CN112492867B - 一种具有类角锥结构的吸波蜂窝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有类角锥结构的吸波蜂窝及其制备方法，属于微波吸收材料技术领域，该吸波蜂窝包括阵列布置的多个类角锥状吸波结构，每个个类角锥状吸波结构由多个不同尺寸和电磁特性的吸波蜂窝片材按照由下到上的顺序从大到小堆叠粘接构成，在各个类角锥状吸波结构中间区域填充有非吸波蜂窝片材，类角锥状吸波结构和非吸波蜂窝片材共同组成平板状的整体外形。本吸波蜂窝兼具优异的吸波性能和一定的结构承载能力。本制备方法稳定，易于控制，能够制备吸波性能优异的吸波蜂窝。

Description

一种具有类角锥结构的吸波蜂窝及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有类角锥结构的吸波蜂窝及其制备方法，属于微波吸收材料技术领域。
背景技术
吸波蜂窝主要是通过浸渍吸收剂，在蜂窝孔壁内沉积一层吸收剂，从而获得吸波特性。将蜂窝加工成片材或角锥的形状，再浸渍吸收剂，以满足不同领域的应用需求。其中，吸波蜂窝角锥具有优异的吸波性能，广泛应用于微波暗室或暗箱。通过单一浸渍方法获得的吸波蜂窝角锥，吸收剂在蜂窝厚度方向上极易形成浓度梯度，不利于吸波性能的稳定性控制，且电性能可设计变量较少。蜂窝角锥不易加工，且角锥形式的蜂窝也不能够用于结构承载，限制了传统蜂窝角锥的应用范围和领域。例如实用新型专利CN206344528U公开了一种角锥蜂窝结构吸波材料，具体公开了角锥体为内外复合层结构，内层为蜂窝基体层，蜂窝基体层呈连续六边形形成的蜂窝状，蜂窝壁上有阻燃吸收剂层，角锥体的外层为聚酯面板层，基座由蜂窝基体层和其外表的蒙皮层构成。其所用的材料是经过浸渍后得到的吸波蜂窝片材，然而其不足在于，将四片吸波蜂窝片材粘接组成一个单独的角锥，最后行程的吸波角锥为四棱锥形成的阵列，该吸波蜂窝角锥不能作为结构承力构件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种吸波性能和结构承载性能优异的具有类角锥结构的吸波蜂窝以及易于控制的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种具有类角锥结构的吸波蜂窝，包括阵列布置的多个类角锥状吸波结构，每个个类角锥状吸波结构由多个不同尺寸和电磁特性的吸波蜂窝片材按照由下到上的顺序从大到小堆叠粘接构成，在各个类角锥状吸波结构中间区域填充有非吸波蜂窝片材，类角锥状吸波结构和非吸波蜂窝片材共同组成平板状的整体外形。
进一步地，吸波蜂窝片材的厚度为5～20mm，长宽(又称孔格尺寸)不小于3.2mm。
一种具有类角锥结构的吸波蜂窝的制备方法，包括以下步骤：
1)利用吸收剂浆料浸渍多个非吸波蜂窝片材，振动排除多余浆料，烘干，重复进行多次，得到不同电磁特性的吸波蜂窝片材；
2)将吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材裁剪成一定的尺寸和形状；
3)将吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材进行铺层堆叠，吸波蜂窝片材按照由下到上的顺序从大到小堆叠形成类角锥状吸波结构，非吸波蜂窝片材填充于同层的吸波蜂窝片材之间，各层吸波蜂窝片材的上下面之间、各非吸波蜂窝片材的上下面之间以及吸波蜂窝片材与非吸波蜂窝片材的侧面之间均利用胶黏剂进行粘接；
4)将步骤3)得到的产品进行加压和升温固化，得到最终的具有类角锥结构的吸波蜂窝。
进一步地，吸收剂浆料由粉状吸收剂、胶黏剂体系和溶剂组成，其中粉状吸收剂与胶黏剂体系的重量比为1:1～1:5。
进一步地，粉状吸收剂包括导电炭黑、石墨烯、羰基铁粉、氧化金属粉中的一种或几种；胶黏剂选用丙烯酸或聚氨酯改性环氧树脂；溶剂选用等离子水。
进一步地，吸收剂浆料的粘度值为10～20s。
进一步地，步骤1)中吸波蜂窝片材的厚度为5～20mm，长宽(又称孔格尺寸)不小于3.2mm。
进一步地，步骤1)重复次数不低于3次。
进一步地，各个吸波蜂窝片材采用同一种浸渍工艺或者不同的浸渍工艺。
进一步地，步骤2)中吸波蜂窝片材裁剪的尺寸为5mm×5mm～100mm×100mm。
进一步地，胶黏剂选用热固性树脂。
进一步地，烘干温度为80～120℃，时间为1～2h。
进一步地，步骤3)中进行堆叠时，首先将每一层的吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材粘结在一起，方法为将胶黏剂涂抹于吸波蜂窝片材的侧面，再将吸波蜂窝片材嵌入到非吸波蜂窝片材相应的位置上实现粘结，得到一完整层；然后再将胶黏剂均匀地涂抹于各层的吸波蜂窝片材的上下表面，按照预设的堆叠顺序堆叠粘结一起。
进一步地，步骤4)中的加压为模压或真空袋压，固化温度为室温至130℃，时间为2～24h。
本发明结合吸波蜂窝片材和蜂窝角锥结构的特点，提出了一种具有类角锥结构的吸波蜂窝及其制备方法。以非吸波蜂窝片材为基材，采用不同浸渍工艺获得系列化电磁特性的吸波蜂窝片材；依据电性能设计，将不同参数的蜂窝片材堆叠形成类角锥状吸波结构阵列。本发明利用不同尺寸吸波蜂窝片材堆叠粘接，自下往上尺寸蜂窝片材逐渐减小，形成了类角锥状吸波结构，具有优异的吸波性能，且电性能设计性强，可满足不同应用条件需求。同时还可以类角锥之间区域填充非吸波蜂窝片材，与吸波蜂窝共固化，形成多层状的吸波蜂窝，具有平板装的物理外形和类角锥的电结构，可兼具吸波性能和结构承载能力。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明工艺易于控制，具有类角锥结构的吸波蜂窝具有较高的吸波性能，通过不同尺寸蜂窝片材堆叠，形成了类角锥结构，克服了现有吸波蜂窝角锥难加工的缺点。
(2)本发明电性能设计性强，可调控浸渍工艺，设计不同尺寸和电磁特性的吸波蜂窝片材，获得不同吸波性能的类角锥状吸波结构的吸波蜂窝，满足不同的应用需求。
(3)本发明可通过蜂窝片材正交堆叠，降低蜂窝两个方向吸波性能的差异性，获得性能稳定的吸波蜂窝。
附图说明
图1为本发明具有类角锥结构的吸波蜂窝的类角锥状吸波结构示意图；
图2为本发明具有类角锥结构的吸波蜂窝的整体结构示意图；
图3为本发明具有类角锥结构的吸波蜂窝的制备流程图；
图4为本发明实施例1的反射率测试曲线；
图5为本发明实施例2的反射率测试曲线；
图6为本发明实施例3的反射率测试曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。
本发明提出一种具有类角锥结构的吸波蜂窝，如图1-2所示，包括阵列布置的多个类角锥状(又称金字塔形)吸波结构，每个个类角锥状吸波结构由多个不同尺寸和电磁特性的吸波蜂窝片材按照由下到上的顺序从大到小堆叠粘接构成，在各个类角锥状吸波结构中间区域填充有非吸波蜂窝片材，类角锥状吸波结构和非吸波蜂窝片材共同组成平板状的整体外形。
本发明还提供一种具有类角锥结构的吸波蜂窝的制备方法，如图3所示，具体通过以下步骤实现：
1、蜂窝片材准备
本步骤中非吸波蜂窝片材的厚度依据电性能设计确定，一般为5～20mm。蜂窝孔格尺寸无特殊要求，一般不小于3.2mm，需适用于浸渍吸收剂浆料。
2、配制吸收剂浆料
吸收剂浆料由粉状吸收剂、胶黏剂体系和溶剂组成，所述的粉状吸收剂与胶黏剂体系之间重量比为1:1～1:5。胶黏剂一般为水溶性的，可以为丙烯酸或聚氨酯改性环氧树脂，溶剂为等离子水。本步骤通过溶剂的添加量来调节浆料的粘度，使吸收剂浆料具有良好的工艺性。为了使吸收剂更容易均匀沉积于蜂窝孔壁内，吸收剂浆料的粘度不易过高；而为了使吸收剂在浆料中不易沉降和团聚，吸收剂浆料的粘度不易过低。合适的吸收剂浆料粘度是工艺性实现的重要参数。优选地，利用涂-4杯测量粘度，粘度值为10～20s。
3、蜂窝片材浸渍
利用吸收剂浆料浸渍蜂窝片材，多次振动排除多余浆料，进行烘干。
本步骤采用本领域公知的浸渍方法，本领域技术人员根据实际情况选择浸渍方法和浸渍工艺。
所述的烘干工艺为温度80～120℃，时间1～2h。温度不能太高，否则蜂窝角锥烘干过程中会变形；温度过低和时间过短，均不能使胶黏剂部分固化起到粘接作用，再次浸渍易浸泡掉。
4、多次重复第三步
本步骤中浆料多次浸渍蜂窝片材，每次浸渍时，浆料粘度可以相同，也可逐渐降低，具体工艺可参考本领域公知技术。反复浸渍次数不低于3次，以达到高电磁损耗的目的，具体根据电性能设计。可将蜂窝片材制备成相同电性能的吸波蜂窝片材，也可浸渍不同的次数获得电性能系列化的吸波蜂窝片材。本发明吸收剂浆料处于较低的粘度水平下，通过多次浸渍的方法，每次浸渍沉积的吸收剂含量较少，更有利于均匀沉积。
5、吸波蜂窝裁剪
根据吸波蜂窝电性能要求，对吸波蜂窝阵列结构进行设计，确定类角锥结构的个数，层数及每层中吸波蜂窝片材的尺寸。将吸波蜂窝片材裁剪成设计的形状尺寸，一般为正方形，也可为其他形状。吸波蜂窝裁剪时，需平行或垂直于蜂窝拉伸方向，不能沿其他方向裁剪。
同时，对非吸波蜂窝进行下料裁剪。根据每次吸波蜂窝片材的尺寸和位置，在非吸波蜂窝片材相应位置上裁剪下相同尺寸的蜂窝片材，得到镶嵌吸波蜂窝片材的基材。吸波蜂窝片材的尺寸要略大于非吸波蜂窝片材上的方孔尺寸，以保证吸波蜂窝能够完全固定于蜂窝片材内。
6、吸波蜂窝堆叠粘接
按照阵列结构设计进行吸波蜂窝的堆叠和粘接。选择热固性树脂作为吸波蜂窝层间的胶黏剂。首先将胶黏剂涂抹于吸波蜂窝片材的侧面，将每层的吸波蜂窝片材嵌入非吸波蜂窝片材相应的位置，再将胶黏剂均匀地涂抹与蜂窝片材的上下表面，最后按照设计的堆叠顺序，将蜂窝片材叠加放置于一起。
7、吸波蜂窝固化。
采用相应的工艺，将堆叠好的多层吸波蜂窝升温固化，得到具有类角锥状吸波结构的吸波蜂窝。
根据热固性树脂的固化条件，确定吸波蜂窝的固化工艺。可采用真空袋压或模压工艺，固化温度为室温至130℃，固化时间2～24h。
以下结合附图和具体实施例详细说明本发明。
实施例1
步骤1：选取密度为48kg/m3，孔格尺寸为3.2mm的蜂窝块材，利用切割机将其片切为300mm×300mm×5mm的蜂窝片材。
步骤2：称取一定质量的导电炭黑、水溶性的蜂窝改性环氧树脂、固化剂和去离子水，其中导电炭黑与树脂(含固化剂)总质量共500g，导电炭黑与树脂(含固化剂)的重量比为1:1，等离子水5000g。将导电炭黑，树脂，固化剂和少量的等离子水均置入容器中进行高速机械搅拌10min，再将剩余的等离子水逐步加入到容器中，搅拌均匀后得到吸收剂浆料。待浆料表面泡沫消除后，利用涂-4杯监测吸收剂浆料的黏度，粘度值12～13s。将配置好的吸收剂浆料倒入一定尺寸的塑料槽内。
步骤3：将蜂窝片材置于吸收剂浆料内，进行多次上下晃动浸渍，使蜂窝片材充分浸润浆料。从吸收剂浆料中取出蜂窝片材，进行振动处理，将蜂窝片材孔中的多余浆料排出，晾置于金属网上，在100℃下烘干1h，使水完全挥发，吸收剂浆料完全固化。
步骤4：重复步骤3，共计进行5次蜂窝角锥浸渍和烘干。
步骤5：根据电性能要求设计吸波蜂窝阵列结构，确定吸波蜂窝层数为10层，类角锥结构个数为6×6，第1层(底层)角锥边长为50mm，第2层45mm，以此类推，角锥边长每层递减5mm，第10层(表层)角锥边长为5mm。按照角锥结构设计参数，进行吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材裁剪。
步骤6：将吸波蜂窝片材的侧面涂抹上环氧树脂胶黏剂，放置于每层非吸波蜂窝片材相应的位置内，得到10层蜂窝片材。再将环氧树脂胶黏剂均匀地涂抹于10层蜂窝片材的上下面，其中第1层(底层)仅上面涂抹胶黏剂，第10层(表层)仅下面涂抹胶黏剂。最后，将10层蜂窝按照顺序叠加铺层。
步骤7：采用真空袋压工艺进行固化。在铺好的多层吸波蜂窝上下面各垫一块5mm厚的铝板，固定后整体放置于真空袋内，抽真空，置入烘箱内，升温至80℃，保温4h后关闭烘箱降温。待降至室温后，打开真空袋脱模，得到具有类角锥状吸波结构的吸波蜂窝。该吸波蜂窝的反射率测试曲线如图4所示。
实施例2
选取密度为48kg/m3，孔格尺寸为4.8mm的蜂窝块材作为基材。共计进行8次蜂窝角锥浸渍和烘干，其余同实施例1，得到具有类角锥状吸波结构的吸波蜂窝。该吸波蜂窝的反射率测试曲线如图5所示。
实施例3
步骤1：选取密度为80kg/m3，孔格尺寸为3.2mm的蜂窝块材，利用切割机将其片切为500mm×500mm×10mm的蜂窝片材。
步骤2：称取一定质量的导电炭黑、水溶性的蜂窝改性环氧树脂、固化剂和去离子水，其中导电炭黑与树脂(含固化剂)总质量共1200g，导电炭黑与树脂(含固化剂)的重量比为1：3，等离子水6000g。将导电炭黑，树脂，固化剂和少量的等离子水均置入容器中进行高速机械搅拌10min，再将剩余的等离子水逐步加入到容器中，搅拌均匀后得到吸收剂浆料。待浆料表面泡沫消除后，利用涂-4杯监测吸收剂浆料的黏度，粘度值10～11s。将配置好的吸收剂浆料倒入一定尺寸的塑料槽内。
步骤3：将蜂窝片材置于吸收剂浆料内，进行多次上下晃动浸渍，使蜂窝片材充分浸润浆料。从吸收剂浆料中取出蜂窝片材，进行振动处理，将蜂窝角锥孔中的多余浆料排出，晾置于金属网上，在100℃下烘干1h，使水完全挥发，吸收剂浆料完全固化。
步骤4：重复步骤3，分别进行1～10次蜂窝片材浸渍和烘干，得到10种不同介电性能的吸波蜂窝片材，分别为规格1～规格10吸波蜂窝。
步骤5：根据电性能要求设计吸波蜂窝阵列结构，确定吸波蜂窝层数为10层，类角锥结构个数为5×5，第1层(底层)角锥边长为100mm，第2层90mm，以此类推，角锥边长每层递减10mm，第10层(表层)角锥边长为10mm，吸波蜂窝尺寸为500mm×500mm×100mm。按照角锥结构设计的尺寸，进行吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材裁剪，第1层(底层)选用规格10吸波蜂窝，第2层选用规格9吸波蜂窝，以此类推，第10层(表层)选用规格1吸波蜂窝。
步骤6：将吸波蜂窝片材的侧面涂抹上环氧树脂胶黏剂，分别放置于每层非吸波蜂窝片材相应的位置内，得到10层蜂窝片材。再将环氧树脂胶黏剂均匀地涂抹于10层蜂窝片材的上下面，其中第1层(底层)仅上面涂抹胶黏剂，第10层(表层)仅下面涂抹胶黏剂。最后，将10层蜂窝按照顺序叠加铺层。
步骤7：采用模压工艺进行固化。将铺好的多层吸波蜂窝放置于平板模具型腔内，限位边条厚度为100mm，放置上盖板。模具合模后置于压机平台上，升温温至130℃，加压1.5Mpa，保温2小时后关闭压机。待降至室温后泄压，脱模，去除毛边，得到具有类角锥状吸波结构的吸波蜂窝。该吸波蜂窝的反射率测试曲线如图6所示。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
以上公开的本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例和附图所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有类角锥结构的吸波蜂窝，其特征在于，包括阵列布置的多个类角锥状吸波结构，每个类角锥状吸波结构由多个不同尺寸和电磁特性的吸波蜂窝片材按照由下到上的顺序从大到小堆叠粘接构成，在各个非吸波蜂窝片材的中间区域填充有吸波蜂窝片材，吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材共同组成平板状的整体外形。
2.如权利要求1所述的具有类角锥结构的吸波蜂窝，其特征在于，吸波蜂窝片材的厚度为5~20mm，长宽不小于3.2mm。
3.一种具有类角锥结构的吸波蜂窝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）利用吸收剂浆料浸渍多个非吸波蜂窝片材，振动排除多余浆料，烘干，重复进行多次，得到不同电磁特性的吸波蜂窝片材；
2）将吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材裁剪成一定的尺寸和形状；
3）将吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材进行铺层堆叠，吸波蜂窝片材按照由下到上的顺序从大到小堆叠形成类角锥状吸波结构，在各个非吸波蜂窝片材的中间区域填充有吸波蜂窝片材，各层吸波蜂窝片材的上下面之间、各非吸波蜂窝片材的上下面之间以及吸波蜂窝片材与非吸波蜂窝片材的侧面之间均利用胶黏剂进行粘接；
4）将步骤3）得到的产品进行加压和升温固化，得到最终的具有类角锥结构的吸波蜂窝。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，吸收剂浆料由粉状吸收剂、胶黏剂体系和溶剂组成，其中粉状吸收剂与胶黏剂体系的重量比为1:1～1:5；粉状吸收剂包括导电炭黑、石墨烯、羰基铁粉、氧化金属粉中的一种或几种；胶黏剂选用丙烯酸或聚氨酯改性环氧树脂；溶剂选用等离子水；吸收剂浆料的粘度值为10～20s。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中吸波蜂窝片材的厚度为5~20mm，长宽不小于3.2mm；步骤2）中吸波蜂窝片材裁剪的尺寸为5mm×5mm~100mm×100mm。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1）重复次数不低于3次。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，各个吸波蜂窝片材采用同一种浸渍工艺或者不同的浸渍工艺。
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，烘干温度为80～120℃，时间为1～2h。
9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中进行堆叠时，首先将每一层的吸波蜂窝片材和非吸波蜂窝片材粘结在一起，方法为将胶黏剂涂抹于吸波蜂窝片材的侧面，再将吸波蜂窝片材嵌入到非吸波蜂窝片材相应的位置上实现粘结，得到一完整层；然后再将胶黏剂均匀地涂抹于各层的吸波蜂窝片材的上下表面，按照预设的堆叠顺序堆叠粘结一起。
10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中的加压为模压或真空袋压，固化温度为室温至130℃，时间为2~24h。
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