一种吸波泡沫角锥夹芯复合材料及其制备方法与流程

本发明属于吸波材料，具体属于一种吸波泡沫角锥夹芯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、结构吸波材料是在先进复合材料基础上发展起来的既能承载又能吸波的多功能复合材料，按其结构形式可分为层板型、孔板夹层型和泡沫夹层型，其中，孔板夹层吸波材料由表面涂覆吸波涂料的孔板芯材即吸波孔板、透波面板和反射底板组成，透波面板和反射底板分别贴敷于吸波孔板上下表面，在厚度方向具有较强的平压强度从而兼具承载和吸波功能。为获得更为宽频的吸波性能，现有技术手段是对吸波芯材进行阻抗匹配设计从而形成多个单层吸波孔板层叠的结构设计形式，即使如此，有效吸波的频宽有限，尤其是难以兼顾低频有效吸波，且多层吸波孔板层间粘接界面增加了工程应用时层间脱粘的风险。

2、结构外形设计和采用吸波材料是降低电磁波反射率或降低雷达散射截面积的有效技术措施，泡沫角锥由于其内部含有吸收剂并且具有角锥状的电磁结构外形而具有优异的宽频吸波性能，但也正是角锥状的结构外形严重限制了其应用范围，目前其仅被广泛应用于微波暗室。

3、申请号为cn115743514a的专利申请提供了一种轻质防热承力隐身一体化结构，包括夹心结构和填充在夹心结构内部的吸波材料；所述吸波材料为絮状或纤维状的石墨烯或碳纳米管吸波材料；所述夹心结构包括中间芯材及芯材两侧的外层面板和内层面板，外层面板采用防热、透波纤维增强树脂基复合材料或者纤维增强陶瓷基复合材料，所述夹心结构的芯材采用孔板芯或三角锥结构，所述夹心结构的内层面板采用碳纤维树脂基复合材料，作为夹芯结构的基材及反射承载层；外层面板、芯材和内层面板通过胶膜粘接，共固化整体成型，整体结构的边缘为外层面板和内层面板粘结形成的压板区，用于与其他结构连接。该专利虽然能够解决隐身、承力、防热各功能单独设计带来的结构重叠、需求空间增大等问题，但是该材料在夹芯层中填充石墨烯或碳纳米管吸波材料，使夹芯层为实心结构，吸波材料整体呈现块状，增加了该材料的密度；同时该材料通过填充在夹芯层中的絮状或纤维状的石墨烯或碳纳米管吸波材料实现吸波性能，而石墨烯或碳纳米管对电磁波的损耗机理为电介质损耗，损耗机理单一，所以为获得宽频吸波性能，需设计成多个单层孔板芯或三角锥结构叠层堆积的形式以匹配电磁波的阻抗变化，即使如此，受电介质损耗机理的限制，有效吸波的频段仍然难以展宽，尤其是不能很好地兼顾低频吸波；且多个单层孔板芯或三角锥结构层间粘接界面较多，增加了工程应用时层间脱粘的风险。

4、专利cn112143023b提供了一种吸波孔板角锥/硬质泡沫复合材料及制备方法，以吸波孔板角锥为基体，进行硬质泡沫发泡，填充于孔板角锥中间区域和孔板孔格中，形成硬质泡沫块材，具有平板状的物理外形和角锥状的电磁结构，结合了吸波孔板角锥的电磁结构外形的特点和硬质吸波泡沫填充和造型的特点，获得了优异的吸波性能和一定的承载性能，然而仍然存在以下技术问题：(1)以吸波孔板角锥为基体，在其中间区域和孔板孔格中进行泡沫发泡时，由于孔板孔格的阻挡和限制，发泡料只能在孔格内沿孔板厚度方向膨胀发泡，泡沫发泡不均匀，导致吸收泡沫中的吸收剂也难以分散均匀，对电磁吸波性能，尤其对吸波性能的稳定性造成不利影响；(2)形成的块状结构为硬质泡沫材质，由于环境适应性差的原因工程上不能直接应用，需在泡沫块材上下表面粘接贴敷透波面板，由于泡沫材料内聚力较差，导致面板易与表层泡沫发生泡沫的内聚力破坏而脱粘，工程应用可靠性不佳；(3)其内部的孔板为角锥状，对承载性能没有贡献，即承载性能取决于硬质泡沫，但硬质泡沫的承载能力有限，导致整个吸波材料的承载能力受限。

技术实现思路

1、本发明提供了一种轻薄、吸波频率宽、承载性能好、综合性能稳定且优异的吸波泡沫角锥夹芯复合材料。

2、所述吸波泡沫角锥夹芯复合材料为夹芯架构，包括，夹芯层，以及通过胶粘剂分别贴敷于夹芯层垂直于厚度方向的两个表面的透波面板和反射波面板；所述夹芯层包括吸波泡沫角锥和孔板；

3、所述孔板结构为沿厚度方向设有若干个有规律排列的孔格，所述孔格内设置有吸波泡沫角锥；所述吸波泡沫角锥的底面的形状与孔板的孔格形状一致，所述吸波泡沫角锥的底部的尺寸与孔格的尺寸相匹配，可紧密贴合于孔格的四周，所述吸波泡沫角锥的底面与垂直于孔板厚度方向的一表面相齐平；

4、所述透波面板贴敷于吸波泡沫角锥的锥尖相对的孔板的表面；

5、所述反射波面板贴敷于与吸波泡沫角锥的底面相齐平的孔板的表面。

6、将吸波泡沫角锥的结构外形与平板状的孔板在结构上进行交互结合，既发挥了吸波泡沫角锥的电结构外形的优势，又避免了吸波泡沫角锥承载性能差的劣势，进而提高了所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料的承载性能和强度，并兼具了优异的宽频吸波性能；将吸波泡沫角锥设置在孔板的孔格内，使吸波泡沫角锥和孔板互相充当对方的填充物，既充分利用了空置空间，又减少甚至避免了其他填充物的使用，赋予了所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料的轻薄性能；另外还可以根据使用性能要求，将所述的孔板设计成吸波孔板或非吸波孔板，增大了所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料的适用范围。

7、优选的，所述的孔板的孔格的形状为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形、正八边形。

8、优选的，所述的吸波泡沫角锥的锥体底面形状为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形、正八边形。

9、优选的，所述的孔板的孔格的边长为10～50mm，所述的孔板的厚度为20～300mm。

10、优选的，所述的吸波泡沫角锥的锥体底面的边长为9.5～49.5mm，所述的吸波泡沫角锥的高度为20～300mm。

11、优选的，所述的孔板为芳纶纸孔板、玻璃纤维孔板中的一种。

12、由芳纶纸、玻璃纤维制备的孔板，制造工艺成熟，性能稳定，种类丰富，可以是吸波孔板，也可以是非吸波孔板，根据吸波性能要求和承载性能要求进行选择。

13、优选的，所述的吸波泡沫角锥为硬质吸波聚氨酯泡沫角锥、硬质吸波聚丙烯泡沫角锥、硬质吸波聚甲基丙烯酰亚胺泡沫角锥中的一种。

14、硬质吸波聚氨酯泡沫角锥、硬质吸波聚丙烯泡沫角锥、硬质吸波聚甲基丙烯酰亚胺泡沫角锥，制造工艺成熟，性能稳定，种类丰富，可根据吸波性能要求进行选择。

15、优选的，所述的吸波泡沫角锥的表面孔为开口孔。

16、将吸波泡沫角锥的表面孔设置为开口孔，对特定频段的电磁波进行多次反射和散射作用，以增加对电磁波的吸收损耗和散射损耗，提高吸波泡沫角锥的吸波性能。

17、优选的，所述的开孔通过喷砂处理实现的。

18、进一步优选，所述的喷砂处理是采用砂料为粒径1mm以下的石英砂或刚玉砂进行喷砂。

19、优选的，所述的吸波泡沫角锥的表面呈现凹凸不平的结构。

20、将吸波泡沫角锥的表面设置为凹凸不平的结构，能够对特定频段的电磁波进行多次反射和散射作用，以增加对电磁波的吸收损耗和散射损耗，提高吸波泡沫角锥的吸波性能。

21、优选的，所述的透波面板为玻璃钢面板。

22、进一步优选，所述的玻璃钢面板的材料为纤维织物与树脂的复合材料。

23、透波面板起到透波，保护芯材，提高吸波泡沫角锥夹芯复合材料的环境适应性，以及赋予吸波泡沫角锥夹芯复合材料的刚性的作用。

24、进一步优选，所述的纤维织物包括玻璃纤维织物、石英纤维织物、芳纶纤维织物中的一种。

25、进一步优选，所述的树脂包括环氧树脂和氰酸酯树脂中的一种。

26、优选的，所述的透波面板的厚度为0.5～1mm。

27、透波面板的厚度过薄，其强度和吸波泡沫角锥夹芯复合材料的整体刚度较差，吸波泡沫角锥夹芯复合材料环境适应性较差；透波面板的厚度过厚，影响电磁波的透过性，从而降低中高频的吸波性能。

28、优选的，所述的反射波面板为碳纤维板。

29、优选的，所述的反射波面板的厚度为0.3～1mm。

30、反射波面板起到反射透过吸波泡沫角锥夹芯复合材料的电磁波的作用，使这一部分电磁波反射再次进入吸波材料内部进行损耗，反射波面板板过薄，部分电磁波能够透过，起不到反射电磁波的作用，反射波面板过厚，增加了吸波泡沫角锥夹芯材料的重量，违背吸波材料的轻量化设计原则。

31、本发明还提供了所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料的制备方法。

32、所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料的制备方法，包括：

33、将反射波面板置于平板金属模具上，在反射波面板表面涂覆胶黏剂，将孔板的下表面黏附于反射波面板的施胶面，将形状和尺寸与所述孔板的孔格的形状和尺寸相匹配的吸波泡沫角锥放置在孔格中，并使吸波泡沫角锥的底面黏附于反射波面板的施胶面，将单面涂覆有胶黏剂的透波面板的施胶面黏附于孔板的上表面，形成坯料，对所述坯料进行模压，模压温度为25～50℃、时间为6～12h，脱模后制得吸波泡沫角锥夹芯复合材料。

34、优选的，所述的胶粘剂为环氧胶粘剂。

35、本发明具有的有益效果在于：

36、(1)本发明提供的所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料，为夹芯结构，夹芯层为单层的由吸波泡沫角锥和孔板组成的交互结构，减少了层间的粘接界面，孔板表面的孔板壁能够嵌入到粘接胶层中，增大与胶黏剂的接触面积，且同等密度时孔板材料内聚力高于泡沫材料，能够保证较高的层间粘接强度，工程应用时层间脱粘风险大大降低，提高了应用的稳定性。

37、(2)本发明提供的所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料，通过吸波泡沫角锥和孔板的交互结构设计，充分利用了孔板的孔格的空置空间，极大的节约了吸波泡沫角锥夹芯复合材料沿厚度方向的空间，赋予了吸波泡沫角锥夹芯复合材料轻薄特性。

38、(3)本发明提供的所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料，依靠孔板骨架承载厚度方向的作用力，同等密度时，孔板材料的平压强度高于泡沫材料的平压强度，因此强度更高，承载性能更为优异。

39、(4)本发明提供的所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料，所述的泡沫角锥和孔板均为市售成熟产品，容易获得，制造工艺成熟，性能稳定，种类丰富，性价比高，可根据性能要求进行选择，原材料成本低。

40、(5)本发明提供的所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料的制备方法，制造工艺简单，易于控制。

41、(6)本发明提供的所述的吸波泡沫角锥夹芯复合材料，将吸波泡沫角锥的结构外形与平板状的孔板夹层结构交互结合，发挥吸波泡沫角锥具有的电结构外形和孔板材料高承载的性能优势，兼具优异的宽频吸波性能和承载性能，能够显著拓宽吸波泡沫角锥的应用领域，具有广阔的应用前景。