[0001] 本发明涉及一种具有宽频吸波功能的多层结构的薄壳结构吸波复合材料及其制备方法，该复合材料采用纤维增强复合材料和具有吸波功能的树脂复合而成。

[0002] 随着无线电技术的发展，尤其是大通量、航空航天通讯技术飞跃发展，无线电设备对电磁兼容的要求也越来越高，尤其是无线电接收端对微波信号杂波吸收的要求也越来越高。而对于各类航空航天飞行器类产品，需要考虑更轻的重量，更低的体积，纤维增强树脂基复合材料(FRP)具有明显的减重优势，被大量用于飞行器结构。材料对无线电波的吸波效果与材料厚度有直接关系，尤其是对宽频无线电波的吸收需要有一定厚度的吸波层才能对低频(低于8GHz)电磁波有较为明显的吸收效果，但是吸波结构层过厚还会影响外型尺寸，会增加重量，因此如何在保证较高的吸收率下，同时实现较薄的吸波层板厚度，是吸波结构的技术难点。

[0003] 为了提高薄壳复材在宽频下的吸波效果(从KU到L波段1～20GHz)，需要往材料里填充大量的铁磁性或导电粉体，尤其是低频下的吸波，需要掺杂不同外形和尺寸的粉体吸波材料，导致吸波层树脂成膜的自持力差、粘度高，严重影响了吸波复材层的制造工艺性。由于层间粘结性差，还会影响复材结构的力学性能和吸波效果。从高频到低频的吸波粉体尺寸逐渐增大，吸波效率与吸波填料含量基本成正比例，为了更低的反射率就需要添加更多的吸波填料。大部分吸波材料都采用铁粉或铁合金、碳粉，合金存在密度高、延展性高的特点，在树脂中容易产生沉积、变形，这些均会影响与树脂的结合力，导致无法添加更多和更大尺寸的填料。如何设计吸波复材的基体和结构是关系到吸波复材结构综合性能的关键技术。

[0004] 技术方案

[0005] 本发明针对以上问题，提供一种具有宽频吸波功能的薄壳结构复合材料及其制备方法。

[0006] 本发明采用的技术方案如下：

[0007] 本发明的一种具有宽频吸波功能的薄壳结构复合材料，可以实现在1GHz～20GHz宽频范围内较高的电磁波吸收率，而且可以实现较低的复材厚度。该吸波复材层的结构(面向电磁波入射方向)依次包括：透波层(顶层)、高频吸波层、中频吸波层、低频吸波层、反射层(底层)。

[0008] 进一步地，所述高频吸波层包含高频吸波胶膜和纤维布，所述中频吸波层包含中频吸波胶膜和纤维布，所述低频吸波层包含低频吸波胶膜和纤维布；所述高频吸波胶膜、中频吸波胶膜、低频吸波胶膜分别由高频吸波填料、中频吸波填料、低频吸波填料和树脂制备而成；所述纤维布为玻璃纤维布或石英纤维布。

[0009] 进一步地，所述低频吸波填料可以是导电石墨粉、短切碳纤维、碳纳米管、羰基铁粉或其中至少两种形成的混合物，质量占树脂的质量分数为10～90％。进一步更优的，短切碳纤维长度为1～2mm，占树脂的质量分数为10～20％，碳纳米管占树脂的质量分数为5％。羰基铁粉的粒径在1～10mm，占树脂的质量分数为60～90％。主要针对1‑8GHz频段内的吸波。

[0010] 进一步地，所述中频吸波填料可以是羰基铁粉、镍粉、钴粉中的至少一种，质量占树脂的质量的10～90％。进一步更优的，中频吸波填料的粒径为10～35微米。主要针对8‑12GHz频段内的吸波。

[0011] 进一步地，所述高频吸波填料可以是羰基铁粉、镍粉、钴粉，质量占树脂的质量分数为10～90％，进一步更优的，高频吸波填料的粒径为30～70微米。主要针对12～20GHz频段内的吸波。

[0012] 一种具有宽频吸波功能的薄壳结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0013] 制备基体树脂，所述基体树脂为潜伏性固化的树脂体系；

[0014] 将基体树脂与碳纤维布、玻璃纤维布、石英纤维布分别含浸，得到碳纤维布预浸料、玻璃纤维布预浸料、石英纤维布预浸料；

[0015] 将基体树脂分别和高频吸波填料、中频吸波填料、低频吸波填料进行共混，然后通过压延工艺制备成膜，得到高频吸波胶膜、中频吸波胶膜、低频吸波胶膜；

[0016] 将高频吸波胶膜与石英纤维布预浸料复合成高频吸波预浸料，中频吸波胶膜与玻璃纤维布预浸料复合成中频吸波预浸料，低频吸波胶膜与玻璃纤维布预浸料复合成低频吸波预浸料；

[0017] 在碳纤维布预浸料上铺覆低频吸波预浸料，在低频吸波预浸料上铺覆中频吸波预浸料，在中频吸波预浸料上铺覆高频吸波预浸料，在最外层铺覆石英纤维预浸料；

[0018] 将铺贴好的层板经过成型固化，得到具有宽频吸波功能的薄壳结构复合材料。

[0019] 进一步地，所述反射层所用的碳纤维布预浸料层，透波层所用的石英纤维预浸料层，以及高频吸波层、中频吸波层、低频吸波层的吸波胶膜层所用树脂为同一种树脂。可以是环氧树脂、氰酸酯、乙烯基树脂、酚醛树脂等。其中碳纤维布预浸料层所用树脂的质量含量为25％～35％。可以保证与吸波胶膜层的表面树脂在固化过程具有较好的相容性，吸波层胶膜需要通过预加热使树脂部分凝胶，树脂状态处于B阶段，保证吸波胶膜层的树脂不会大量渗透到其他层。吸波胶膜的厚度为0.1～0.3mm，从而保证了复材的吸波性能。

[0020] 进一步地，高频吸波层、中频吸波层、低频吸波层的吸波胶膜采用潜伏性固化树脂、吸波填料、橡胶共混，通过压延机挤出成型薄膜，可以实现吸波粉体与树脂良好的包覆和成膜性。其中橡胶可以是端环氧基聚丁二烯，或者是生橡胶，其中生橡胶特指未经过硫化的天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶等，门尼粘度约10～200。

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] 本发明针对宽频吸波的需求，采用多种尺寸规格的吸波金属粉与树脂掺混形成吸波磁性胶膜，并采用多种纤维增强功能树脂制备了一种吸波复合材料。为了实现从1～20GHz电磁波的宽频吸收，使用多种粒径和不同形貌的吸波填料(例如铁氧体颗粒)作为吸波填料，为了克服吸波金属粉在树脂中分散不均、成膜性差的问题，采用具有高门尼粘度的高分子聚合物作为树脂的主要组分，配合压延式工艺制造的吸波胶膜，可以制造吸波填料含量更高的吸波层，在保证更低的产品厚度和重量的同时具有更高的电磁波吸收率和优良的制造工艺性。

[0024] 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。

[0025] 对于从KU波段到L波段，为了具有更好的吸波特性，需要保证吸波复材层具有对宽频带的吸波特性，而不同频段的吸波需要采用不同规格、含量的吸波粉体。为了保证不同吸波层对应频段的阻抗匹配，对吸波复材设计上需要考虑从外到内的材料的选择优化。

[0026] 本发明的具有宽频吸波功能的薄壳结构复合材料，包括多个不同的功能层，如图1所示，底层为反射层，即碳纤维布层，起到反射作用；最外层为透波层，即石英纤维布层，主要实现阻抗匹配，增加电磁波的入射；中间为吸波层，从外到里依次为高频吸波层、中频吸波层、低频吸波层，每层吸波层主要包含吸波胶膜和纤维布(玻璃纤维布或石英纤维布)，三层吸波层采用3种不同型号的吸波胶膜，吸波胶膜可以是多层也可是单层，从外到里吸波波段按照波长依次提高。

[0027] 其中吸波胶膜采用潜伏性固化的树脂体系和吸波填料进行共混，然后通过压延工艺成膜。采用压延工艺可以有效提高树脂和吸波填料的粘附性，有效降低内部缺陷，提高力学强度和吸波效果。尤其是对于非球状的吸波填料，可以让树脂和填料颗粒结合更为紧密，还可以添加更多的填料。为了保证压延胶膜具有良好的成膜性，需要对树脂体系进行预处理，包括预反应、添加成膜组分等。通过预处理，可以让树脂具有更好的成膜自持性，保证在大量添加吸波填料后，经过压延工艺可以实现良好的吸波胶膜。将压延好的吸波胶膜与玻璃纤维布或石英纤维布贴合，作为吸波层，将多规格多层的吸波功能层复合经过成型固化，制备整体吸波复材。

[0028] 本发明的一个实施例中，提供一种具有宽频吸波功能的薄壳结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0029] 1.制备基体树脂和纤维布预浸料

[0030] 使用50份E51环氧树脂、20份E20环氧树脂、20份潜伏性固化剂、1份的促进剂(起促进固化的作用，促进剂可以是2,4咪唑等)等组分作为基体树脂，混合均匀用后备用。

[0031] 使用基体树脂与200g/m2平纹碳纤维布、100g/m2玻璃纤维布、100g/m2石英纤维布分别含浸(浸渍)，制备成含胶量为35％的碳纤维布预浸料、玻璃纤维布预浸料、石英纤维布预浸料。

[0032] 2.制备吸波胶膜

[0033] 将长度1mm左右的10份的碳纤维、20份的8微米直径的羟基铁粉、1份的橡胶掺入基体树脂，经过混炼、三辊研磨等工艺形成高频(12～20GHz)吸波树脂。

[0034] 将75份的10微米直径的羟基铁粉、3份的橡胶掺入基体树脂，经过混炼、三辊研磨等工艺形成中频(8～12GHz)吸波树脂。

[0035] 在基体树脂中添加橡胶(门尼粘度为60的端环氧基聚丁二烯)，添加份数为8份，将75份50微米直径的羟基铁粉掺入基体树脂，经过混炼、三辊研磨等工艺形成低频(1～8GHz)吸波树脂。

[0036] 将混合好的三种型号的吸波树脂经过压延机制成厚为0.2mm的吸波胶膜，即得到高频吸波胶膜、中频吸波胶膜、低频吸波胶膜。将三种角膜在80℃下预处理30min。

[0037] 3.制备复合材料

[0038] 将高频吸波胶膜与100g/m2石英纤维布预浸料复合成高频吸波预浸料，中频吸波2 2
胶膜与100g/m玻璃纤维布预浸料复合成中频吸波预浸料，低频吸波胶膜与100g/m玻璃纤维布预浸料复合成低频吸波预浸料。

[0039] 在碳纤维布预浸料上铺覆2层低频吸波预浸料，吸波胶膜一面与碳纤维布贴合；在低频吸波预浸料上铺覆2层中频吸波预浸料，吸波胶膜一面与低频预浸料贴合，在中频吸波预浸料上铺覆2层高频吸波预浸料，吸波胶膜一面与中频预浸料贴合，在最外层铺覆2层石英纤维预浸料，作为透波层。将铺贴好的层板，经过热压罐120℃进行2小时固化后形成吸波复材产品。复材层厚度可以控制在1.6mm以内。

[0040] 经过本实施措施制备的吸波复材板，可以实现在1～8GHz频段下反射率最高‑4.9db，最低‑12.8db；在8～18GHz频段下反射率最高‑6.9db，最低‑11.7db。

[0041] 以上公开的本发明的具体实施例，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。