專利名稱：耐150℃泡沫夾層吸波復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及泡沫復合材料，具體地指一種耐150°C泡沫夾層吸波復合材料及其制備方法。
背景技術：
隨著軍事技術的不斷發(fā)展，雷達、毫米波、紅外、激光、多光譜和聲波等現代探測和制導技術大量應用于武器系統(tǒng)中，給飛機、艦艇、坦克及其它武器的生存造成了極大的威脅。隱身材料技術作為提聞武器系統(tǒng)生存和突防能力，提聞武器裝備隱身能力，提聞總體作戰(zhàn)效能的有效手段，受到世界各軍事大國的高度重視，然而，傳統(tǒng)的單一吸波涂料，吸波頻帶有限、效率低、重量大、耐溫性差等局限，滿足不了現代武器結構吸波隱身一體化的要求。因此，吸波寬、效率高、密度小以及兼容型吸波材料已成為全世界研究的熱點。結構吸波復合材料是同時具有承載能力和吸波性能的結構/功能一體化復合材料，國外先進的隱身飛機已開始大量應用結構吸波復合材料。F-117A、B-2、F-22隱身飛行器上結構吸波材料用量分別為可以說，結構吸波材料的發(fā)展在很大程度上影響著隱身材料乃至整個隱身技術的未來。其中輕質泡沫夾層型吸波復合材料因其強度高、韌性好、質量輕等特點，可使武器系統(tǒng)明顯減重、增強機動性能而越來越多的應用于隱身飛行器結構件，如B-2飛機的蒙皮就采用了輕質泡沫夾層吸波復合材料。盡管泡沫夾層復合材料具有輕質、力學性能優(yōu)良、吸波性能好、吸波頻帶寬等優(yōu)點，然而，如何提高材料的吸波性能與耐高溫性能成為目前的研究重點。同時，泡沫夾層吸波復合材料耐高溫性能方面的報道還比較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種耐150°C泡沫夾層吸波復合材料及其制備方法，從而得到耐高溫、輕質化、吸收頻帶寬、力學性能優(yōu)異的結構型吸波復合材料。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，包含上蒙皮、泡沫夾層和下蒙皮，其特征在于所述上蒙皮、泡沫夾層和下蒙皮的重量比為10 20 60 80 10 20 ;所述上蒙層、泡沫夾層和下蒙皮的厚度比為I 3 8 15 2 6 ;所述上蒙皮組份的重量比為電磁波吸波材料5 35、增強纖維布40 50、樹脂基體5 20 ;所述泡沫夾層組份中按重量比包括電磁波吸波材料10 20、泡沫材料20 60、樹脂基體30 60、引發(fā)劑0 5、發(fā)泡劑0 5、交聯(lián)劑0 5 ;所述下蒙皮組份的重量比為電磁波吸波材料5 35、增強纖維布40 50、樹脂基體5 20。進一步，所述電磁波吸波材料為石墨、羰基鐵鐵粉、二氧化錳和鐵氧體吸收劑中任選一種或幾種，其粒徑為0. 5 10 ii m ;所述增強纖維布為E玻璃纖維布、S玻璃纖維布和碳纖維布中任選其一；所述樹脂基體為環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂和聚醚酰亞胺樹脂中任選其一。再進一步，所述泡沫材料為聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺、聚甲基丙烯酰亞胺中任選其一。再進一步，所述引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯、偶氮二異丁腈、戊烷、異戊烷、正戊烷、三氯三氟乙烷和二氯二氟甲烷中任選其一；所述發(fā)泡劑為正丁醇、異丁醇、叔丁醇和新戊醇中任選其一；所述交聯(lián)劑為丙烯酸烯丙酯、烯丙基丙烯酰胺和烯丙基甲基丙烯酰胺中任選其一。 再進一步，所述泡沫夾層組份中按重量比還包括觸變劑O 3、表面活性劑O 2、發(fā)酸固化劑O I、醚類多元醇O O. 5、催化劑O I、泡沫穩(wěn)定劑O 5、有機多異氰酸酯O 4、溶劑I 10、脫水劑O 4。再進一步，所述觸變劑為硅藻土、石棉和云母中任選其一；所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚類和DC-190中任選其一；所述發(fā)酸固化劑為硫酸、磷酸、鹽酸和草酸、苯磺酸、甲苯磺酸和醋酸中任選其一；所述醚類多元醇為山梨醇聚醚-20和二乙二醇聚醚中任選其一；所述催化劑為二甲基錫、二辛基錫、四苯基錫、三乙胺和三亞乙基二胺中任選其一；所述泡沫穩(wěn)定劑為磺化脂肪醇和磺化脂肪酸中任選其一；所述有機多異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和多亞甲基多異氰酸酯中任選其一；所述溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和六甲基磷酰胺中任選其一；所述脫水劑為乙酸酐和馬來酸酐中任選其本發(fā)明提供一種耐150°C泡沫夾層吸波復合材料的制備方法，其包括以下步驟I)按所述泡沫夾層中各組份重量稱取原料，混合攪拌2 8h，得到均勻的混合溶液；2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于40 100°C模具中固化2 6h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整；3)按所述上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取原料，將電磁波吸波材料分散在樹脂基體中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰；4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的增強纖維布鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作，直至上蒙皮和下蒙皮的厚度滿足設計要求；5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在100 150°C、160 2000C >200 220°C和220 260°C區(qū)間分別固化2 4h、2 4h、3 6h和3 4h，得到耐150°C泡沫夾層吸波復合材料。本發(fā)明的一種耐150°C泡沫夾層吸波復合材料的制備方法的有益效果在于I、復合材料通過泡沫夾層上下鋪覆增強纖維蒙皮，并與高玻璃化轉變溫度的樹脂基體進行復合。2、將具有良好電損耗的電磁波吸波材料進行混合添加。3、將一種到多種電磁波吸波材料進行分層疊加設計，使得復合材料兼具電損耗與磁損耗的優(yōu)點。4、本發(fā)明得到復合材料質輕、力學性能優(yōu)異，耐溫性能良好。
具體實施例方式為了更好地解釋本發(fā)明，以下結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內容，但.本發(fā)明的內容不僅僅局限于以下實施例。實施例I :I)按泡沫夾層中各組份重量稱取聚苯乙烯40份，雙馬樹脂30份，偶氮二異丁腈2份，異丁醇3份，烯丙基甲基丙烯酰5份，二氧化錳10份，石墨10份，混合攪拌5h，得到均勻的混合溶液。2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于60°C模具中固化4h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整。3)按上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取雙馬樹脂19份，E玻璃纖維49份，羰基鐵粉末8份，石墨24份，將羰基鐵粉末和石墨分散在雙馬樹脂中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰。4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的E玻璃纖維鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夾層的重量分別為10份，20份，70份；且厚度分別為1.8mm、3mm和10mm。5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在120、180°C分別固化2h，然后在200,250°C分別固化4h，得到耐150V泡沫夾層吸波復合材料。采用此方法制備的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料在8 18GHz的掃頻范圍內，12. 9GHz處出現最大峰值，反射率達到-41. 7dB, R < -IOdB的頻寬為I. 5GHz。彎曲強度為
5.9MPa，彎曲模量為182MPa，彎曲強度殘余率(150°C )為98. 4%，彎曲模量殘余率(150°C )為 97. 7%。實施例2I)按泡沫夾層中各組份重量稱取聚氯乙烯50份，環(huán)氧樹脂30份，三氯三氟乙烷4份，苯磺酸I份，石墨15份,混合攪拌5h,得到均勻的混合溶液。2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于100°C模具中固化2h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整。3)按上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取環(huán)氧樹脂20份，S玻璃纖維47份，二氧化錳16份，石墨17份，將二氧化錳和石墨分散在環(huán)氧樹脂中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰。4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的S玻璃纖維鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夾層的重量分別為15份，15份，70份；其厚度分別為2mm、3mm和15mm。5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在100、200°C分別固化3h和2h，然后在200°C、260°C分別固化4h和2h，得到耐150°C泡沫夾層吸波復合材料。采用此方法制備的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料在8 18GHz的掃頻范圍內，
12.5GHz處出現最大峰值，反射率達到-37. OdB, R < -IOdB的頻寬為I. 7GHz。彎曲強度為
4.7MPa，彎曲模量為138MPa，150°C下，彎曲強度殘余率85. O %，彎曲模量殘余率87. 2 %。實施例3I)按泡沫夾層中各組份重量稱取聚醚酰亞胺26份，聚酰亞胺樹脂60份，脂肪醇聚氧乙烯醚I份，正丁烷3份，苯磺酸I份，二氧化錳10份，混合攪拌8h，得到均勻的混合溶
液2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于50°C模具中固化6h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整；3)按上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取酚醛樹脂15份，碳纖維50份，二氧化錳粉末15份，石墨20份，將二氧化錳和石墨分散在環(huán)氧樹脂中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰。4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的碳纖維鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夾層的重量分別為12份，16份，72份；其厚度分別為2mm、5mm和12mm。5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在150、180°C分別固化2h，然后在200°C、240°C分別固化6h和2h，得到耐150°C泡沫夾層吸波復合材料。采用此方法制備的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料在8 18GHz的掃頻范圍內，
13.5GHz處出現最大峰值，反射率達到-22. 5dB, R < -IOdB的頻寬為3. 2GHz。彎曲強度為
5.7MPa，彎曲模量為168MPa，150°C下，彎曲強度殘余率96. 4%，彎曲模量殘余率93. O %。實施例4I)按泡沫夾層中各組份重量稱取聚氯乙烯49份，酚醛樹脂31份，二甲基錫I份，磺化脂肪醇2份，正戊烷5份，二氧化錳5份，石墨7份，混合攪拌8h，得到均勻的混合溶液。2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于80°C模具中固化4h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整。3)按上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取雙馬樹脂18份，碳纖維50份，羰基鐵鐵粉10份，石墨22份，將羰基鐵鐵粉和石墨分散在雙馬樹脂中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰。4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的碳纖維鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夾層的重量分別為20份，15份，65份；其厚度分別為2mm、5mm和10mm。5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在130、160°C分別固化3h和4h，然后在200°C、260°C分別固化4h，得到耐150°C泡沫夾層吸波復合材料。采用此方法制備的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料在8 18GHz的掃頻范圍內，12. 2GHz處出現最大峰值，反射率達到-38. 5dB, R < -IOdB的頻寬為2. 3GHz。彎曲強度為
6.IMPa，彎曲模量為168MPa，150°C下，彎曲強度殘余率99. I %，彎曲模量殘余率98. 9%。實施例5I)按泡沫夾層中各組份重量稱取聚氨酯37份、環(huán)氧樹脂30份，乙酸酐12份，硅藻土 I份，二氧化錳8份，羰基鐵12份，混合攪拌4h，得到均勻的混合溶液。2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于100°C模具中固化6h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整。3)按上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取聚酰亞胺樹脂20份，碳纖維45份，二氧化錳粉末35份，將二氧化錳粉末分散在聚酰亞胺樹脂中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰。4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的碳纖維鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作。上蒙皮、下蒙皮和泡沫夾層的重量分別為20份，15份，65份；其厚度分別為I. 8mm,3mm和10mm。
5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的 泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在150、200V分別固化3h和4h，然后在220°C、260V分別固化4h，得到耐150V泡沫夾層吸波復合材料。采用此方法制備的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料在8 18GHz的掃頻范圍內，12. 5GHz處出現最大峰值，反射率達到-26. OdB, R < -IOdB的頻寬為I. 9GHz。彎曲強度為4. 8MPa，彎曲模量為159MPa，150°C下，彎曲強度殘余率96. 7 %，彎曲模量殘余率95. O %。
權利要求
1.一種耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，包含上蒙皮、泡沫夾層和下蒙皮，其特征在于所述上蒙皮、泡沫夾層和下蒙皮的重量比為10 20 60 80 10 20 ;所述上蒙層、泡沫夾層和下蒙皮的厚度比為I 3 : 8 15 : 2 6;所述上蒙皮組份的重量比為電磁波吸波材料5 35、增強纖維布40 50、樹脂基體5 20 ;所述泡沫夾層組份中按重量比包括電磁波吸波材料10 20、泡沫材料20 60、樹脂基體30 60、引發(fā)劑0 5、發(fā)泡劑0 5、交聯(lián)劑0 5 ;所述下蒙皮組份的重量比為電磁波吸波材料5 35、增強纖維布40 50、樹脂基體5 20。
2.根據權利要求I所述的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，其特征在于所述電磁波吸波材料為石墨、羰基鐵鐵粉、二氧化錳和鐵氧體吸收劑中任選一種或幾種，其粒徑為0. 5 IOym ;所述增強纖維布為E玻璃纖維布、S玻璃纖維布和碳纖維布中任選其一；所述樹脂基體為環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂和聚醚酰亞胺樹脂中任選其一。
3.根據權利要求I或2所述的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，其特征在于所述泡沫材料為聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺、聚甲基丙烯酰亞胺中任選其一。
4.根據權利要求I或2所述的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，其特征在于所述引發(fā)劑為過氧化苯甲酸叔丁酯、偶氮二異丁腈、戊烷、異戊烷、正戊烷、三氯三氟乙烷和二氯二氟甲烷中任選其一；所述發(fā)泡劑為正丁醇、異丁醇、叔丁醇和新戊醇中任選其一；所述交聯(lián)劑為丙烯酸烯丙酯、烯丙基丙烯酰胺和烯丙基甲基丙烯酰胺中任選其一。
5.根據權利要求I或2所述的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，其特征在于所述泡沫夾層組份中按重量比還包括觸變劑0 3、表面活性劑0 2、發(fā)酸固化劑0 I、醚類多元醇0 0. 5、催化劑0 I、泡沫穩(wěn)定劑0 5、有機多異氰酸酯0 4、溶劑I 10、脫水劑0 4。
6.根據權利要求5所述的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料，其特征在于所述觸變劑為硅藻土、石棉和云母中任選其一；所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚類和DC-190中任選其一；所述發(fā)酸固化劑為硫酸、磷酸、鹽酸和草酸、苯磺酸、甲苯磺酸和醋酸中任選其一；所述醚類多元醇為山梨醇聚醚-20和二乙二醇聚醚中任選其一；所述催化劑為二甲基錫、二辛基錫、四苯基錫、三乙胺和三亞乙基二胺中任選其一；所述泡沫穩(wěn)定劑為磺化脂肪醇和磺化脂肪酸中任選其一；所述有機多異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和多亞甲基多異氰酸酯中任選其一；所述溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和六甲基磷酰胺中任選其一；所述脫水劑為乙酸酐和馬來酸酐中任選其一。
7.—種權利要求I所述的耐150°C泡沫夾層吸波復合材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟 1)按所述泡沫夾層中各組份重量稱取原料，混合攪拌2 8h，得到均勻的混合溶液； 2)將步驟I)所得混合溶液倒入模腔，將模腔置于40 100°C模具中固化2 6h，然后自然冷卻至室溫，得到泡沫夾層，并將泡沫夾層打磨使其表面平整； 3)按所述上蒙皮和下蒙皮中各組份重量稱取原料，將電磁波吸波材料分散在樹脂基體中，形成均勻的樹脂膠液；將裁剪好的增強纖維布放入上述樹脂膠液中，使增強纖維布完全浸潰; 4)在步驟2)所得泡沫夾層上下表面均勻涂覆上述樹脂膠液中，并將上述浸潰完全的增強纖維布鋪設在泡沫夾層的上下表面，用于形成上蒙皮和下蒙皮，重復操作，直至上蒙皮和下蒙皮的厚度滿足設計要求； 5)將步驟4)中復合有上蒙皮和下蒙皮的泡沫夾層放入模具中，合緊模具，放入烘箱中，在100 150°C、160 200°C、200 220°C和220 260°C區(qū)間分別固化2 4h、2 4h、3 6 h和3 4h，得到耐150°C泡沫夾層吸波復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐150℃泡沫夾層吸波復合材料及其制備方法，其復合材料包含上蒙層、泡沫夾層和下蒙皮，其重量比為10～20∶60～80∶10～20；厚度比為1～3∶8～15∶2～6。該制備方法，先按重量配比分別稱量出各組份原料，然后通過泡沫夾層上下鋪覆增強纖維蒙皮，高溫固化進行復合，得到到耐150℃泡沫夾層吸波復合材料。本發(fā)明制備的泡沫夾層復合材料，結構輕質、吸波頻帶寬。彎曲強度、彎曲模量分別在3MPa、150MPa，而密度在0.20g/cm3以下，對8-18GHz波段的電磁波呈現寬頻吸收，泡沫夾層材料的最大反射率在12.9GHz處達-41.7dB。
文檔編號B32B27/18GK102615883SQ20121006039
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權日2012年3月8日
發(fā)明者劉聿成, 唐旭亮, 張國喜, 張志斌, 王增奎, 鄧德鳳 申請人:湖北三江航天江北機械工程有限公司