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TPU吸波复合材料的制备与性能研究

来源:985论文网 添加时间:1970-01-01 08:00
TPU吸波复合材料的制备与性能研究
摘要
微波吸收材料又称微波吸收材料,可以将入射电磁波的电磁能量转化为热能,使其消散或引起电磁波的干扰和抵消,从而降低目标的回波和RCS。吸波材料的开发和应用是雷达隐身技术发展的关键技术之一,越来越受到世界各国研究者的重视。TPU吸波复合材料既考虑了吸波性能,又考虑了机械性能。具有设计强,吸收频带宽,支撑与吸收有机结合,重量增加小,避免表面涂层脱落等优点,是目前最具吸引力的研究领域之一。
关键词:复合材料;制备;性能
前言
吸波复合材料是一种具有一定的独立承载和保护能力的结构和功能材料。用这种材料技术制成的结构部件可以取代或部分取代靶体上相应的金属结构,以降低雷达探测到的目标的隐身功能。因此,TPU吸波材料的出现,可以考虑吸收载荷和承载载荷或防弹保护,在武器装备中表现出作为雷达带隐身材料的优越性。在满足隐身要求的同时,大大降低了武器装备的结构重量,得到了国内外的高度重视,并迅速发展到工程应用阶段。吸收剂复合材料与普通复合材料的区别在于需要在材料层中加入一定比例的电磁损耗衰减材料吸收剂。只有当这些吸波材料能够定量均匀地分布在复合材料的各个结构层中时,我们才能获得我们设计的复合材料的吸波性能。因此,作为树脂基复合材料的一个特殊应用领域,由于需要保证材料的微波吸收性能和稳定性,复合预浸料的制备工艺与现有的复合预浸料制备工艺有显著的不同。采用预混法制备预浸料的问题是,由于切碎的增强纤维的存在,吸收剂不能与其充分混合,在树脂胶液中难以均匀分散,不易实现预浸料的均匀分布。
此外,切碎的增强纤维破坏了材料结构强度的完整性。对于对结构力学性能有较高要求的功能复合材料,这种方法在高性能复合预浸料的制备过程中很少使用。在预浸料制备的预浸料中,难以保证吸收剂均匀分布在纤维布上,单位面积的沉积无法精确控制。目前,微波吸收复合材料结构部件的制造大多是小规模的试生产,预浸料的制备主要是手工预浸法。大量试验结果表明,产品微波吸收性能稳定性差,难以满足大规模生产的质量要求。随着武器装备隐身需求的不断增加,寻求先进的复合材料生产技术是隐身复合材料产业化的发展方向。
1  制备工艺过程
1.1胶液的配制
1.1.1树脂胶液的配制
考虑到复合材料的力学性能、加工性能和性能/价格比的要求,树脂体系(如普通环氧树脂E41、E51等)。根据设计配方选择固化体系,称重混合,搅拌均匀。为了使胶水溶液调整到适当的粘度,促进纤维渗透,必须加入适量的稀释剂,再次混合均匀,然后倒入胶槽中,用于纤维机织织物的滚筒涂层。
1.1.2吸波胶液的配制
所选吸收材料应进行预处理(例如球磨和干燥。如为纤维吸水性材料,还应剪短下料),按设定的混合比加入到选定的树脂体系中,搅拌分散,并根据吸水性材料的种类确定相应的分散时间和温度。同时,可以加入适量的稀释剂来调节分散液的粘度,直到吸收剂在树脂中完全均匀为止。然后加入相应比例的固化剂。为了将胶水溶液调整到有利于喷涂的粘度,请加入适量的稀释剂,再次混合均匀,然后倒入喷涂槽中,成为吸收性胶水溶液,用于喷涂方法。
1.2纤维编织层预浸料的结构
微波吸收复合材料预浸料为对称结构,由两层增强纤维编织作为预浸料组成。树脂胶液中浸渍工艺采用辊涂法完成。然后,用喷涂方法在一层织物的表面覆盖一层吸收胶溶液,另一层预浸液在涂覆有吸收胶溶液的预浸液上复合,形成一个三明治对称结构的预浸片,用于后续铺设及下载测序过程。
1.3辊式涂胶法与喷射涂胶法组合浸胶
参考玻璃布生产蜂窝夹层材料所用的双槽辊粘合工艺的原理,分别将纤维编织布从布辊1下放,经张紧导向辊2至涂胶辊4,压辊3的压力下,分别将树脂胶涂在两种纤维织物的下表面,完成预浸料的胶合过程。此时,该控制系统启动喷涂系统的运行,根据设定的流量和移动速度,将吸收胶液雾化并沉积在右侧纤维部分上表面的橡胶圆筒6中,形成吸收胶液层,均匀分布吸收剂,完成喷涂浸渍过程;两侧的纤维片由压辊3挤压复合,两个纤维片之间孵育形成具有夹层结构的预浸片。然后通过将导向辊2张紧到收集布辊8,将其干燥(空气干燥)至适当的粘度。
2  吸波性能与工艺质量分析
不考虑雷达波测试系统的测试误差,复合材料微波吸收性能的稳定性主要取决于其自身的因素:在被测材料模板的形状质量,几何尺寸标准和平整度方面是必要的。,可以通过成型模具来保证;就吸收剂复合材料的内部结构而言,每个匹配层的厚度,匹配层中吸收剂分布的均匀性以及在制造过程中的分布量是否能满足设计要求将影响试验结果。复合材料的吸收性能主要通过预浸料的制备工艺来保证。
2.1阻抗匹配性控制
在材料技术方面,微波吸收复合材料主要有两种类型:一种是在波传输纤维复合材料的配方中加入吸收剂;另一种是在复合材料中加入吸收剂。二是增强纤维本身具有吸波性能。目前,前吸收剂复合材料被广泛应用。其吸收性能不仅取决于吸收剂本身的电磁性能,还取决于各结构组合层的电磁参数。为了达到宽带吸收性能,每个结构复合层的阻抗特性都是根据一定的梯度变化设计的,一般设计为2-4组结构匹配层。因此,各结构复合层中的吸收剂含量也按梯度分布。在树脂粘合剂体系和增强纤维的前提下,改变预浸料中吸收剂的含量会改变预浸料板材的电磁参数,即材料的等效电磁参数。根据电性能设计确定的各结构层的电磁参数,确定微波吸收复合材料中各层预浸料的吸收剂用量,并转化为工艺参数的表征形式,即分布量,预浸料每层吸收剂的量-表面密度。因此,在此过程中,采用定量喷涂的方法吸收吸收剂。只有准确控制预浸料各层吸收胶量,才能保证吸收复合材料的电气性能设计要求。在喷涂和浸渍过程中,只要改变和调整喷枪流量和纤维布传输速度两个工艺参数,就可以定量控制预浸片中吸收胶液的分布面积密度,从而获得不同电磁参数的材料功能层。
2.2分布均匀性控制
吸收剂材料在预浸料上的分布均匀性决定了最终制备的样品材料能否满足吸收剂复合材料隐身性能的设计要求,这取决于测试结果在不同偏振波下的重复稳定性和一致性,测试材料不同部位的位置和反射率。在此过程中,吸收剂应均匀分散在胶液中。其次,采用大直径排气喷嘴,吸收剂以雾化状态沉积在纤维布上,移动速度均匀可控,从而保证吸收剂材料均匀分布在增强纤维布表面。
2.3工艺性分析
预浸片采用夹层对称结构设计,具有良好的层压工艺,消除了压制成型微波吸波材料前分层顺序过程中的方向选择。在本文描述的预浸料的制备过程中,吸收材料被胶水溶液渗透并分布在增强纤维织物的表面。如果直接作为预浸片用于铺设结构顺序,为了保证各功能层电磁参数对中间层厚度的设计要求,含吸收剂的预浸片在铺设过程中将具有正性能。负选择和无序排列会影响吸收层的阻抗参数。因此,采用夹层结构的预浸料制备工艺简化了铺设顺序过程,具有良好的加工性和可操作性。保证了材料的电磁性能,特别是纤维吸收剂。由于位于预浸片夹层内,在轧制,收布,切割,铺设过程中不会发生分离,掉落等物料损失,从而保证产品质量的可靠性。纤维布浸渍效果好。左右纤维布分别用胶辊3浸渍在其下表面。在压辊3的作用下,在纤维布上表面喷涂吸收胶。右侧的纤维布与左侧的纤维布上表面相结合,保证纤维布的纤维布上下表面浸胶,避免出现掉胶,掉胶的现象。
3  结语
TPU吸收剂复合材料是一种结构复合材料,由分散在特殊纤维(如玻璃纤维、碳纤维等)增强的结构材料中的吸收剂组成。它的典型特点是不仅可以携带,而且可以减少目标的雷达截面。TPU吸波材料具有吸收频带宽、设计强、吸收与吸收有机结合、重量增加小、避免表面涂层等优点。吸收复合结构可以兼顾承载功能和吸收功能,有利于实现新的吸收机构(如电路仿真)来扩展吸收频率,这是该结构的重要研究方向之一。各种吸收剂和树脂基质混合在结构复合吸收剂中。通过调整各层的电磁参数,将纳米材料独特的吸收特性与介电损耗,电阻损耗,磁损耗等多种损耗机制相结合,从而减小厚度,拓宽吸收带,降低密度,提高吸收体的吸收强度,仍需进一步研究。
 
 
参考文献
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