一种轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及电磁波吸波材料领域，具体而言，涉及一种轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.隐身性是飞行器主要设计特点之一， 当飞行器舵面等活动部件做偏转时，舵面与翼面或机身等固定部件形成缝隙，阻断了机身整体的电磁连续性，大大降低了飞行器的隐身效果，无法达到预期的隐身设计要求。为了实现缝隙被全部遮挡的效果，当舵面处于各种偏转状态时，需要一种材料与活动部件表面紧密贴合，即具有随动性，同时不影响舵面的正常偏转。因此，需要安装一种目标特征控制材料遮挡缝隙，保证电磁连续性，以满足隐身功能的要求。
3.现有目标特征控制材料主要是根据舵面与机身的连接方式、随动性及强度要求等制造遮挡板，然后根据隐身要求，在成型的遮挡板外表面喷涂导电涂料、吸波涂料和低红外发射率涂料等。该方法虽然可以在不影响舵面正常偏转的情况下，满足隐身性能的要求，但存在施工过程复杂、重量大和涂层易脱落的风险。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料及其制备方法，该材料可安装在机身与舵面外表面，遮挡机身与舵面之间的缝隙，保证机身整体的电磁连续性，满足隐身功能的需求；且制备方法简单易实施，得到的目标特征控制复合材料具有柔韧性能、抗疲劳性能和隐身性能好的特点。
5.本发明的技术方案是，一种轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料，从下向上依次设有碳纤维层、吸波层、石英纤维层和低红外发射率层，且该复合材料每隔两层中间夹一层橡胶层，其中碳纤维层起到屏蔽雷达波的作用，吸波层起到吸收雷达波的作用，石英纤维层起到阻抗匹配的作用，低红外发射层起到降低红外发射率的作用，橡胶层起到增加结构的弹性和大变形的能力。
6.进一步地，所述吸波层包括m型吸波层和l型吸波层；其中m型吸波层在频率为2 ghz时，介电常数为50~60，介电损耗为2~4，磁导率为2.6~3.0，磁损率为1.0~1.5；l型吸波层在频率为2 ghz时，介电常数为5~10，介电损耗为0.3~0.6，磁导率为2.0~2.5，磁损率为0.5~1.0。
7.进一步地，低红外发射层所用功能填料为铝粉、铜粉、铁粉、镍粉或锌粉中的一种或几种。
8.进一步地，吸波层和低红外发射率层所用基体为聚氨酯改性环氧树脂、聚氨酯树脂、聚脲树脂、氯磺化聚乙烯橡胶、硅橡胶或氯化橡胶中的一种或几种。
9.进一步地，所述碳纤维层和石英纤维层均以橡胶为基体，基体为氯化橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氢化丁氰橡胶、硅橡胶或聚氨酯橡胶中的一种或几种。
10.进一步地，橡胶层为氯化橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氢化丁氰橡胶、硅橡胶或聚氨酯橡胶中的一种或几种。
11.进一步地，石英纤维层介电常数为2.5~3.5，介电损耗为0.02~0.04。
12.进一步地，所述目标特征控制复合材料总厚度为2mm~6mm；其中碳纤维层厚度为0.4mm~0.6mm，吸波层厚度为0.8mm~1.6mm，石英纤维层厚度为0.2mm~0.6mm，橡胶层厚度为0.2mm~0.6mm，低红外发射率层厚度为0.1mm~0.2mm。
13.进一步地，所述吸波层包括m型吸波层和l型吸波层；m型吸波层厚度为0.4mm~0.8mm，所述l型吸波层厚度为0.4mm~0.8mm。
14.本发明还是涉及制备所述的轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料，具体步骤为：s1、将碳纤维、石英纤维分别浸渍在橡胶溶液中得到碳纤维预浸料和石英纤维预浸料；s2、将石英纤维浸渍在吸波涂料中得到吸波预浸料；s3、将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中得到低红外发射率预浸料；s4、将橡胶材料采用混炼压延工艺制成橡胶生片片材；s5、将碳纤维预浸料、石英纤维预浸料、吸波预浸料、低红外发射率预浸料和橡胶生片按照顺序铺层后，采用模压或袋压固化成型，即得到轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料。
15.进一步地，s2中分别制备m型吸波涂料、l型吸波涂料，两者吸波参数不同，然后将石英纤维浸渍在m型吸波涂料、l型吸波涂料中分别得到m吸波预浸料和l型吸波预浸料。
16.本发明具有以下有益效果：1、与现有机身与舵面用遮挡材料相比，该目标特征控制复合材料将吸波涂料、导电涂料和低红外发射率涂料与纤维复合制成预浸料，然后与石英纤维预浸料和橡胶生片按照特定顺序铺层并模压或袋压固化成型即可得到屏蔽性能、吸波性能和红外发射率好的目标特征控制复合材料，该目标特征控制复合材料具有重量轻、无需涂覆隐身涂料，使用方便和隐身性能好的特点。
17.2、与现有玻璃钢结构吸波材料相比，该目标特征控制复合材料碳纤维层、石英纤维层、吸波层和低红外发射率层均以柔性橡胶为基体、同时每隔两层中间夹一层柔性橡胶层，因此该目标特征控制复合材料具有柔韧性能、抗疲劳性能和回弹性能好的特点。
18.3、与现有玻璃钢结构吸波材料相比，该目标特征控制复合材料不仅具有柔韧性能、抗疲劳性能和回弹性能好的特点，还具有屏蔽性能、雷达吸波性能和红外发射率低的特点。
19.4、与现有玻璃钢结构吸波材料相比，该目标特征控制复合材料通过石英纤维层、m型吸波层和l型吸波层的多层结构设计，使目标特征控制复合材料阻抗匹配性更好，吸波频段更宽。
附图说明
20.图1为实施例1轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料结构示意图。
21.图2为实施例2轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料结构示意图。
22.图3为实施例3轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料结构示意图。
23.图4为对比例2轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料结构示意图。
24.图5为对比例3轻质柔性耐弯折目标特征控制复合材料结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
26.实施例11）目标特征控制复合材料结构设计根据目标特征控制复合材料所需要的性能要求，设计目标特征控制复合材料的总厚度为3.7mm，其中碳纤维层的厚度为0.4mm、橡胶层的厚度为0.3mm、m型吸波层的厚度为0.8mm、l型吸波层的厚度为0.8mm、石英纤维层的厚度为0.4mm，低红外发射率层的厚度为0.1mm。
27.其中碳纤维层、m型吸波层、l型吸波层和石英纤维层均为2层，每隔两层中间夹一层橡胶层，橡胶层共4层，低红外发射层为1层，该结构总共13层。
28.2）浸渍溶液配制根据设计要求，将10~20mpa
·
s的氯化橡胶、长油度醇酸树脂、二甲苯和200号溶剂汽油按2.5:1.5:2:4的质量比制成氯化橡胶浸渍溶液。在上述浸渍溶液中加入80%质量分数的mz-i型吸收剂（航天科工武汉磁电公司）得到l型吸波涂料料。在上述浸渍溶液中加入83%质量分数的mz-ii型吸收剂航天科工武汉磁电有限责任公司），得到m型吸波涂料。在上述浸渍液中加入50%质量分数的zlg8120型铝粉（章丘市金属颜料有限公司），得到低红外发射率涂料。
[0029] 3）预浸料制备根据设计要求，将碳纤维浸渍在氯化橡胶溶液中制成碳纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在氯化橡胶溶液中制成石英纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在m型吸波涂料中制成m型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在l型吸波涂料中制成l型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中制成低红外发射率预浸料片材备用。
[0030]
4）橡胶生片制备将氢化丁氰橡胶采用混炼压延工艺制成氢化丁氰橡胶生片备用。由于橡胶基材表面光滑、活性官能团极少，为提高橡胶层与其它层的结合力，因此，需要在橡胶生片粘接面涂覆表面处理剂。
[0031]
5）目标特征控制复合材料制备根据设计要求，将每层所需的预浸料和橡胶生片按照图1所示结构进行铺层，铺层完成后通过模压固化成型，模压压力2.0~3.0mpa，模压温度60℃
×
2h 120℃
×
2h，将模压得到的板材按需要尺寸进行裁切，即得到需要的柔性耐弯折目标特征控制复合材料。
[0032]
目标特征控制复合材料3μm~5μm和8μm~14μm红外发射率≤0.3，红外发射率按照gjb 5892-2006《红外辐射率测试方法》进行测试； s、c、x和ku 波段行波衰减率≥95%，行波衰减率按照标准q/avic 06048.2《隐身材料电性能测试方法 第二部分：表面波衰减测试方
法》进行测试；面密度≤6.0kg/m2，面密度首先采用天平称量得出复合材料质量m，然后计算得出复合材料的面积，最后按照m/s计算得出复合材料面密度，其单位为kg/m2，在
±
45
°
范围内偏转5000次无开裂、剥离和脱落等现象发生，偏转试验参照gb238-2002《金属材料、线材 反复弯曲试验方法》进行测试。
[0033]
实施例21）目标特征控制复合材料结构设计根据目标特征控制复合材料所需要的性能要求，设计目标特征控制复合材料的总厚度为4.0mm，具体结构中橡胶片层的厚度为0.3mm、碳纤维层的厚度为0.4mm、m型吸波层的厚度为0.8mml型吸波层的厚度为0.8mm、石英纤维层的厚度为0.5mm和低红外发射层的厚度为0.1mm。
[0034]
其中碳纤维层、m型吸波层、l型吸波层和石英纤维层均为2层，每隔两层中间夹一层橡胶纤维层，橡胶层共5层，低红外发射率层为1层，该结构总共14层。
[0035]
2）浸渍溶液配制根据设计要求，将羟基聚二甲基硅氧烷、有机胺类催化剂和二甲苯按4:0.5:5.5质量比制成硅橡胶浸渍溶液。在上述浸渍溶液中加入83%质量分数的mz-i型吸收剂（航天科工武汉磁电公司）得到m型吸波涂料料。在上述浸渍溶液中加入85%质量分数的mz-ii型吸收剂（航天科工武汉磁电有限责任公司），得到l型吸波涂料。在上述浸渍液中加入50%质量分数的zlg8120型铝粉（章丘市金属颜料有限公司），得到低红外发射率涂料3）预浸料制备根据设计要求，将碳纤维浸渍在硅橡胶溶液中制成碳纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在硅橡胶溶液中制成石英纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在m型吸波涂料中制成m型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在l型吸波涂料中制成l型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中制成低红外发射率预浸料片材备用。
[0036]
4）橡胶生片制备将有机硅橡胶采用混炼压延工艺制成有机硅橡胶生片备用，并在橡胶生片粘接面涂覆表面处理剂。
[0037]
5）目标特征控制复合材料制备根据设计要求，将每层所需的预浸料和橡胶生片按照图1所示结构进行铺层，铺层完成后通过模压固化成型，模压压力2.0~3.0mpa，模压温度60℃
×
2h 120℃
×
4h 160℃
×
h，将模压得到的板材按需要尺寸进行裁切，即得到需要的柔性耐弯折目标特征控制复合材料。
[0038]
目标特征控制复合材料 3μm~5μm和8μm~14μm红外发射率≤0.3，红外发射率按照gjb 5892-2006《红外辐射率测试方法》进行测试；l、s、c、x、ku 波段行波衰减率≥95%，行波衰减率按照标准q/avic 06048.2《隐身材料电性能测试方法 第二部分：表面波衰减测试方法》进行测试；面密度≤7.0kg/m2，面密度首先采用天平称量得出复合材料质量m，然后计算得出复合材料的面积，最后按照m/s计算得出复合材料面密度，其单位为kg/m2，在-55℃下满足
±
45
°
范围内偏转5000次无开裂、剥离和脱落等现象发生，偏转试验参照gb238-2002《金属材料、线材 反复弯曲试验方法》进行测试。
[0039]
实施例31）目标特征控制复合材料结构设计根据目标特征控制复合材料所需要的性能要求，设计目标特征控制复合材料的总厚度为1.7mm，其中碳纤维层的厚度为0.4mm、橡胶片层的厚度为0.3mm、m型吸波层的厚度为0.4mm、石英纤维层的厚度为0.2mm、低红外发射率层的厚度为0.1mm。
[0040]
其中碳纤维层为2层，m型吸波层、石英纤维层和低红外发射率层为1层，每隔两层中间夹一层橡胶层，橡胶层共2层，该结构总共7层。
[0041]
2）浸渍溶液配制根据设计要求，将聚酯多元醇、二甲苯和固化剂hdi三聚体按3:5:2的质量比制成聚氨酯胶浸渍溶液。在上述浸渍溶液中加入83%质量分数的mz-ii型吸收剂（航天科工武汉磁电有限责任公司），得到m型吸波涂料。在上述浸渍液中加入50%质量分数的zlg8120型铝粉（章丘市金属颜料有限公司），得到低红外发射率涂料。
[0042]
3）预浸料制备根据设计要求，将碳纤维浸渍在聚氨酯胶溶液中制成碳纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在聚氨酯胶溶液中制成石英纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在m型吸波涂料中制成m型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中制成低红外发射率预浸料片材备用。
[0043]
4）橡胶生片制备将氢化丁氰橡胶采用混炼压延工艺制成氢化丁氰橡胶生片备用，并在橡胶生片粘接面涂覆表面处理剂。
[0044]
5）目标特征控制复合材料制备根据设计要求，将每层所需的预浸料和橡胶生片按照图3所示结构进行铺层，铺层完成后通过模压固化成型，模压压力2.0~3.0mpa，模压温度60℃
×
2h 120℃
×
2h，将模压得到的板材按需要尺寸进行裁切，即得到需要的柔性耐弯折目标特征控制复合材料。
[0045]
目标特征控制复合材料在3μm~5μm和8μm~14μm红外发射率≤0.3，红外发射率按照gjb 5892-2006《红外辐射率测试方法》进行测试； c、x、ku 波段行波衰减率≥95%，行波衰减率按照标准q/avic 06048.2《隐身材料电性能测试方法 第二部分：表面波衰减测试方法》进行测试；面密度≤4.0kg/m2，面密度首先采用天平称量得出复合材料质量m，然后计算得出复合材料的面积，最后按照m/s计算得出复合材料面密度，其单位为kg/m2；在
±
45
°
范围内偏转5000次无开裂、剥离和脱落等现象发生，偏转试验参照gb238-2002《金属材料、线材 反复弯曲试验方法》进行测试。
[0046]
以上具体实施例仅用来说明和描述本发明，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。
[0047]
对比例11）目标特征控制复合材料结构设计根据目标特征控制复合材料所需要的性能要求，设计目标特征控制复合材料的总厚度为3.7mm，其中碳纤维层的厚度为0.4mm、橡胶层的厚度为0.3mm、m型吸波层的厚度为0.8mm、l型吸波层的厚度为0.8mm、石英纤维层的厚度为0.4mm，低红外发射率层的厚度为
0.1mm。
[0048]
其中碳纤维层、m型吸波层、l型吸波层和石英纤维层均为2层，每隔两层中间夹一层橡胶层，橡胶层共4层，低红外发射层为1层，该结构总共13层。
[0049]
2）浸渍溶液配制根据设计要求，将环氧树脂e-44、二甲苯和胺类固化剂按4:5:1的质量比制成环氧树脂浸渍溶液。在上述浸渍溶液中加入80%质量分数的mz-i型吸收剂（航天科工武汉磁电公司）得到l型吸波涂料料。在上述浸渍溶液中加入83%质量分数的mz-ii型吸收剂（航天科工武汉磁电有限责任公司），得到m型吸波涂料。在上述浸渍液中加入50%质量分数的zlg8120型铝粉（章丘市金属颜料有限公司），得到低红外发射率涂料3）预浸料制备根据设计要求，将碳纤维浸渍在环氧树脂浸渍溶液中制成碳纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在氯化橡胶溶液中制成石英纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在m型吸波涂料中制成m型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在l型吸波涂料中制成l型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中制成低红外发射率预浸料片材备用。
[0050]
4）橡胶生片制备将氢化丁氰橡胶采用混炼压延工艺制成氢化丁氰橡胶生片备用。
[0051]
5）目标特征控制复合材料制备根据设计要求，将每层所需的预浸料和橡胶生片按照图1所示结构进行铺层，铺层完成后通过模压固化成型，模压压力2.0~3.0mpa，模压温度60℃
×
2h 120℃
×
2h，将模压得到的板材按需要尺寸进行裁切，即得到需要的目标特征控制复合材料。
[0052]
目标特征控制复合材料3μm~5μm和8μm~14μm红外发射率≤0.3，红外发射率按照gjb 5892-2006《红外辐射率测试方法》进行测试； s、c、x和ku 波段行波衰减率≥95%，行波衰减率按照标准q/avic 06048.2《隐身材料电性能测试方法 第二部分：表面波衰减测试方法》进行测试；面密度≤6.0kg/m2，面密度首先采用天平称量得出复合材料质量m，然后计算得出复合材料的面积，最后按照m/s计算得出复合材料面密度，其单位为kg/m2，在
±
45
°
范围内偏转100次出现开裂、剥离和脱落等现象，偏转试验参照gb238-2002《金属材料、线材 反复弯曲试验方法》进行测试。
[0053]
对比例21）目标特征控制复合材料结构设计根据目标特征控制复合材料所需要的性能要求，设计目标特征控制复合材料的总厚度为2.6mm，碳纤维层的厚度为0.4mm、m型吸波层的厚度为0.8mm、l型吸波层的厚度为0.8mm、石英纤维层的厚度为0.5mm和低红外发射层的厚度为0.1mm。
[0054]
其中碳纤维层、m型吸波层、l型吸波层和石英纤维层均为2层，低红外发射率层为1层，该结构总共9层。
[0055]
2）浸渍溶液配制根据设计要求，将羟基聚二甲基硅氧烷、有机胺类催化剂和二甲苯按4:0.5:5.5质量比制成硅橡胶浸渍溶液。在上述浸渍溶液中加入83%质量分数的mz-i型吸收剂（航天科工武汉磁电公司）得到m型吸波涂料料。在上述浸渍溶液中加入85%质量分数的mz-ii型吸收剂
（航天科工武汉磁电有限责任公司），得到l型吸波涂料。在上述浸渍液中加入50%质量分数的zlg8120型铝粉（章丘市金属颜料有限公司），得到低红外发射率涂料3）预浸料制备根据设计要求，将碳纤维浸渍在硅橡胶溶液中制成碳纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在硅橡胶溶液中制成石英纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在m型吸波涂料中制成m型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在l型吸波涂料中制成l型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中制成低红外发射率预浸料片材备用。
[0056]
4）目标特征控制复合材料制备根据设计要求，将每层所需的预浸料和橡胶生片按照图4所示结构进行铺层，铺层完成后通过模压固化成型，模压压力2.0~3.0mpa，模压温度60℃
×
2h 120℃
×
4h 160℃
×
h，将模压得到的板材按需要尺寸进行裁切，即得到需要的耐弯折目标特征控制复合材料。
[0057]
目标特征控制复合材料 3μm~5μm和8μm~14μm红外发射率≤0.3，红外发射率按照gjb 5892-2006《红外辐射率测试方法》进行测试；c、x、ku 波段行波衰减率≥95%，行波衰减率按照标准q/avic 06048.2《隐身材料电性能测试方法 第二部分：表面波衰减测试方法》进行测试；面密度≤4.0kg/m2，面密度首先采用天平称量得出复合材料质量m，然后计算得出复合材料的面积，最后按照m/s计算得出复合材料面密度，其单位为kg/m2，在
±
45
°
范围内偏转出现开裂、剥离和脱落等现象，偏转试验参照gb238-2002《金属材料、线材 反复弯曲试验方法》进行测试。
[0058]
对比例31）目标特征控制复合材料结构设计根据目标特征控制复合材料所需要的性能要求，设计目标特征控制复合材料的总厚度为3.7mm，其中碳纤维层的厚度为0.4mm、橡胶层的厚度为0.3mm、m型吸波层的厚度为0.8mm、l型吸波层的厚度为0.8mm、石英纤维层的厚度为0.4mm，低红外发射率层的厚度为0.1mm。
[0059]
其中碳纤维层、m型吸波层、l型吸波层和石英纤维层均为2层，每隔两层中间夹一层橡胶层，橡胶层共4层，低红外发射层为1层，该结构总共13层。
[0060]
2）浸渍溶液配制根据设计要求，将10~20mpa
·
s的氯化橡胶、长油度醇酸树脂、二甲苯和200号溶剂汽油按2.5:1.5:2:4的质量比制成氯化橡胶浸渍溶液。在上述浸渍溶液中加入80%质量分数的mz-i型吸收剂（航天科工武汉磁电公司）得到l型吸波涂料料。在上述浸渍溶液中加入83%质量分数的mz-ii型吸收剂（航天科工武汉磁电有限责任公司），得到m型吸波涂料。在上述浸渍液中加入50%质量分数的zlg8120型铝粉（章丘市金属颜料有限公司），得到低红外发射率涂料3）预浸料制备根据设计要求，将碳纤维浸渍在氯化橡胶溶液中制成碳纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在氯化橡胶溶液中制成石英纤维预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在m型吸波涂料中制成m型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在l型吸波涂料中制成l型吸波预浸料片材备用；将石英纤维浸渍在低红外发射率涂料中制成低红外发射率预浸料片材备用。
[0061]
4）橡胶生片制备将氢化丁氰橡胶采用混炼压延工艺制成氢化丁氰橡胶生片备用。
[0062]
5）目标特征控制复合材料制备根据设计要求，将每层所需的预浸料和橡胶生片按照图5所示结构进行铺层，铺层完成后通过模压固化成型，模压压力2.0~3.0mpa，模压温度60℃
×
2h 120℃
×
2h，将模压得到的板材按需要尺寸进行裁切，即得到需要的柔性耐弯折目标特征控制复合材料。
[0063]
目标特征控制复合材料无红外隐身功能，红外发射率按照gjb 5892-2006《红外辐射率测试方法》进行测试； s、c、x和ku 波段行波衰减性能较差，行波衰减率按照标准q/avic 06048.2《隐身材料电性能测试方法 第二部分：表面波衰减测试方法》进行测试；面密度≤6.0kg/m2，面密度先采用天平称量得出复合材料质量m，然后计算得出复合材料的面积，最后按照m/s计算得出复合材料面密度，其单位为kg/m2，在
±
45
°
范围内偏转5000次无开裂、剥离和脱落等现象发生，偏转试验参照gb238-2002《金属材料、线材 反复弯曲试验方法》测试。