一种可雷达吸波红外抑制的复合材料及其制备方法技术

本申请属于复合材料增材制造技术领域，具体涉及一种可雷达吸波红外抑制的复合材料及其制备方法，该复合材料由内到外依次包括结构层、雷达吸波层和红外抑制层，结构层包括树脂基体线材和连续纤维，雷达吸波层包括纳米尺寸材料改性得到的第一改性树脂基体线材和连续纤维，红外抑制层包括低发射金属复合粒子改性得到的第二改性树脂基体线材、连续纤维和介质，本申请的复合材料具备雷达吸波/红外抑制功能，力学性能优异，可作为承力部件使用；本申请采用熔融共混改性结合增材制造技术制备结构一体化复合材料，各功能层之间均为本体结合、不存在界面分层，连续纤维增强复合材料轻量化效果明显，制备工艺简单、绿色环保、结构可靠性高。靠性高。靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种可雷达吸波红外抑制的复合材料及其制备方法


[0001]本申请属于复合材料增材制造
，具体涉及一种可雷达吸波红外抑制的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]隐身战斗机通常是指在电磁、可见光、红外、声学等方面难以探测或追踪的战斗机。通常，隐身战斗机通过在机身涂上一层高效吸收电波的物质，以使雷达无法进行追踪，然而该方法存在一定的不足。如美空军F
‑
22战斗机的隐身性能是在结构材料表面分别涂覆雷达吸波涂层和红外抑制涂层以实现隐身，虽具有很好的雷达和红外隐身功能，但是这种隐身涂层制备工艺繁琐、代价高，尤其因其结构和隐身材料采用分体式设计导致在服役过程中易出现涂层变质、大面积剥落等问题，维护难度及费用非常高，据有关报道，F22的涂层脱落后修补一次的成本高达百万美金以上。
[0003]通常，使用喷涂方法的基体材料为金属基体材料，金属基体材料的密度大，质量重；且金属基体和功能涂层两种不同材料的膨胀系数相差较大，金属基体和涂层之间存在界面效应，使功能涂层在金属基体表面的附着力下降，涂层在力学载荷、恶劣服役环境下也易失效剥落涂；使用功能涂层涂敷对基体材料表面质量要求非常高，如基体材料表面必须打磨粗糙以保证粗糙度，还需保证打磨后的基体表面清洁、无异物，其工艺流程非常复杂，且功能涂层中含有机挥发物质，对环境不友好；另外，传统涂层喷涂工艺多为人工喷涂，不仅人工成本高，且涂层均匀性控制较为困难。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供一种可雷达吸波红外抑制的复合材料及其制备方法，以解决现有技术中基体与涂层之间存在界面效应、涂层易剥落、涂层制备工艺复杂、涂层均匀性难以控制等技术问题。
[0005]第一个方面，本申请提供一种复合材料，由内到外依次包括结构层、雷达吸波层和红外抑制层，所述结构层包括树脂基体线材和连续纤维，所述雷达吸波层包括第一改性树脂基体线材和连续纤维，所述红外抑制层包括第二改性树脂基体线材、连续纤维和介质。
[0006]可选地，所述结构层中，连续纤维的占比为30wt％
‑
70wt％，优选为35wt％
‑
60wt％。
[0007]可选地，所述第一改性树脂基体线材包括树脂母粒和第一掺杂物质，所述第一掺杂物质包括短切玻璃纤维、短切碳纤维、短切石英纤维、多壁碳纳米管和铁氧体中的一种或多种。
[0008]需要说明的是，本申请中，短切是指长度≤25mm。
[0009]可选地，所述雷达吸波层中，连续纤维的占比为30wt％
‑
70wt％，优选为35wt％
‑
60wt％。
[0010]可选地，所述第一掺杂物质的占比为0.5wt％
‑
8wt％，优选为1wt％
‑
8wt％。
[0011]可选地，所述第一掺杂物质直径≤100nm，优选为≤50nm。
[0012]可选地，所述第二改性树脂基体线材包括树脂母粒和第二掺杂物质，所述第二掺杂物质包括Al
‑
ATO复合粒子、Al
‑
CeO2复合粒子和Al
‑
Bi2O3复合粒子中的一种或几种，其中，Al为片状结构。
[0013]可选地，所述红外抑制层中，连续纤维的占比为30wt％
‑
70wt％，优选为35wt％
‑
60wt％。
[0014]可选地，所述介质为石墨烯、多层石墨和碳纳米管中的一种或多种。
[0015]可选地，所述介质的直径≤50nm，优选为≤10nm。
[0016]可选地，所述Al
‑
ATO复合粒子中，Al的占比为15wt％
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40wt％，优选20wt％
‑
40wt％。
[0017]可选地，所述Al
‑
CeO2复合粒子中，Al的占比为15wt％
‑
40wt％，优选20wt％
‑
40wt％。
[0018]可选地，所述Al
‑
Bi2O3复合粒子中，Al的占比为15wt％
‑
40wt％，优选20wt％
‑
40wt％。
[0019]可选地，所述第二改性树脂基体线材中，介质的占比为0.5wt％
‑
3wt％，优选为1wt％
‑
3wt％。
[0020]可选地，所述第二改性树脂基体线材中，第二掺杂物质的占比为0.5wt％
‑
8wt％，优选为1wt％
‑
8wt％。
[0021]可选地，所述树脂母粒包括但不限于聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚醚醚酮(PEEK)中的一种或几种。
[0022]可选地，所述连续纤维包括但不限于连续玻璃纤维、连续玄武岩纤维、连续碳纤维和连续芳纶纤维中的一种或几种。
[0023]可选地，所述结构层、雷达吸波层和红外抑制层的厚度比为5.5
‑
6.5：2.5
‑
3.5：0.5
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1.5，优选为6
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6.5：3
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3.5：1
‑
1.5。
[0024]可选地，所述树脂基体线材和/或第一改性树脂基体线材和/或第二改性树脂基体线材的直径为0.5
‑
2cm，优选为1
‑
2cm。
[0025]第二个方面，本申请提供如上所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1.树脂母粒干燥；
[0027]S2.树脂母粒掺杂改性：将干燥后树脂母粒分别与第一掺杂物质和第二掺杂物质于螺杆挤出机中进行熔融挤出掺杂改性，得到第一改性树脂基体线材和第二改性树脂基体线材；
[0028]S3.结构层制备：将树脂基体线材和连续纤维熔融于螺杆挤出机中共混后挤出、打印，得到结构层；
[0029]S4.雷达吸波层制备：在结构层上制备雷达吸波层，将第一改性树脂基体线材和连续纤维熔融共混后挤出、打印，得到雷达吸波层；
[0030]S5.红外抑制层制备：在雷达吸波层上制备红外抑制层，将第二改性树脂基体线材和连续纤维进行熔融共混后挤出、打印，得到所述复合材料。
[0031]可选地，步骤S1中，所述干燥的温度为60
‑
80℃，优选为65
‑
80℃；干燥的真空度为
0.03
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0.1MPa，优选为0.05
‑
1MPa；干燥的时间为1.5
‑
2.5h，优选为2
‑
2.5h。
[0032]可选地，步骤S2中，所述螺杆挤出机的长径比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，由内到外依次包括结构层、雷达吸波层和红外抑制层，所述结构层包括树脂基体线材和连续纤维，所述雷达吸波层包括第一改性树脂基体线材和连续纤维，所述红外抑制层包括第二改性树脂基体线材、连续纤维和介质。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述结构层中，连续纤维的占比为30wt％
‑
70wt％；和/或，所述第一改性树脂基体线材包括树脂母粒和第一掺杂物质，所述第一掺杂物质包括短切玻璃纤维、短切碳纤维、短切石英纤维、多壁碳纳米管和铁氧体中的一种或多种；和/或，所述雷达吸波层中，连续纤维的占比为30wt％
‑
70wt％。3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述第一掺杂物质的占比为0.5wt％
‑
8wt％。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述第二改性树脂基体线材包括树脂母粒和第二掺杂物质，所述第二掺杂物质包括Al
‑
ATO复合粒子、Al
‑
CeO2复合粒子和Al
‑
Bi2O3复合粒子中的一种或几种，其中，Al为片状结构；和/或，所述红外抑制层中，连续纤维的占比为30wt％
‑
70wt％；和/或，所述介质为石墨烯、多层石墨和碳纳米管中的一种或多种；和/或，所述介质的尺寸≤50nm；和/或，所述第二改性树脂基体线材中，介质的占比为0.5wt％
‑
3wt％；和/或，所述第二改性树脂基体线材中，第二掺杂物质的占比为0.5wt％
‑
8wt％。5.根据权利要求2或4所述的复合材料，其特征在于，所述树脂母粒包括聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚醚醚酮中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述连续纤维包括连续玻璃纤维、连续玄武岩纤维、连续碳纤维和连续芳纶纤维中的一种或几种；和/或，所述结构层、雷达吸波层和红外抑制层的厚度比为5.5
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6.5：2.5
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3.5：0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：聂祥樊，杨文元，胡磊，何卫锋，张鑫，李阳，王亚洲，成莹，李玉福，
申请(专利权)人：重庆交通大学绿色航空技术研究院，
类型：发明
国别省市：