【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空装备设计及制造领域，具体涉及一种具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构及其制备方法。
技术介绍
1、吸波复合材料夹层结构广泛用于低可探测飞行器蒙皮，兼具优异的承载-隐身特性，保证飞行器在复杂的电磁环境中的生存能力。在实际的服役工况下，鸟撞、雷击、平流层冰粒撞击、飞机降落过程中石子等物体冲击造成的低速或高速冲击损伤导致吸波复合材料夹层结构出现面板损伤、芯材损伤及穿透性损伤三类典型损伤模式。损伤区域附近，雷达波会产生复杂的反射和散射行为，易被雷达识别，降低可探测飞行器在复杂电磁环境中的生存能力。因此，提出一种兼具优秀电磁波吸收性能和电磁损伤容限的复合材料夹层结构可拓展制备方法对提升飞行器可维护性和在复杂电磁环境中的生存能力至关重要。
2、针对上述提出的吸波性能与电磁损伤容限协同设计工程实际问题，在已公开发表的学术论文中，国防科技大学邢素丽课题组针对吸波复合材料层合结构提出了一种梯度吸-透-吸叠层设计策略，实现了在6-18ghz频段内穿孔损伤占比＜20%时电磁波能量的有效吸收（compos commun 2024;46:101838）。该课题组针对吸波蜂窝夹层结构提出了一种多谐振峰分散式构筑设计策略，实现了4-18ghz频段内穿孔损伤占比＜18%时电磁波能量的有效吸收（compos struct 2023;325:117581）。当前存在的问题是：1）当前设计理念或设计方案的提出来源于工程经验、大量仿真或推测，限制了电磁损伤容限的设计空间，缺乏一种可拓展的结构设计理念指导工业生产；2）在研究对象层面上，只考虑
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种宽频、耐结构损伤的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构及其制备方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
3、一种具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、制备3d打印丝材：将介电型吸收剂填料与第一树脂混合、造粒、拉丝，得到含介电型吸收剂的3d打印丝材，使所述含介电型吸收剂的3d打印丝材的电磁谐振覆盖4ghz～8ghz频段；将第一磁性吸收剂填料与第二树脂混合、造粒、拉丝，得到含第一磁性吸收剂的3d打印丝材，使所述含第一磁性吸收剂的3d打印丝材的电磁谐振覆盖8ghz～18ghz频段；将第二磁性吸收剂填料与第三树脂混合、造粒、拉丝，得到含第二磁性吸收剂的3d打印丝材，使所述含第二磁性吸收剂的3d打印丝材的电磁谐振覆盖2ghz～4ghz频段；
5、s2、设计导通-耗散型骨架单元：通过以下式（ⅰ）设计出导通-耗散型骨架单元，
6、（ⅰ）
7、其中， l的取值为8mm～15mm，c的取值为0.35～0.7； l代表骨架单元在x、y、z方向的投影尺寸，也是芯层的厚度， c决定了骨架单元的占空比，将骨架单元的占空比控制在20%～40%之间。
8、s3、制备夹层结构芯层：准备多料仓3d打印设备，在不同料仓中分别加入所述含介电型吸收剂的3d打印丝材、所述含第一磁性吸收剂的3d打印丝材、所述含第二磁性吸收剂的3d打印丝材、所述含第一磁性吸收剂的3d打印丝材，建立3d打印单元模型，所述3d打印单元模型是由所述导通-耗散型骨架单元以及自上而下分布于所述导通-耗散型骨架单元外的第一磁性损耗层、第二磁性损耗层、第三磁性损耗层构成，使用三维建模软件将所述3d打印单元模型阵列化，形成夹层结构芯层模型，进行3d打印，其中所述导通-耗散型骨架单元对应于所述含介电型吸收剂的3d打印丝材的料仓，所述第一磁性损耗层对应于其中一个所述含第一磁性吸收剂的3d打印丝材的料仓，所述第二磁性损耗层对应于所述含第二磁性吸收剂的3d打印丝材的料仓，所述第三磁性损耗层对应于另一个所述含第一磁性吸收剂的3d打印丝材的料仓，3d打印完成后，得到夹层结构芯层；
9、s4、制备复合材料夹层结构：以含玻璃纤维的树脂基复合材料板作为上面板，以含第二磁性吸收剂的树脂基复合材料板作为下面板，所述含第二磁性吸收剂的树脂基复合材料板的电磁谐振覆盖2ghz～4ghz频段，将所述上面板、所述夹层结构芯层、所述下面板进行胶结、固化，得到具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构。
10、上述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，优选的，步骤s1中，所述介电型吸收剂填料的质量为所述介电型吸收剂填料与第一树脂的总质量的7%～20%，所述第一磁性吸收剂填料的质量为所述第一磁性吸收剂填料与第二树脂的总质量的30%～45%，所述第二磁性吸收剂填料的质量为所述第二磁性吸收剂填料与第三树脂的总质量的50%～60%。
11、上述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，优选的，步骤s3中，所述第一磁性损耗层的厚度为3mm～5mm，所述第二磁性损耗层的厚度为2mm～4mm，所述第三磁性损耗层的厚度为2mm～3mm。
12、上述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，优选的，步骤s1中，所述介电型吸收剂填料包括短切碳纤维、碳纳米管、石墨烯和炭黑中的一种或多种，所述短切碳纤维的平均长度为0.5mm～1.5mm，所述碳纳米管的外径为40nm～60nm，所述石墨烯的粒度为40nm～60nm，所述炭黑的粒度为40nm～60nm；所述第一树脂包括聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；所述第一磁性吸收剂填料包括羰基铁、铁氧体、铁钴合金和铁镍合金中的一种或多种，所述第一磁性吸收剂填料的颗粒粒径为10μm～50μm，所述第二树脂包括聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；所述第二磁性吸收剂填料包括羰基铁、铁氧体、铁钴合金和铁镍合金中的一种或多种，所述第二磁性吸收剂填料的颗粒粒径为10μm～50μm，所述第三树脂包括聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
13、上述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，优选的，步骤s4中，所述含玻璃纤维的树脂基复合材料板中，所述玻璃纤维的体积分数为35%～45%，树脂包括环氧树脂、聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；所述含第二磁性吸收剂的树脂基复合材料板中，所述第二磁性吸收剂的质量分数为50%～60%，树脂包括聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
14、上述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，优选的，步骤s4中，所述上面板的厚度为1mm～1.5mm，所述下面板的厚度为1mm～2mm。
15、上述的具备电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述介电型吸收剂填料的质量为所述介电型吸收剂填料与第一树脂的总质量的7%～20%，所述第一磁性吸收剂填料的质量为所述第一磁性吸收剂填料与第二树脂的总质量的30%～45%，所述第二磁性吸收剂填料的质量为所述第二磁性吸收剂填料与第三树脂的总质量的50%～60%。
3.根据权利要求1所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述第一磁性损耗层（5）的厚度为3mm～5mm，所述第二磁性损耗层（6）的厚度为2mm～4mm，所述第三磁性损耗层（7）的厚度为2mm～3mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述介电型吸收剂填料包括短切碳纤维、碳纳米管、石墨烯和炭黑中的一种或多种，所述短切碳纤维的平均长度为0.5mm～1.5mm，所述碳纳米管的外径为40nm～60nm，所述石墨烯的
5.根据权利要求1～3中任一项所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述含玻璃纤维的树脂基复合材料板中，所述玻璃纤维的体积分数为35%～45%，树脂包括环氧树脂、聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；所述含第二磁性吸收剂的树脂基复合材料板中，所述第二磁性吸收剂的质量分数为50%～60%，树脂包括聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述上面板（2）的厚度为1mm～1.5mm，所述下面板（3）的厚度为1mm～2mm。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述胶结采用环氧树脂E51胶膜实施，所述固化的温度为80℃～120℃，固化过程中压力控制在0.1MPa～0.15MPa，所述固化的时间为1h～2h。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法制得的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构。
...【技术特征摘要】
1.一种具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述介电型吸收剂填料的质量为所述介电型吸收剂填料与第一树脂的总质量的7%～20%，所述第一磁性吸收剂填料的质量为所述第一磁性吸收剂填料与第二树脂的总质量的30%～45%，所述第二磁性吸收剂填料的质量为所述第二磁性吸收剂填料与第三树脂的总质量的50%～60%。
3.根据权利要求1所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述第一磁性损耗层（5）的厚度为3mm～5mm，所述第二磁性损耗层（6）的厚度为2mm～4mm，所述第三磁性损耗层（7）的厚度为2mm～3mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的具备电磁损伤容限的复合材料夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述介电型吸收剂填料包括短切碳纤维、碳纳米管、石墨烯和炭黑中的一种或多种，所述短切碳纤维的平均长度为0.5mm～1.5mm，所述碳纳米管的外径为40nm～60nm，所述石墨烯的粒度为40nm～60nm，所述炭黑的粒度为40nm～60nm；所述第一树脂包括聚酰胺树脂、聚乳酸树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种；所述第一磁性吸收剂填料包括羰基铁、铁氧体、铁钴合金和铁镍合金中的一种或多种，所述第一磁性吸收剂填料的颗粒粒径为10μm～50μm，所述第二树脂包括聚酰胺树脂、聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鉴炜，赵一鸣，张雨林，邢素丽，贺雍律，段科，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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