一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料及其制备方法

本发明涉及电磁吸波材料和热塑性复合材料制造领域，具体涉及一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代电磁技术和电子信息技术的不断进步，雷达已经成为侦测目标的主要手段之一。雷达正是通过电磁波的反射来实现探测功能，而电磁隐身技术可以降低电磁波的反射，大大减少武器装备的雷达散射截面积(radar cross section，rcs)，缩短被雷达探测到的距离，实现对雷达的隐身。在现代高科技信息战争中，为了提高生存能力，所有先进武器都必须具备电磁隐身能力。

2、电磁吸波材料是指能够通过电磁转换将电磁波的能量损耗掉的一类材料，从而减少透过材料的电磁波，从而达到隐身的目的。当入射电磁波作用于材料时，电磁波的去向有三种，一部分电磁波在材料表面发生反射，形成反射电磁波，另一部分电磁波则在材料内部被吸收掉，形成吸收电磁波，最后剩余没被吸收的电磁，则会透过材料形成透射电磁波。

3、树脂基纤维增强复合材料是最常用且应用范围最广的电磁吸波材料，因具有化学稳定性好、轻量化、韧性好和易加工制备等优点而受到广泛的关注，在航空、航天、船舶、汽车等领域具有很多的应用，如飞机的雷达罩、天线罩、机身蒙皮等部件。纤维增强树脂基复合材料(cfrp)是一种以树脂作为基体，以碳纤维作为增强体的一种复合材料。

4、然而，现有技术中的纤维增强树脂基复合材料仍存在吸波性能差的缺点，且目前蜂窝板的成型时间高达8h，无法实现快速生产，生产效率低下，同时增减了企业的生产成本。

技术实现思路

1、本发明提供的一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料及其制备方法，旨在解决上述背景技术中存在的问题。通过选取芳纶纸/pa基体复合材料复合材料作为研究对象，使用炭黑介电损耗粉体或碳纳米管磁性损耗粉体在ppta溶液中掺杂共混，可以获得具有较高吸波性能的芳纶纸，再制成吸波芳纶蜂窝芯，改善了吸收剂在吸波中的应用，满足了高性能产品的需求，同时，在最后的蜂窝板生产环节，使用新型异氰酸酯快速固化胶粘剂，将蜂窝板的成型时间由8小时缩短至1分钟，极大的提高了生产效率，节约了能耗。

2、为了实现上述技术目的，本发明主要采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料，包括如下重量份的原料：改性添加剂11-14份、异氰酸酯12-18份、ppta溶液40-60份、pa塑料膜100-150份、玻璃纤维48-80份、超高分子量聚乙烯纤维80-112份，其中，所述改性添加剂为炭黑、碳纳米管、羰基铁粉的一种或多种；所述超高分子量聚乙烯纤维的分子量为100万-500万。

4、在本发明的较佳实施方式中，所述改性添加剂为炭黑、碳纳米管中的一种或两种，且当改性添加剂为炭黑和碳纳米管时，所述炭黑和碳纳米管的重量比为炭黑：碳纳米管＝11-16.5:0.5-1。

5、第二方面，本发明公开了一种如第一方面所述的快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)制备吸波芳纶蜂窝芯：将改性添加剂加入到ppta溶液中，搅拌均匀，通过传统方法制备吸波芳纶蜂窝芯；

7、(2)制备共混纤维布：通过热熔挤出共混的方法，将玻璃纤维和超高分子量聚乙烯纤维混合拉丝，得到共混纤维丝，再编织成共混纤维布；

8、(3)制备上下透波蒙皮：将pa塑料膜和共混纤维布放入到经过预热的产品模具内，将产品模具移入热压机内，热压成型后脱模，得到上下透波蒙皮；

9、(4)制备抗冲击蜂窝吸波复合材料：将上下透波蒙皮内表面和吸波芳纶蜂窝芯表面喷涂异氰酸酯后，移入预热好的产品模具内，放入热压机中快速模压，脱模，制备得到抗冲击蜂窝吸波复合材料。

10、在本发明的较佳实施方式中，步骤(3)中，所述产品模具温度为60℃，所述pa塑料膜与共混纤维布交替排列放入产品模具中，然后利用热压机进行热压成型。

11、在本发明的较佳实施方式中，步骤(3)中，所述热压机的温度为245℃，热压时间为30min，热压压力为10mpa。

12、在本发明的较佳实施方式中，步骤(4)中，所述产品模具温度为60℃；所述热压机的温度为245℃。

13、在本发明的较佳实施方式中，步骤(4)中，热压机快速模压时间为1min。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、(1)本发明的一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料，选取玻璃纤维和超高分子量聚乙烯纤维熔融共混拉丝的方法制备复合纤维丝，制成的复合纤维既具备玻璃纤维的高强度和高刚度，又具备聚乙烯纤维的高韧性，使得该复合纤维具有良好的机械性能、耐久性、抗冲击性能等特点，能提升复合材料的韧性和抗冲击性能，大幅度提升材料应用范围。

16、(2)本发明的一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料，实现了对炭黑、碳纳米管等吸波剂在复合材料中的拓展应用。

17、(3)本发明在制备过程中引入吸波材料，并将吸波材料掺杂混入ppta溶液中，提升了吸波蜂窝的可设计性。

18、(4)本发明使用快速热压成型的方法，将pa塑料膜和共混纤维布制备成透波抗冲击蒙皮，与传统玻璃纤维蒙皮相比，透波率大幅度提升，抗冲击性能大幅度提高，使复合材料能在更加恶劣的工况下使用。

19、(5)本发明制备的吸波蜂窝复合材料制备方法简单，成型过程快速，能大幅度降低生产时间，适合工业化生产应用，从而提高了市场竞争力。

技术特征：

1.一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：改性添加剂11-14份、异氰酸酯12-18份、ppta溶液40-60份、pa塑料膜100-150份、玻璃纤维48-80份、超高分子量聚乙烯纤维80-112份，其中，所述改性添加剂为炭黑、碳纳米管、羰基铁粉的一种或多种；所述超高分子量聚乙烯纤维的分子量为100万-500万。

2.根据权利要求1所述的快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料，其特征在于：所述改性添加剂为炭黑、碳纳米管中的一种或两种，且当改性添加剂为炭黑和碳纳米管时，所述炭黑和碳纳米管的重量比为炭黑：碳纳米管＝11-12.5:0.5-1。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述产品模具温度为60℃，所述pa塑料膜与共混纤维布交替排列放入产品模具中，然后利用热压机进行热压成型。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述热压机的温度为245℃，热压时间为30min，热压压力为10mpa。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述产品模具温度为60℃；所述热压机的温度为245℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，热压机快速模压时间为1min。

技术总结
本发明公开了一种快速成型抗冲击蜂窝吸波复合材料及其制备方法，涉及电磁吸波材料和热塑性复合材料制造领域。包括如下重量份的原料：改性添加剂11‑14份、异氰酸酯12‑18份、PPTA溶液40‑60份、PA塑料膜100‑150份、玻璃纤维48‑80份、超高分子量聚乙烯纤维80‑112份，其中，改性添加剂为炭黑、碳纳米管、羰基铁粉的一种或多种；超高分子量聚乙烯纤维的分子量为100万‑500万。本发明使用改性添加剂在PPTA溶液中掺杂共混，可以获得具有较高吸波性能的芳纶纸，再制成吸波芳纶蜂窝芯，改善了吸收剂在吸波中的应用，满足了高性能产品的需求，同时，在最后的蜂窝板生产环节，使用新型异氰酸酯快速固化胶粘剂，将蜂窝板的成型时间由8小时缩短至1分钟，极大的提高了生产效率，节约了能耗。

技术研发人员：王绪超,路肖,王义,崔光振,袁亮亮,赵鑫,王赟,刘煜,李爱军,马立章
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15