CN110978707A - 轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板及其制备方法 - Google Patents

轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于吸波材料技术领域，公开了一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板及其制备方法，轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板由上往下依次设置有相互粘接的上层蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯、底层蒙皮和反射层；面层吸波蜂窝芯表面浸渍有第一吸波涂料，底层吸波蜂窝芯表面喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。本发明使用吸波涂料对蜂窝进行喷涂和浸渍，通过对上层蒙皮、面层吸波蜂窝、底层吸波蜂窝、底层蒙皮以及反射层进行阻抗匹配设计，在满足环境使用要求的情况下进一步提高吸波强度和拓宽吸波频段，不仅能够拓宽蜂窝吸波板的频段，而且能够提高蜂窝吸波板吸收峰强度。

Description

轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，尤其涉及一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板及其制备方法。
背景技术
雷达吸波材料作为应用武器装备的重要材料之一，一直是国防科技前沿的一个重点，它能够通过自身的吸收，衰减作用减少电磁波的反射和散射，实现对电磁波的损耗，进而大幅度降低目标的雷达散射界面(RSC)，提高其生存防御能力和总体作战能力。
雷达吸波材料按材料成型工艺和承载能力可分为涂覆型和结构型，结构型雷达吸波材料是一种多功能复合材料，它既能承载作结构件，具备复合材料质轻、高强的优点，又具有优异的吸波性能。
国内研究所及高校早在90年代初开展了芳纶纸蜂窝夹芯结构隐身材料研究，吸波蜂窝夹层复合材料是在蜂窝壁上喷涂或者浸渍一定的吸波涂料，最后在蜂窝芯上下表面覆盖蒙皮而成。吸波蜂窝夹层结构的特点是蜂窝表面能够收或透过电磁波，已成为当前隐身材料重要的发展方向。
现有技术制备蜂窝吸波板的方法包括：1)单层蜂窝表面浸渍或者喷涂一种吸波涂层，所制备的蜂窝吸波板存在吸波频段窄或者吸波强度低等特点；2)采用多层吸波蜂窝结构，虽然能提高吸波强度和拓宽吸波频段，但是存在工艺复杂、成本增加等特点。
针对上述问题，本发明采用双层蜂窝芯结构，通过仿真设计，利用阻抗匹配技术在面层和底层蜂窝芯上设计不同重量的磁损耗吸波涂料和电损耗吸波涂料，得到一种轻质宽频多频段强吸收的蜂窝吸波板。通过在双层结构蜂窝芯上设计不同种类和不同重量的吸波涂层，该蜂窝吸波板在L、S、C、X、Ku、Ka波段均具有优异的吸波性能，解决了目前单层吸波板只在某个波段具有强吸收的问题和多层结构蜂窝吸波板工艺复杂等问题，同时该工艺操作简单、性能稳定、成本较低，具有重要的商业价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板由上往下依次设置有相互粘接的上层蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯、底层蒙皮和反射层；
所述面层吸波蜂窝芯表面浸渍有第一吸波涂料，底层吸波蜂窝芯表面喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。
进一步，所述面层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯采用的材料为芳纶纸蜂窝，蜂窝芯的形状为六边型。
进一步，所述第一吸波涂料采用的吸收剂为炭黑。
进一步，所述第二吸波涂料采用的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉。
进一步，所述反射层为铝板或碳纤维反射板。
进一步，所述第一吸波涂料的组分按质量份计包括：炭黑9-10份、粘合剂100-110份、润湿分散剂4-5份、消泡剂2-3份、溶剂400-420份。
进一步，所述第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉80-85份、粘合剂15-20份、溶剂20-30份。
进一步，所述面层蜂窝芯中第一吸波涂料设计重量：280-300g/m2。
进一步，所述底层蜂窝芯中第一吸波涂料重量：700-750g/m2，第二吸波涂料重量450-500g/m2。
本发明的另一目的在于提供轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法，包括以下步骤：
1)面层吸波蜂窝芯的制备：将蜂窝芯浸渍第一吸波涂料，表干后进行称重，重复浸渍达到设计重量后进行完全固化；
2)底层吸波蜂窝芯的制备：将蜂窝芯表面喷涂第二吸波涂料，表干达到设计重量后进行完全固化，再浸渍第一吸波涂料，表干达到设计重量后进行完全固化；
3)蜂窝吸波板制备：按照两层0.2mm预浸料、底层吸波蜂窝芯、0.2mm预浸料、面层吸波蜂窝芯、两层0.2mm预浸料的顺序进行铺层，然后在热压机下进行固化成型，最后将成型后的蜂窝吸波板通过粘合剂与反射板热压粘合，即可得到上述蜂窝吸波板。
进一步，步骤1)和步骤2)中每次浸渍第一吸波涂料的时间为2-3min，第一吸波涂料中的吸收剂为炭黑。
进一步，步骤2)中第二吸波涂料中的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉。
进一步，步骤3)中反射板采用铝板或者碳纤维反射板。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明同时采用磁损耗和电损耗吸波涂料，利用仿真设计和阻抗匹配技术设计不同吸波涂层的重量，对于提高蜂窝吸波板带宽和吸波强度具有重要意义。解决了单层蜂窝吸波板吸波强度差、带宽较窄等问题，同时也解决了多层蜂窝吸波工艺复杂、成本增加等问题，同时该方法工艺简单，可控性强，成本较低，具有重要的商业应用价值。
本发明采用双层结构蜂窝芯，使用吸波涂料对蜂窝进行喷涂和浸渍，通过对上层蒙皮、面层吸波蜂窝、底层吸波蜂窝、底层蒙皮以及反射层进行阻抗匹配设计，在满足环境使用要求的情况下进一步提高吸波强度和拓宽吸波频段。
附图说明
图1是本发明实施例提供的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板结构示意图。
图中：1、上层蒙皮；2、面层吸波蜂窝芯；3、粘接层；4、底层吸波蜂窝芯；5、底层蒙皮；6、反射层。
图2是本发明实施例提供的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板效果图。
图3是本发明实施例提供的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法流程图。
图4是本发明实施例提供的实施例3中双层结构蜂窝吸波板的典型反射率曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有的吸波蜂窝板存在吸波性能较差，带宽较窄以及工艺复杂等问题。
为解决上述技术问题，下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板由上往下依次设置有相互粘接的上层蒙皮1、面层吸波蜂窝芯2、粘接层3、底层吸波蜂窝芯4、底层蒙皮5和反射层6。
面层吸波蜂窝芯2表面浸渍有第一吸波涂料，底层吸波蜂窝芯4表面喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。
在本发明实施例中，面层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯采用的材料为芳纶纸蜂窝，蜂窝芯的形状为六边型。
在本发明实施例中，第一吸波涂料采用的吸收剂为炭黑。
在本发明实施例中，第二吸波涂料采用的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉。
在本发明实施例中，反射层6为铝板或碳纤维反射板。
在本发明实施例中，所述第一吸波涂料的组分按质量份计包括：炭黑9-10份、粘合剂100-110份、润湿分散剂4-5份、消泡剂2-3份、分散剂400-420份。
作为优选，所述第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉80-85份、粘合剂15-20份、分散剂20-30份。
作为优选，所述面层蜂窝芯中第一吸波涂料设计重量：280-300g/m2。
所述底层蜂窝芯中第一吸波涂料重量：700-750g/m2，第二吸波涂料重量450-500g/m2。
如图3所示，本发明实施例提供的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法包括以下步骤：
S3101：面层吸波蜂窝芯的制备：将蜂窝芯浸渍第一吸波涂料，表干后进行称重，重复浸渍达到设计重量后进行完全固化。
S102：底层吸波蜂窝芯的制备：将蜂窝芯表面喷涂第二吸波涂料，表干达到设计重量后进行完全固化，再浸渍第一吸波涂料，表干达到设计重量后进行完全固化。
S103：蜂窝吸波板制备：按照两层0.2mm预浸料、底层吸波蜂窝芯、0.2mm预浸料、面层吸波蜂窝芯、两层0.2mm预浸料的顺序进行铺层，然后在热压机下进行固化成型，最后将成型后的蜂窝吸波板通过粘合剂与反射板热压粘合，即可得到上述蜂窝吸波板。
在本发明实施例中，步骤S101和步骤S102中每次浸渍第一吸波涂料的时间为2-3min，第一吸波涂料中的吸收剂为炭黑。
在本发明实施例中，步骤S102中第二吸波涂料中的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉。
在本发明实施例中，步骤S103中反射板采用铝板或者碳纤维反射板。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
本发明提供一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，包括上层蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯，底层蒙皮和反射层。吸波板的结构为0.4mm面层蒙皮，10.5mm面层吸波蜂窝芯，0.2mm中间粘接层，10.5mm底层吸波蜂窝芯，0.4mm底层蒙皮，0.4mm碳纤维板反射层。
上述制备的蜂窝结构吸波板材料的面密度为5.5kg/m2，在1GHz-4GHz范围内平均值≤-7dB，4GHz-12GHz范围内平均值≤-13.8dB，12GHz-18GHz、26.5GHz-40GHz范围内平均值≤-17.4dB。
实施例2：
本发明提供一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，包括上层蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯，底层蒙皮和反射层。吸波板的结构为0.4mm面层蒙皮，11mm面层吸波蜂窝芯，0.2mm中间粘接层，11mm底层吸波蜂窝芯，0.4mm底层蒙皮，0.4mm碳纤维板反射层。
上述制备的蜂窝结构吸波板材料的面密度为5.8kg/m2，在1GHz-4GHz范围内平均值≤-7.5dB，4GHz-12GHz范围内平均值≤-13.3dB，12GHz-18GHz、26.5GHz-40GHz范围内平均值≤-17.3dB。
实施例3：
本发明提供一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，包括上层蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯，底层蒙皮和反射层。吸波板的结构为0.4mm面层蒙皮，11.5mm面层吸波蜂窝芯，0.2mm中间粘接层，11.5mm底层吸波蜂窝芯，0.4mm底层蒙皮，0.4mm碳纤维板反射层。
上述制备的双层结构蜂窝吸波板材料的面密度为6.0kg/m2，在1GHz-4GHz范围内平均值≤-8dB，4GHz-12GHz范围内平均值≤-13.5dB，12GHz-18GHz、26.5GHz-40GHz范围内平均值≤-17.2dB。其电性能曲线如图4所示，该蜂窝吸波板在1GHz-18GHz、26.5GHz-40GHz≤-10dB的带宽为28.03GHz，并且≤-15dB的带宽为23.45GHz。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板由上往下依次设置有相互粘接的上层蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯、底层蒙皮和反射层；
所述面层吸波蜂窝芯表面浸渍有第一吸波涂料，底层吸波蜂窝芯表面喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。
2.如权利要求1所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述面层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯采用的材料为芳纶纸蜂窝，蜂窝芯的形状为六边型。
3.如权利要求1所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述第一吸波涂料采用的吸收剂为炭黑。
4.如权利要求1所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述第二吸波涂料采用的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉。
5.如权利要求1所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述反射层为铝板或碳纤维反射板。
6.如权利要求1所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述第一吸波涂料的组分按质量份计包括：炭黑9-10份、粘合剂100-110份、润湿分散剂4-5份、消泡剂2-3份、溶剂400-420份；
所述第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉80-85份、粘合剂15-20份、溶剂20-30份。
7.如权利要求1所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板，其特征在于，所述面层蜂窝芯中第一吸波涂料重量：280-300g/m2；
所述底层蜂窝芯中第一吸波涂料重量：700-750g/m2，第二吸波涂料重量450-500g/m2。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法，其特征在于，所述轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法包括以下步骤：
1)面层吸波蜂窝芯的制备：将蜂窝芯浸渍第一吸波涂料，表干后进行称重，重复浸渍达到设计重量后进行完全固化；
2)底层吸波蜂窝芯的制备：将蜂窝芯表面喷涂第二吸波涂料，表干达到设计重量后进行完全固化，再浸渍第一吸波涂料，表干达到设计重量后进行完全固化；
3)蜂窝吸波板制备：按照两层0.2mm预浸料、底层吸波蜂窝芯、0.2mm预浸料、面层吸波蜂窝芯、两层0.2mm预浸料的顺序进行铺层，然后在热压机下进行固化成型，最后将成型后的蜂窝吸波板通过粘合剂与反射板热压粘合，即可得到上述蜂窝吸波板。
9.如权利要求8所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中每次浸渍第一吸波涂料的时间为2-3min，第一吸波涂料中的吸收剂为炭黑。
10.如权利要求8所述的轻质宽频多频段强吸收双层结构蜂窝吸波板的制备方法，其特征在于，步骤2)中第二吸波涂料中的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉；步骤3)中的反射板采用铝板或者碳纤维反射板。
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