层，电磁波吸收剂在吸波层中的质量百分比为0.01～10％。

进一步地，吸波层为多层，沿电磁传播方向，多层吸波层中电磁波吸收剂的质量百分比按梯度上升变化。

进一步地，若干吸波层的任一层由芳纶纸蜂窝浸渍掺混有电磁波吸收剂的树脂溶液并固化得到。

进一步地，树脂为环氧树脂、氰酸脂树脂、双马树脂中的一种。

进一步地，反射层为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本发明另一方面，提供了一种双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在模具上按第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、若干吸波层和反射层的顺序进行铺层，各层之间通过胶黏剂连接；

步骤2，对步骤1制备的多层材料进行固化处理即得。

通过上述技术方案，设计双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，沿电磁波传播方向，依次由第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、若干吸波层和反射层叠加构成，通过该结构设计，设计双层蒙皮结构一方面保证了结构的强度，另一方面，设计两层蒙皮层分别位于透波层的两侧，以及对蒙皮层和透波层厚度进行限定，使得入射电磁波在两层蒙皮间可以进行多次反射，最终所有的反射波干涉相消，可以大幅降低电磁波在吸波结构蒙皮部位的直接反射，从而将电磁波引入到吸波材料内部，并由内部的吸波材料将电磁波吸收掉，大幅提升高频(ka)波段的雷达波透过性。综上，本发明方案在保证蜂窝夹心结构强度的基础上，大幅度提升了结构的高频吸波性能。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步地理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构示意图；

图2为对比例吸波蜂窝夹心结构示意图；

图3为实施例1提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的反射率测试曲线；

图4为对比例1提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的反射率测试曲线；

图5为实施例2提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的反射率测试曲线；

图6为对比例2提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的反射率测试曲线；

图7为实施例3提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的反射率测试曲线；

图8为对比例3提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的反射率测试曲线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

正如背景技术所提到，现有的蜂窝夹心结构中，单层蒙皮厚度大于0.2mm的复合材料蒙皮一般对高频电磁波(ka波段)会产生较强的直接反射，不利于吸波结构的设计。为解决这一问题，如图1所示，根据本发明实施例提供的一种双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，沿电磁传播方向，由第一蒙皮层m1、透波层t、第二蒙皮层m2、若干吸波层xn和反射层f以m1-t-m2-x1-x2……xn-f的形式叠加构成，第一蒙皮层m1和第二蒙皮层m2厚度分别为0.2mm～1mm，透波层t为蜂窝结构层，透波层t的厚度为0.5mm～1.5mm，若干吸波层的任一层x为吸波蜂窝层。

本发明实施例设计双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，沿电磁波传播方向，依次由第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、若干吸波层和反射层叠加构成，通过该结构设计，设计双层蒙皮结构一方面保证了结构的强度，另一方面，设计两层蒙皮层分别位于透波层的两侧，以及对蒙皮层和透波层厚度进行限定，使得入射电磁波在两层蒙皮间可以进行多次反射，最终所有的反射波干涉相消，可以大幅降低电磁波在吸波结构蒙皮部位的直接反射，从而将电磁波引入到吸波材料内部，并由内部的吸波材料将电磁波吸收掉，大幅提升高频(ka)波段的雷达波透过性。

本发明实施例中，设计第一蒙皮层m1和第二蒙皮层m2厚度分别为0.2mm～1mm，可见即使本发明实施例所采用蒙皮大于0.2mm也是可以保证吸波结构的性能，原因在于，本发明实施例采用双层蒙皮设计并将双层蒙皮设置在特定厚度的透波层两侧，这样即使蒙皮层具有上述的厚度，通过这种结构设计，使得入射电磁波在两层蒙皮间可以进行多次反射，最终所有的反射波干涉相消，可以大幅降低电磁波在吸波结构蒙皮部位的直接反射，从而将电磁波引入到吸波材料内部。

此外，为保证更好的结构强度，本发明实施例中蒙皮厚度不能小于0.2mm，并且本发明实施例蒙皮厚度不能大于1mm，原因在于，若蒙皮厚度大于1mm，则吸波结构即使采用双层蒙皮方案也难以取得较好的吸波效果。

本发明实施例中，当蒙皮厚度为0.2mm～1mm，电磁波频率为ka波段时，透波层的厚度在0.5mm～1.5mm范围内选择，可以最大化的提高电磁波在吸波结构蒙皮部位的透过率。而且在上述厚度范围内，所述透波层t厚度的选择还与两层蒙皮的厚度及电磁波的频率相关，透波层t的厚度一般需根据蒙皮层的厚度选取，蒙皮层的厚度越厚，则透波层t的厚度越薄。

作为本发明一种实施例，第一蒙皮层和第二蒙皮层厚度相差不超过20％，并且两者蒙皮材料相同。通过此种配置方式，设计蒙皮层厚度基本相同，以及两者材料相同(保证其具有相同的介电常数)，将更加有利于使电磁波在双层蒙皮间产生多次反射、干涉相消的效果，增加其电磁波透过性。

本发明实施例中，所述的第一蒙皮层和第二蒙皮层厚度相差不超过20％，是指：例如第一蒙皮层厚度为b1，第二蒙皮层厚度为b2，|b1-b2|与b1或b2相比均不超过20％。

本发明实施例中，第一蒙皮层和第二蒙皮层材料可以是玻璃纤维布增强树脂复合材料、石英纤维布增强树脂复合材料或芳纶纤维布增强树脂复合材料中的一种，但不限于此。

作为本发明一种实施例，电磁波吸收剂为可吸收电磁波的材料，可以是炭黑、碳纳米管、石墨烯粉或短切碳纤维中的一种或几种，但不限于此。

在本发明实施例中，电磁波吸收剂在若干吸波层的任一层质量百分比为0.01～10％。当电磁波吸收剂的质量百分比低于0.01％时，吸波层对电磁波的吸收效果较弱；当电磁波吸收剂的质量百分比高于10％时，对电磁波的反射较大，以上两种情况均不利于阻抗匹配结构的设计。

作为本发明的一种实施例，吸波层优选为多层，即至少为两层，其中，沿电磁传播方向，多层吸波层中电磁波吸收剂的质量百分比按梯度上升变化。通过此种设计方式，各吸波层中的电磁波吸收剂含量不同，使各吸波层的电磁参数各不相同，阻抗值也就不同，通过梯度排布的阻抗值，能够有效的将电磁波引入到吸波材料内部并加以吸收，提高吸波材料的隐身性能。

作为本发明的一种实施例，为了获取吸波蜂窝层，若干层吸波层的任一层由所述芳纶纸蜂窝浸渍掺混有电磁波吸收剂的树脂溶液并固化得到。

本实施例中，上述的树脂可以为环氧树脂、氰酸脂树脂、双马树脂中的一种。

本实施例中，将沿电磁传播方向的多层吸波层，分别在含电磁波吸收剂质量百分比按梯度上升变化的树脂胶黏剂中浸渍相同时间，达到沿电磁传播方向多层吸波层x中电磁波吸收剂的质量百分比按梯度上升变化的目的。

本实施例中，将沿电磁传播方向的多层吸波层x，在含电磁波吸收剂质量百分比相同的树脂胶黏剂中浸渍时间按梯度上升变化，可在多层吸波层上形成不同厚度的胶黏剂浸渍层，达到沿电磁传播方向多层吸波层x中电磁波吸收剂的质量百分比按梯度上升变化的目的。

作为本发明的一种实施例，反射层可以为碳纤维织物增强树脂复合材料。碳纤维织物具有良好的导电性，同时可以和复合材料共固化成型。

根据本发明实施例另一方面，提供一种双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在模具上按第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、若干吸波层和反射层的顺序进行铺层，各层之间通过胶黏剂连接；

该步骤中，在铺层之前，需要将第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、若干层吸波层以及反射层材料剪裁成需要的尺寸，另外，需要在模具表面喷涂脱模剂，并晾干，在铺层的时候，每一层需要对齐；

步骤2，对步骤1制备的多层材料进行固化处理，获得双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料。

该步骤中，根据需要，还可以将双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成特定尺寸。

作为本发明的一种实施例，当吸波层为多层时，在步骤1中，在模具上按第一蒙皮层、透波层、第二蒙皮层、多吸波层和反射层的顺序进行铺层，各层之间通过胶黏剂连接，沿铺层顺序，多层吸波层中电磁波吸收剂的质量百分比按梯度逐层上升变化。

作为本发明的一种实施例，可以采用真空袋压加热固化成型工艺法对多层材料进行固化处理。

以下结合附图、具体实施例和对比例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，沿电磁传播方向，由第一蒙皮层m1、透波层t、第二蒙皮层m2、若干吸波层xn和反射层f以m1-t-m2-x1-x2……xn-f的形式叠加构成。

如图2所示，本发明对比例提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，沿电磁传播方向，由蒙皮层m1、若干吸波层xn和反射层f以m1-x1-x2……xn-f的形式叠加构成。

本发明对比例与实施例相比，仅去除了透波层和第二蒙皮层m2，其余均相同。

实施例1

本实施例提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，其中，第一蒙皮层和第二蒙皮层采用的材料均为玻璃纤维织物增强树脂复合材料，厚度均为1mm；透波层选用的材料为芳纶纸蜂窝，厚度为0.5mm；吸波层共4层，选用的材料均为芳纶纸蜂窝浸渍掺混炭黑的树脂溶剂得到的吸波蜂窝，每层厚度为3mm，沿电磁波传播方向4层吸波层中炭黑的质量分数分别为0.1％、0.5％、2％、4％；反射层选用的材料为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本实施例的制备方法包括以下步骤：

1、将玻璃纤维织物增强树脂预浸料、芳纶纸蜂窝、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料剪裁成需要的尺寸；

2、在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；

3、将玻璃纤维织物增强树脂预浸料、芳纶纸蜂窝、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料按上述结构交替平铺在模具上，每层之间通过胶粘剂连接，每层材料应对齐；

4、通过真空袋压加热固化成型工艺，将铺层好的材料固化成型，固化温度为130℃，固化时间为3小时，脱模后获得双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料；

5、将双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成需要的尺寸。

对比例1

本对比例提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，其中，蒙皮层采用的材料为玻璃纤维织物增强树脂复合材料，厚度为1mm；吸波层共4层，选用的材料为芳纶纸蜂窝浸渍掺混炭黑的树脂溶剂得到的吸波蜂窝，每层厚度为3mm，沿电磁波传播方向，4层吸波层中炭黑的质量分数分别为0.1％、0.5％、2％、4％；反射层选用的材料为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本对比例的制备方法包括以下步骤：

1、将玻璃纤维织物增强树脂预浸料、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料剪裁成需要的尺寸；

2、在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；

3、将玻璃纤维织物增强树脂预浸料、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料按上述结构交替平铺在模具上，每层之间通过胶粘剂连接，每层材料应对齐；

4、通过真空袋压加热固化成型工艺，将铺层好的材料固化成型，固化温度为130℃，固化时间为3小时，脱模后获得单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料；

5、将单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成需要的尺寸。

将实施例1制得的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构和对比例1制得的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构分别进行ka频段的反射率测试，结果如图3和4所示。由图3可知，实施例1所得材料在26.5～40ghz频率下反射率的均值为-14.2db，由图4可知，对比例1所得材料在26.5～40ghz频率下反射率的均值为-7.1db。由此可见，实施例1相比对比例1所得材料的性能有大幅提升。

实施例2

本实施例提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，其中，第一蒙皮层和第二蒙皮层采用的材料均为石英纤维织物增强树脂复合材料，厚度均为0.6mm；透波层选用的材料为环氧蜂窝，厚度为1.1mm；吸波层共4层，选用的材料均为芳纶纸蜂窝浸渍掺混炭黑的树脂溶剂得到的吸波蜂窝，每层厚度为3mm，沿电磁波传播方向，4层吸波层中炭黑的质量分数分别为0.1％、0.5％、2％、4％；反射层选用的材料为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本实施例的制备方法包括以下步骤：

1、将石英纤维织物增强树脂预浸料、芳纶纸蜂窝、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料剪裁成需要的尺寸；

2、在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；

3、将石英纤维织物增强树脂预浸料、芳纶纸蜂窝、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料按上述结构交替平铺在模具上，每层之间通过胶粘剂连接，每层材料应对齐；

4、通过真空袋压加热固化成型工艺，将铺层好的材料固化成型，固化温度为130℃，固化时间为3小时，脱模后获得双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料；

5、将双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成需要的尺寸。

对比例2

本对比例提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，其中，蒙皮层采用的材料为石英纤维织物增强树脂复合材料，厚度为0.6mm；吸波层共4层，选用的材料均为芳纶纸蜂窝浸渍掺混炭黑的树脂溶剂得到的吸波蜂窝，每层厚度为3mm，沿电磁波传播方向，4层吸波层中炭黑的质量分数分别为0.1％、0.5％、2％、4％；反射层选用的材料为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本对比例的制备方法包括以下步骤：

1、将石英纤维织物增强树脂预浸料、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料剪裁成需要的尺寸；

2、在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；

3、将石英纤维织物增强树脂预浸料、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料按上述结构交替平铺在模具上，每层之间通过胶粘剂连接，每层材料应对齐；

4、通过真空袋压加热固化成型工艺，将铺层好的材料固化成型，固化温度为130℃，固化时间为3小时，脱模后获得单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料；

5、将单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成需要的尺寸。

将实施例2制得的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构和对比例2制得的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构分别进行ka频段的反射率测试，结果如图5和6所示。由图5可知，实施例2所得材料在26.5～40ghz频率下反射率的均值为-16.7db，由图6可知，对比例2所得材料在26.5～40ghz频率下反射率的均值为-9.6db。由此可见，实施例2相比对比例2所得材料的性能有大幅提升。

实施例3

本实施例提供的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，其中，第一蒙皮层和第二蒙皮层采用的材料均为芳纶纤维织物增强树脂复合材料，厚度均为0.3mm；透波层选用的材料为聚甲基丙烯酰亚胺蜂窝，厚度为1.5mm；吸波层共6层，选用的材料为芳纶纸蜂窝浸渍掺混炭黑的树脂溶剂得到的吸波蜂窝，每层厚度为2mm，沿电磁波传播方向，6层吸波层中炭黑的质量分数分别为0.1％、0.5％、1.2％、2％、4％、6％；反射层选用的材料为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本实施例的制备方法包括以下步骤：

1、将芳纶纤维织物增强树脂预浸料、芳纶纸蜂窝、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料剪裁成需要的尺寸；

2、在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；

3、将芳纶纤维织物增强树脂预浸料、芳纶纸蜂窝、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料按上述结构交替平铺在模具上，每层之间通过胶粘剂连接，每层材料应对齐；

4、通过真空袋压加热固化成型工艺，将铺层好的材料固化成型，固化温度为130℃，固化时间为3小时，脱模后获得双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料；

5、将双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成需要的尺寸。

对比例3

本对比例提供的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构，其中，蒙皮层采用的材料为芳纶纤维织物增强树脂复合材料，厚度为0.3mm；吸波层共6层，选用的材料为芳纶纸蜂窝浸渍掺混炭黑的树脂溶剂得到的吸波蜂窝，每层厚度为2mm，沿电磁波传播方向，6层吸波层中炭黑的质量分数分别为0.1％、0.5％、1.2％、2％、4％、6％；反射层选用的材料为碳纤维织物增强树脂复合材料。

本对比例的制备方法包括以下步骤：

1、将芳纶纤维织物增强树脂预浸料、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料剪裁成需要的尺寸；

2、在模具表面喷涂脱模剂，并晾干；

3、将芳纶纤维织物增强树脂预浸料、吸波蜂窝、碳纤维织物增强树脂复合材料按上述结构交替平铺在模具上，每层之间通过胶粘剂连接，每层材料应对齐；

4、通过真空袋压加热固化成型工艺，将铺层好的材料固化成型，固化温度为130℃，固化时间为3小时，脱模后获得单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料；

5、将单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构毛坯料加工成需要的尺寸。

将实施例3制得的双层蒙皮吸波蜂窝夹心结构和对比例3制得的单层蒙皮吸波蜂窝夹心结构分别进行ka频段的反射率测试，结果如图7和8所示。由图7可知，实施例3所得材料在26.5～40ghz频率下反射率的均值为-21.9db，由图8可知，对比例3所得材料在26.5～40ghz频率下反射率的均值为-14.6db。由此可见，实施例3相比对比例3所得材料的性能有大幅提升。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。