一种X波段隐身/防雷击蒙皮及其制备方法与流程

一种x波段隐身/防雷击蒙皮及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及隐身材料领域，尤其涉及一种x波段隐身/防雷击蒙皮及其制备方法。


背景技术：

2.隐身飞机的隐身涂层往往采用喷涂的方式获得，隐身涂层主要吸收剂和粘结剂组成，其中吸收剂能够使探测设备得到的反射信号强度大大降低，粘结剂的作用主要是与吸收剂混合成膜，便于涂覆在飞机表面。但就目前而言，所采用的隐身涂层往往导电性较差，当雷电闪击隐身涂层时，很难在短时间内将电流导走，从而导致隐身涂层所在的飞机部件温度急剧升高，从而导致隐身涂层脱落或飞机部件严重烧蚀。
3.目前为了解决上述技术问题，通常在隐身涂层的下方加入一层金属网作为导电层将雷击电流导走，从而避免隐身涂层所在的飞机部件温度急剧升高而导致的隐身涂层脱落或飞机部件严重烧蚀。但通过该方法获得的导电层与隐身涂层之间的结合性较差，在发生温度改变或震动时，会导致导电层与隐身涂层之间的结合界面发生开裂，从而导致飞机的性能下降。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的是提供一种x波段隐身/防雷击蒙皮及其制备方法，旨在解决现有技术中导电层与隐身涂层之间的结合性能较差的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本技术提出了：一种x波段隐身/防雷击蒙皮的制备方法，包括以下步骤：
6.在工装的表面依次铺叠碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料后，获得第一蒙皮；所述碳纤维预浸料、所述导电预浸料、所述吸波预浸料和所述透波预浸料所使用的树脂基体为同一树脂基体；
7.将所述第一蒙皮采用真空袋工艺进行成型处理，获得x波段隐身/防雷击蒙皮。
8.在本技术一些可选实施例中，所述导电预浸料根据以下步骤获得：
9.将金属粉末与树脂基体混合，获得导电胶膜；
10.将所述导电胶膜与碳纤维复合，获得导电预浸料。
11.在本技术一些可选实施例中，所述导电胶膜的面密度为20g/m2～80g/m2，厚度为0.1mm～0.2mm；所述导电预浸料的面密度为100g/m2～220g/m2，铺叠厚度为0.1mm～0.2mm。
12.在本技术一些可选实施例中，所述金属粉末包括铜粉、铁粉和银粉中的至少一种，所述树脂基体包括环氧树脂基体、氰酸酯树脂基体和双马树脂基体中的至少一种；所述金属粉末与所述树脂基体的用量比为50wt％～90wt％。
13.在本技术一些可选实施例中，所述吸波预浸料根据以下步骤获得：
14.将吸收剂与树脂基体混合，获得吸波胶膜；
15.将所述吸波胶膜与玻璃纤维进行复合，获得吸波预浸料。
16.在本技术一些可选实施例中，所述吸波胶膜的面密度为100g/m2～400g/m2，厚度为
0.5mm～2.5mm；所述吸波预浸料的面密度为400g/m2～800g/m2，铺叠厚度为0.5mm～1.5mm。
17.在本技术一些可选实施例中，所述吸收剂包括羰基铁、炭黑和石墨烯中的至少一种，所述树脂基体包括环氧树脂基体、氰酸酯树脂基体和双马树脂基体中的至少一种；所述吸收剂与所述树脂基体的用量比为30wt％～90wt％。
18.在本技术一些可选实施例中，所述碳纤维预浸料的铺叠厚度为1mm～4mm，所述透波预浸料的铺叠厚度为0.1mm～0.25mm。
19.在本技术一些可选实施例中，所述真空袋工艺包括：将所述第一蒙皮进行真空密封后，进行成型处理；所述成型处理的温度为120℃～220℃，所述成型处理的时间为4h～12h。
20.为解决上述技术问题，本技术还提出了：一种x波段隐身/防雷击蒙皮，所述x波段隐身/防雷击蒙皮由如上所述制备方法制备获得。
21.与现有技术相比，本技术的实施例提供的制备方法首先将碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料依次铺叠在工装的表面后再采用真空袋工艺进行成型处理，获得x波段隐身/防雷击蒙皮。并且所述碳纤维预浸料、所述导电预浸料、所述吸波预浸料和所述透波预浸料所使用的树脂基体为同一树脂基体，使得所述碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料在固化成型处理时能充分地相互渗透，这样处理在成型后获得的蒙皮中的碳纤维层、导电层、吸波层和透波层之间是相互渗透的，并不存在单独的结合界面，因此在实际应用中，不会由于发生温度改变或震动而导致层与层之间的结合界面发生开裂，从而导致飞机的性能下降。并且通过采用真空袋工艺对所述第一蒙皮进行均匀成型处理，使得成型所获得的x波段隐身/防雷击蒙皮更加密实，力学性能也更加均匀，从而避免层与层之间的结合界面发生开裂。
附图说明
22.图1是本技术实施例所述x波段隐身/防雷击蒙皮制备方法的流程示意图。
具体实施方式
23.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
24.随着航空科技的不断发展，为了防止飞行装备被发现摧毁，往往使用隐身材料提高飞行装备的隐身性能。隐身飞机的隐身涂层往往采用喷涂的方式获得，隐身涂层主要吸收剂和粘结剂组成，其中吸收剂能够使探测设备得到的反射信号强度大大降低，粘结剂的作用主要是与吸收剂混合成膜，便于涂覆在飞机表面。树脂基复合材料由于其具有较好的比强度、比模量并且抗疲劳性较好等许多优异特性，使得其在隐身材料领域大量应用，但这种复合材料往往导电性较差，当雷电闪击隐身涂层时，很难在短时间内将电流导走，从而导致隐身涂层所在的飞机部件温度急剧升高，从而导致隐身涂层脱落或飞机部件严重烧蚀。
25.因此需要对复合材料进行防雷击防护，目前为了解决上述技术问题，通常在隐身涂层的下方加入一层金属网作为导电层将雷击电流导走，从而避免隐身涂层所在的飞机部件温度急剧升高而导致的隐身涂层脱落或飞机部件严重烧蚀。如将铝和铜网经过层压、喷涂和电镀后获得的网格，黏贴到复合材料结构上后可承受200000a的电流，对复合材料具有较好的防雷击防护作用。
26.这种方法虽然能较好的防护飞机在飞行过程中受到雷击损伤，但同样存在一些缺陷，如飞机需要防雷防护的面积较大，而金属的密度较大，大面积使用金属网会导致飞机的重量大幅增加，不仅会影响飞机的飞行距离，还会影响飞机的灵敏性等性能，且由于大幅增重会导致燃料的消耗也大幅增加。另外更重要的一点是，由于通过上述方法获得的导电层与隐身涂层之间的结合性较差，而导致在发生温度改变或震动时，会导致导电层与隐身涂层之间的结合界面发生开裂，从而导致飞机的性能下降。
27.基于上述技术问题，本技术提供了一种x波段隐身/防雷击蒙皮蒙皮及其制备方法，旨在解决现有技术中导电层与隐身涂层之间的结合性能较差的技术问题。
28.如图1所示，本技术实施例所述x波段隐身/防雷击蒙皮的制备方法，包括以下步骤：
29.s10、在工装的表面依次铺叠碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料后，获得第一蒙皮；所述第一蒙皮由碳纤维层、导电层、吸波层和透波层组成；
30.s20、将所述第一蒙皮采用真空袋工艺进行成型处理，获得x波段隐身/防雷击蒙皮。
31.与现有技术相比，本技术所述制备方法首先将碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料依次铺叠在工装的表面后再采用真空袋工艺进行成型处理，获得x波段隐身/防雷击蒙皮。并且所述碳纤维预浸料、所述导电预浸料、所述吸波预浸料和所述透波预浸料所使用的树脂基体为同一树脂基体，使得所述碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料在固化成型处理时能充分地相互渗透，这样处理在成型后获得的蒙皮中的碳纤维层、导电层、吸波层和透波层之间是相互渗透的，并不存在单独的结合界面，因此在实际应用中，不会由于发生温度改变或震动而导致层与层之间的结合界面发生开裂，从而导致飞机的性能下降。并且通过采用真空袋工艺对所述第一蒙皮进行均匀成型处理，使得成型所获得的x波段隐身/防雷击蒙皮更加密实，力学性能也更加均匀，从而避免层与层之间的结合界面发生开裂。
32.为了提高所述x波段隐身/防雷击蒙皮的导电性能，在本技术一些可选实施例中，在所述碳纤维预浸料背离飞机板件的一面铺叠了导电预浸料，所述导电预浸料根据以下步骤获得：
33.将金属粉末与树脂基体混合，获得导电胶膜；将所述导电胶膜与碳纤维复合，获得导电预浸料。
34.为了增加所述导电预浸料的导电性能，使其在遇到雷击时，能具有较好的防护效果，本技术对所述导电胶膜的面密度和厚度、所述导电预浸料的面密度和厚度分别进行了限定，即在本技术一些可选实施例中，所述导电胶膜的面密度为20g/m2～80g/m2，厚度为0.1mm～0.2mm；所述导电预浸料的面密度为100g/m2～220g/m2，铺叠厚度为0.1mm～0.2mm。
35.为了增加所述导电预浸料的导电性能，使其在遇到雷击时，能具有较好的防护效果，并且在具有防雷击的同时，能有效减少电磁波的趋肤深度，有利于电磁波反射进入吸波预浸料中进行二次吸收，本技术对所述金属粉末的组成和树脂基体的组成、以及所述金属材料和所述树脂基体的用量比进行了限定，即在本技术一些可选实施例中，所述金属粉末包括铜粉、铁粉和银粉中的至少一种，所述树脂基体包括环氧树脂基体、氰酸酯树脂基体和双马树脂基体中的至少一种；所述金属粉末与所述树脂基体的用量比为50wt％～90wt％。
36.为了提高所述x波段隐身/防雷击蒙皮的吸波性能，在本技术一些可选实施例中，在所述导电预浸料背离所述碳纤维预浸料的一面铺叠了吸波预浸料，所述吸波预浸料根据以下步骤获得：
37.将吸收剂与树脂基体混合，获得吸波胶膜；
38.将所述吸波胶膜与玻璃纤维进行复合，获得吸波预浸料。
39.为了增加所述吸波预浸料的吸波性能，本技术对所述吸波胶膜的面密度和厚度、所述吸波预浸料的面密度和铺叠厚度分别进行了限定，即在本技术一些可选实施例中，所述吸波胶膜的面密度为100g/m2～400g/m2，厚度为0.5mm～2.5mm；所述吸波预浸料的面密度为400g/m2～800g/m2，铺叠厚度为0.5mm～1.5mm。所述吸波预浸料的铺叠厚度可以根据实际应用需求和设计需求进行调整，以达到最佳的吸波性能。
40.为了增加所述吸波预浸料的吸波性能，本技术对所述吸波剂的组成和所述树脂基体的组成、以及所述吸波剂和所述树脂基体的用量比进行了具体限定，即在本技术一些可选实施例中，所述吸收剂包括羰基铁、炭黑和石墨烯中的至少一种，所述树脂基体包括环氧树脂基体、氰酸酯树脂基体和双马树脂基体中的至少一种；所述吸收剂与所述树脂基体的用量比为30wt％～90wt％。在具体应用中，所述吸收剂的选择不同，其与所述树脂基体的用量比也不同；如当所述吸收剂为羰基铁时，其与所述树脂基体的用量比为50wt％～90wt％；如当所述吸收剂为炭黑时，其与所述树脂基体的用量比为10wt％～40wt％；如当所述吸收剂为羰基铁和炭黑和石墨烯组合时，其与所述树脂基体的用量比为30wt％～70wt％。通过对所述吸收剂与所述树脂基体的用量比进行控制，能有效提升所述吸波预浸料的导电性能。
41.所述x波段隐身/防雷击蒙皮不仅需要具有较好的吸波性能以及防雷击性能，还需要具有较好的力学性能和透波性能，因此在铺叠获得x波段隐身/防雷击蒙皮时，除了铺叠导电预浸料和吸波预浸料，还会铺叠有碳纤维预浸料和透波预浸料，透波预浸料可以通过厚度调节使蒙皮吸收剂落在所需x波段，并且为了适应本技术所述x波段隐身/防雷击蒙皮的应用需求，本技术所述碳纤维预浸料的铺叠厚度和所述透波预浸料的铺叠厚度分别进行了限定，即在本技术一些可选实施例中，所述碳纤维预浸料的铺叠厚度为1mm～4mm，所述透波预浸料的铺叠厚度为0.1mm～0.25mm。在具体应用中，所述碳纤维预浸料和所述透波预浸料的制备方法可采用现有技术，本技术这里不做特别限定。
42.在将碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料依次铺叠在工装的表面后再采用真空袋工艺进行成型处理，获得x波段隐身/防雷击蒙皮。使得所述所述碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料在固化成型处理时能充分地相互渗透，这样处理在成型后获得的蒙皮中的碳纤维层、导电层、吸波层和透波层之间是相互渗透的，并不存在单独的结合界面；因此本技术对所述成型处理工艺进行了具体限定，即在本技术一些可选实施例中，所述真空袋工艺包括：将所述第一蒙皮进行真空密封后，进行成型处理；所述成型处理的温度为120℃～220℃，所述成型处理的时间为4h～12h。在具体应用中，为了保证最佳的固化成型效果，在所述碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料所采用的树脂基体不同时，所述成型处理的温度也会进行相应调整，如当所述树脂基体为环氧树脂基体时，所述成型处理的温度为120℃～170℃；如当所述树脂基体为氰酸酯树脂基体或双马树脂基体时，所述成型处理的温度为180℃～220℃。
43.为解决上述技术问题，本技术还提出了：一种x波段隐身/防雷击蒙皮，所述x波段隐身/防雷击蒙皮由如上所述制备方法制备获得。
44.本技术所述x波段隐身/防雷击蒙皮通过将碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料依次铺叠在工装的表面后再采用真空袋工艺进行成型处理而获得。且在制备所述碳纤维预浸料、所述导电预浸料、所述吸波预浸料和所述透波预浸料时，采用同一树脂基体，使得所述碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料在固化成型处理时能充分地相互渗透，这样处理在成型后获得的蒙皮中的碳纤维层、导电层、吸波层和透波层之间是相互渗透的，并不存在单独的结合界面，从而提升了所获得的x波段隐身/防雷击蒙皮中层与层之间的结合性能，进而保证了所获得的x波段隐身/防雷击蒙皮具有较好的吸波性能和防雷击性能。
45.下面结合具体实施例，对本技术所述技术方案进行详细说明：
46.实施例1
47.将80wt％的羰基铁与环氧树脂均匀混合，制备成面密度为230g/m2的吸波胶膜，将其与玻璃纤维复合形成吸波预浸料，面密度为550g/m2。将80wt％银粉与环氧树脂混合，制备成面密度为30g/m2的导电胶膜，将其与碳纤维复合形成导电预浸料，面密度为120g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.1mm的导电预浸料，在此表面铺贴0.9mm的吸波预浸料，最后铺叠0.1mm的透波环氧预浸料。打袋抽真空，在130℃固化6h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
48.测得该实施例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-10.8db。
49.实施例2
50.将85wt％的羰基铁与环氧树脂均匀混合，制备成面密度为250g/m2的吸波胶膜，将其与玻璃纤维复合形成吸波预浸料，面密度为550g/m2。将80wt％银粉与环氧树脂混合，制备成面密度为30g/m2的导电胶膜，将其与碳纤维复合形成导电预浸料，面密度为120g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.1mm的导电预浸料，在此表面铺贴0.8mm的吸波预浸料，最后铺叠0.1mm的透波环氧预浸料。打袋抽真空，在130℃固化6h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
51.测得该实施例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-11.9db。
52.实施例3
53.将80wt％的羰基铁与氰酸酯均匀混合，制备成面密度为230g/m2的吸波胶膜，将其与石英纤维复合形成吸波预浸料，面密度为550g/m2。将80wt％银粉与环氧树脂混合，制备成面密度为30g/m2的导电胶膜，将其与碳纤维复合形成导电预浸料，面密度为120g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.1mm的导电预浸料，在此表面铺贴0.9mm的吸波预浸料，最后铺叠0.1mm的透波氰酸酯预浸料。打袋抽真空，在200℃固化8h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
54.测得该实施例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-13.2db。
55.实施例4
56.将15wt％的炭黑与环氧树脂均匀混合，制备成面密度为120g/m2的吸波胶膜，将其与玻璃纤维复合形成吸波预浸料，面密度为310g/m2。将80wt％银粉与环氧树脂混合，制备成面密度为30g/m2的导电胶膜，将其与碳纤维复合形成导电预浸料，面密度为120g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.1mm的导电预浸料，在此表面铺贴1.2mm的吸波预浸料，最后铺叠0.1mm的透波环氧预浸料。打袋抽真空，在130℃固化6h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
57.测得该实施例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-15.7db。
58.实施例5
59.将羰基铁与炭黑按照60:40质量份数互配，将复合吸收剂按照70wt％加入环氧树脂中，制备成面密度为180g/m2的吸波胶膜，将其与玻璃纤维复合形成吸波预浸料，面密度为410g/m2。将80wt％银粉与环氧树脂混合，制备成面密度为30g/m2的导电胶膜，将其与碳纤维复合形成导电预浸料，面密度为120g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.1mm的导电预浸料，在此表面铺贴1.1mm的吸波预浸料，最后铺叠0.1mm的透波环氧预浸料。打袋抽真空，在130℃固化6h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
60.测得该实施例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-14.8db。
61.对比例1
62.将80wt％的羰基铁与环氧树脂均匀混合，制备成面密度为230g/m2的吸波胶膜，将其与玻璃纤维复合形成吸波胶膜，面密度为550g/m2。将80wt％银粉与环氧树脂混合，制备成面密度为30g/m2的导电胶膜，将其与碳纤维复合形成导电预浸料，面密度为120g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.1mm的导电预浸料，在此表面铺贴0.9mm的吸波预浸料。打袋抽真空，在130℃固化6h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
63.测得该对比例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-7.9db。
64.对比例2
65.将80wt％的羰基铁与环氧树脂均匀混合，制备成面密度为230g/m2的吸波胶膜，将其与玻璃纤维复合形成吸波预浸料，面密度为550g/m2。铺贴2mm的碳纤维环氧预浸料，在此表面铺贴0.9mm的吸波预浸料，最后铺叠0.1mm的透波环氧预浸料。打袋抽真空，在130℃固化6h得到x波段匹配隐身/防雷击一体化隐身蒙皮。
66.测得该对比例制备获得的隐身/防雷击一体化隐身蒙皮在x波段的吸收性能为-9.2db。
67.可以看出，没有防雷击层，碳纤维导电率不够高，电磁波趋肤深度增加，电磁波吸收性能减弱；没有表面透波层，无法实现电磁波的x波段匹配，x波段电磁波吸收性能急剧下降。而通过本技术所述方法制备首先将碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料依次铺叠在工装的表面后再采用真空袋工艺进行成型处理，获得x波段隐身/防雷击蒙皮。并且所述碳纤维预浸料、所述导电预浸料、所述吸波预浸料和所述透波预浸料所使用的树脂基体为同一树脂基体，使得所述碳纤维预浸料、导电预浸料、吸波预浸料和透波预浸料在固化成型处理时能充分地相互渗透，这样处理在成型后获得的蒙皮中的碳纤维层、导电
层、吸波层和透波层之间是相互渗透的，并不存在单独的结合界面，因此在实际应用中，不会由于发生温度改变或震动而导致层与层之间的结合界面发生开裂，从而导致飞机的性能下降。并且通过采用真空袋工艺对所述第一蒙皮进行均匀成型处理，使得成型所获得的x波段隐身/防雷击蒙皮更加密实，力学性能也更加均匀，从而避免层与层之间的结合界面发生开裂。
68.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。