專利名稱：吸波型pmi泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，具體地說是一種吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在結(jié)構(gòu)吸波材料的研制方面，以美國(guó)和日本的技術(shù)最為先進(jìn)，特別是在復(fù)合材料、 碳纖維等領(lǐng)域，日本的技術(shù)實(shí)力尤為突出，此外英國(guó)Plessey公司也是該領(lǐng)域的主要研究機(jī)構(gòu)之一。對(duì)于結(jié)構(gòu)型吸波材料的研究方面，國(guó)外主要集中在將熱塑性PEEK、PEK、PPS等制成單絲或復(fù)絲與碳纖維、陶瓷纖維等混雜編織成復(fù)合材料織物和異形截面碳纖維方面； 在吸波材料的結(jié)構(gòu)(RAS)的研究方面，關(guān)注較多的是泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。泡沫結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料不僅對(duì)電磁波以及紅外線有很好的吸收作用，而且還具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、吸聲減震等特點(diǎn)，在隱身復(fù)合材料中具有廣闊的應(yīng)用前景。夾芯型結(jié)構(gòu)吸波材料的面板和底板采用透波性能較好的復(fù)合材料，芯材部分多采用泡沫材料，如聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-苯乙烯(SAN)和聚醚酰亞胺(PEI)等。泡沫夾芯型材料的制備方法通常有兩種一是在熱塑性或熱固性樹脂(如環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂等)中加入吸波劑混合均勻后，涂覆在纖維(碳纖維、玻璃纖維、石英纖維、芳綸纖維等)表面形成預(yù)浸料，最后與泡沫夾芯共固化形成復(fù)合隱身材料。另一種是將吸波劑涂敷或浸漬到泡沫中，制備具有吸波性能的泡沫夾芯，然后與纖維(碳纖維、玻璃纖維等)/樹脂預(yù)浸料共固化形成泡沫夾芯型復(fù)合隱身材料。泡沫夾層結(jié)構(gòu)的吸波劑含量比層板結(jié)構(gòu)吸波材料低。低含量的吸波劑能改善成型的工藝性，提高體系層間的力學(xué)性能。泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的剛度較高，能有效避免形變的問題。沫夾層結(jié)構(gòu)中的泡沫芯層便于加工，能制成曲率復(fù)雜的芯體，且泡沫的力學(xué)性能為各向同性，避免了蜂窩測(cè)向不能加壓的弱點(diǎn)。聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫是一種交聯(lián)的、孔徑分布均勻、各向同性的 100%閉孔硬質(zhì)結(jié)構(gòu)泡沫，具有卓越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高機(jī)械強(qiáng)度，是目前比強(qiáng)度和比剛度最高的聚合物硬質(zhì)泡沫材料。PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有比其它泡沫夾芯結(jié)構(gòu)材料更好的力學(xué)性能和耐熱性，吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可以應(yīng)用在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域中主要應(yīng)用于隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇等，在民用領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于高層建筑、醫(yī)療器械、電子信息等方面。泡沫夾芯結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料以先進(jìn)復(fù)合材料為載體，將吸波材料與泡沫夾芯材料有機(jī)結(jié)合起來，是一種兼具承載和吸波雙重功能的新型吸波材料。通過設(shè)計(jì)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)型吸波復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)吸波材料薄、輕、寬的要求，在工程應(yīng)用中具有廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合材料有效改善了材料的吸波性能，力學(xué)性能好，可以應(yīng)用在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域中主要應(yīng)用于隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇等，在民用領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于高層建筑、醫(yī)療器械、電子信息等方面。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料包括PMI泡沫、上蒙皮和下蒙皮，PMI泡沫設(shè)置在上蒙皮和下蒙皮之間；所述上蒙皮和下蒙皮為透波性能強(qiáng)的玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂；所述PMI泡沫以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈為共聚單體，加入引發(fā)劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、吸波劑、密度控制劑以及成核劑得到共聚物樹脂基體，并經(jīng)過高溫發(fā)泡和熱處理得到；其中各組份的重量份配比為 甲基丙烯酸40-60份
甲基丙烯腈40-60份
引發(fā)劑0.1-0. 6份
發(fā)泡劑1-16份
交聯(lián)劑1-12份
吸波劑1-40份
密度控制劑0.1-3份。本發(fā)明中，所述引發(fā)劑為過氧化辛酸叔丁酯或過苯甲酸叔丁酯；所述發(fā)泡劑為 N, N- 二甲基脲或異丁醇；所述交聯(lián)劑為丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二丙烯酸或二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述密度控制劑為馬來酰亞胺；所述吸波劑為二氧化錳或石墨。在上蒙皮內(nèi)設(shè)有上吸波劑，上吸波劑為占上蒙皮總質(zhì)量2%-30%的二氧化錳；在下蒙皮內(nèi)設(shè)有下吸波劑，下皮吸波劑為占下蒙皮總質(zhì)量10%-40%的石墨。一種上述吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟
1)制備吸波型PMI泡沫材料
(11)將甲基丙烯酸40-60份、甲基丙烯腈40-60份混合，加入引發(fā)劑0.1-0. 6份、發(fā)泡劑1-16份、交聯(lián)劑1-12份、吸波劑1-40份、密度控制劑0. 1-3份，混合均勻得到溶液；
(12)將得到的溶液注入由橡膠條密封好的兩塊平行玻璃內(nèi)，在30°C-90°C水浴溫度條件下聚合反應(yīng)10-70小時(shí)，形成泡沫前軀體共聚板；
(13)將泡沫前軀體共聚板放置在800C -180 °C條件下預(yù)熱2-10小時(shí)，再經(jīng) 1800C _230°C條件下發(fā)泡10min-200min，得到吸波型PMI泡沫；
(14)將制得的PMI泡沫在100°C_200°C條件下熱處理1_5小時(shí)，得到吸波型PMI泡沫材料；
2)制備上蒙皮和下蒙皮
(21)將玻璃纖維方格布裁剪成規(guī)定大小，在烘箱中烘干，稱重；在光滑平整的模具上鋪設(shè)脫模紙；
(22)樹脂膠液配置按照要求稱量吸波劑，上蒙皮吸波劑為二氧化錳，所占質(zhì)量比 2%-30% ；下蒙皮吸波劑為石墨，所占質(zhì)量比10%-40% ；將吸波劑與乙烯基酯樹脂混合并攪拌均勻，即可浸漬玻璃纖維方格布；
(23)成型首先是下蒙皮的制作，用已配好的樹脂膠液浸漬玻璃纖維布，然后將下表面涂有樹脂的吸波型PMI泡沫材料板放在上面，用平板壓實(shí)得到下蒙皮；在吸波型PMI泡沫材料板上表面涂覆樹脂，用同樣方法制作上蒙皮；
(24)固化固化條件為室溫條件下固化6-50 h，脫模后放在50-130°C下后固化2-12 h;將制品裁剪成所需的尺寸。所述的吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇、高層建筑、醫(yī)療器械、電子信息方面應(yīng)用?？梢詰?yīng)用在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域中主要應(yīng)用于隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇等，在民用領(lǐng)域中，主要應(yīng)用于高層建筑、醫(yī)療器械、 電子信息等方面。本發(fā)明以PMI泡沫作夾芯材料，面蒙皮選用透波性能較好的玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂，吸波劑采用成本較低的二氧化錳和石墨，上下面蒙皮選用不同的吸波劑，其中二氧化錳作為表層吸波劑，改善上表面材料與自由空間的阻抗匹配，石墨作為底層吸波劑，增強(qiáng)底層材料對(duì)電磁波的反射。上蒙皮吸波劑為二氧化錳，所占質(zhì)量比2%-30%。下蒙皮吸波劑為石墨，所占質(zhì)量比10%_40%。制備結(jié)構(gòu)為匹配層+吸收層+反射層的復(fù)合材料。通過手糊、真空袋、熱壓罐等工藝制備吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的吸波型PMI沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料有效改善了材料的吸波性能。力學(xué)性能好，可以應(yīng)用在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明中吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制備方法流程圖。圖3是對(duì)比樣無泡沫夾芯復(fù)合材料的吸波曲線圖。圖4吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的吸波曲線。
具體實(shí)施例方式
一種吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括PMI泡沫1、上蒙皮2和下蒙皮3，PMI泡沫1設(shè)置在上蒙皮2和下蒙皮3之間；上蒙皮2和下蒙皮3為透波性能強(qiáng)的玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂；PMI泡沫1以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈為共聚單體，加入引發(fā)劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、吸波劑、密度控制劑以及成核劑得到共聚物樹脂基體，并經(jīng)過高溫發(fā)泡和熱處理得到；其中各組份的重量份配比為甲基丙烯酸50份、甲基丙烯腈50份、過氧化辛酸叔丁酯0. 3份、N，N- 二甲基脲12份、甲基丙烯酸烯丙酯5. 2份、二氧化錳7. 2份、石墨 14. 4份、馬來酰亞胺1.3份。引發(fā)劑為過氧化辛酸叔丁酯；發(fā)泡劑為N，N_ 二甲基脲；交聯(lián)劑為甲基丙烯酸烯丙酯；密度控制劑為馬來酰亞胺；吸波劑為二氧化錳或石墨。在上蒙皮內(nèi)設(shè)有上吸波劑，上吸波劑為占上蒙皮總質(zhì)量13%的二氧化錳；在下蒙皮內(nèi)設(shè)有下吸波劑，下皮吸波劑為占下蒙皮總質(zhì)量30%的石墨。PMI泡沫的制備，配方重量比分如下甲基丙烯酸50份、甲基丙烯腈50份、過氧化辛酸叔丁酯0. 3份、N，N- 二甲基脲12份、甲基丙烯酸烯丙酯5. 2份、二氧化錳7. 2份、石墨 14. 4份、馬來酰亞胺1.3份。將甲基丙烯酸、甲基丙烯腈混合，加入引發(fā)劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、吸波劑、密度控制劑，混合均勻得到溶液；將得到的溶液注入由橡膠條密封好的兩塊平行玻璃內(nèi)，在45°C 水浴溫度條件下聚合反應(yīng)50小時(shí)，形成泡沫前軀體共聚板；將泡沫前軀體共聚板放置在150°C條件下預(yù)熱3小時(shí)，再經(jīng)200°C條件下發(fā)泡150min，得到吸波型PMI泡沫；將制得的 PMI泡沫在150°C條件下熱處理2小時(shí)，得到吸波型PMI泡沫材料。吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備，采用手糊工藝成型。材料準(zhǔn)備將玻璃纖維方格布裁剪成250mmX250mm大小，在110°C烘箱中烘干，稱重；模具準(zhǔn)備，在光滑平整的模具上鋪設(shè)脫模紙。樹脂膠液配置按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案稱量吸波劑，與乙烯基酯樹脂混合并攪拌均勻， 即可浸漬玻璃纖維方格布。實(shí)驗(yàn)中試樣的上下蒙皮樹脂膠液成分不同，上蒙皮吸波劑采用二氧化錳，添加量為13% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，下蒙皮吸收液為石墨，添加量為30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。成型首先是下表面蒙皮的制作，用已配好的樹脂膠液浸漬玻璃纖維布，然后將下表面涂有樹脂的PMI泡沫板放在上面，用平板壓實(shí)幾分鐘后，在泡沫板上表面涂覆上層蒙皮用樹脂，用同樣方法制作上蒙皮，成型完畢后，鋪上聚酯薄膜、排出氣泡，再用平板壓實(shí)。固化固化條件為室溫條件下固化20 h，脫模后放在80°C下后固化12 h。將制品裁剪成測(cè)試所需的尺寸。制備的吸波型PMI泡沫夾芯復(fù)合材料整體厚度為15. 8mm, PMI泡沫芯材11mm。制備對(duì)比樣，即無泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備，采用手糊工藝成型。制備無泡沫夾芯復(fù)合材料作為泡沫夾芯復(fù)合材料的對(duì)比試樣。其成型方法與吸波型PMI泡沫夾芯復(fù)合材料的制備方法類似，按樹脂成分不同分兩次配比及浸涂玻璃纖維，不同之處在于無泡沫芯材，固化條件同上。實(shí)驗(yàn)制備的無泡沫夾芯復(fù)合材料的厚度為 4. 8mm。吸波性能的測(cè)試。試樣的吸波性能測(cè)試采用N5230型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測(cè)試頻段為8 18 GHz0測(cè)試樣品規(guī)格180mmX180mm。圖3是對(duì)比樣無泡沫夾芯復(fù)合材料的吸波曲線圖。圖4吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的吸波曲線。從圖3可以看出，在8-18 GHz頻率范圍內(nèi)，無泡沫夾芯復(fù)合材料的最大反射率在為-13. 4 dB，吸波性能不明顯。但在復(fù)合材料中加入吸波型PMI泡沫夾芯層后，其吸波性能明顯增強(qiáng)，如圖4所示，吸波型PMI泡沫夾芯復(fù)合材料的最大反射率在13.8 GHz處達(dá)到-46. 9dB。證明在復(fù)合材料中加入吸波型PMI泡沫夾芯層能有效提高復(fù)合材料的吸波性能。將本發(fā)明得到的吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)用在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。 可以在軍事領(lǐng)域中主要應(yīng)用于隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇等。在民用領(lǐng)域中主要應(yīng)用于高層建筑、醫(yī)療器械、電子信息等方面。
權(quán)利要求
1.一種吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料包括PMI泡沫(1)、上蒙皮(2)和下蒙皮(3)，PMI泡沫(1)設(shè)置在上蒙皮(2)和下蒙皮(3)之間；所述上蒙皮(2)和下蒙皮(3)為透波性能強(qiáng)的玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂；所述PMI泡沫(1)以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈為共聚單體，加入引發(fā)劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、吸波劑、密度控制劑以及成核劑得到共聚物樹脂基體，并經(jīng)過高溫發(fā)泡和熱處理得到；其中各組份的重量份配比為甲基丙烯酸40-60份甲基丙烯腈40-60份引發(fā)劑0.1-0. 6份發(fā)泡劑1-16份交聯(lián)劑1-12份吸波劑1-40份密度控制劑0.1-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于所述引發(fā)劑為過氧化辛酸叔丁酯或過苯甲酸叔丁酯；所述發(fā)泡劑為N，N- 二甲基脲或異丁醇；所述交聯(lián)劑為丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二丙烯酸或二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述密度控制劑為馬來酰亞胺；所述吸波劑為二氧化錳或石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于在上蒙皮(2)內(nèi)設(shè)有上吸波劑，上吸波劑為占上蒙皮(2)總質(zhì)量2%-30%的二氧化錳；在下蒙皮(3)內(nèi)設(shè)有下吸波劑，下皮吸波劑為占下蒙皮(3)總質(zhì)量10%-40%的石墨。
4.一種權(quán)利要求1所述吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)制備吸波型PMI泡沫材料(11)將甲基丙烯酸40-60份、甲基丙烯腈40-60份混合，加入引發(fā)劑0.1-0. 6份、發(fā)泡劑1-16份、交聯(lián)劑1-12份、吸波劑1-40份、密度控制劑0. 1-3份，混合均勻得到溶液；(12)將得到的溶液注入由橡膠條密封好的兩塊平行玻璃內(nèi)，在30°C-90°C水浴溫度條件下聚合反應(yīng)10-70小時(shí)，形成泡沫前軀體共聚板；(13)將泡沫前軀體共聚板放置在800C -180 °C條件下預(yù)熱2-10小時(shí)，再經(jīng) 1800C _230°C條件下發(fā)泡10min-200min，得到吸波型PMI泡沫；(14)將制得的PMI泡沫在100°C_200°C條件下熱處理1_5小時(shí)，得到吸波型PMI泡沫材料；2)制備上蒙皮和下蒙皮(21)將玻璃纖維方格布裁剪成規(guī)定大小，在烘箱中烘干，稱重；在光滑平整的模具上鋪設(shè)脫模紙；(22)樹脂膠液配置按照要求稱量吸波劑，上蒙皮吸波劑為二氧化錳，所占質(zhì)量比 2%-30% ；下蒙皮吸波劑為石墨，所占質(zhì)量比10%-40% ；將吸波劑與乙烯基酯樹脂混合并攪拌均勻，即可浸漬玻璃纖維方格布；(23 )成型首先是下蒙皮的制作，用已配好的樹脂膠液浸漬玻璃纖維布，然后將下表面涂有樹脂的吸波型PMI泡沫材料板放在上面，用平板壓實(shí)得到下蒙皮；在吸波型PMI泡沫材料板上表面涂覆樹脂，用同樣方法制作上蒙皮；(24)固化固化條件為室溫條件下固化6-50 h，脫模后放在50-130°C下后固化2-12 h;將制品裁剪成所需的尺寸。
5. 一種權(quán)利要求1所述的吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇、高層建筑、醫(yī)療器械、電子信息方面應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸波型PMI泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。PMI泡沫以甲基丙烯酸和甲基丙烯腈為共聚單體，加入引發(fā)劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、吸波劑、密度控制劑得到共聚物樹脂基體，再經(jīng)過高溫發(fā)泡和熱處理制得PMI泡沫。面蒙皮選用透波性能較好的玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂，二氧化錳作為表層吸波劑，改善上表面材料與自由空間的阻抗匹配，石墨作為底層吸波劑，增強(qiáng)底層材料對(duì)電磁波的反射。本發(fā)明可以應(yīng)用在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B32B17/10GK102529229SQ2010105979
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者阮詩平, 魯平才 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江育達(dá)復(fù)合材料有限公司