【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于吸波材料，涉及一种变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构及其一体化制备方法。
技术介绍
1、随着雷达探测技术的发展，武器装备被跟踪、摧毁的风险越来越大。为此，大量采用兼具承载与吸波功能的夹层吸波结构，以实现武器装备的隐身，已经成为提升其战场突防能力和战斗力的重要途径。目前常见的夹层吸波结构有蜂窝结构、金字塔结构、波纹结构等。其中蜂窝结构相比其他结构的重量轻，强度、刚度高，设计性强等优势，广泛应用于战斗机机翼，尾翼等部位。传统蜂窝夹层吸波结构多采用分体式方法制造，将浸渍或喷涂吸波剂浆料的规则六边形蜂窝芯子与两侧复材面板胶接成形。但对传统规则六边形蜂窝芯子进行性能优化时，调节手段较少，吸波性能提升比较有限，且该制造方法容易导致夹层结构的芯板界面结合强度不足，阻碍此类结构的工程应用。
2、针对以上问题，专利号cn 116864998 a的中国专利公开了一种非整数维度蜂窝吸波结构，在普通蜂窝的基础上加上非整数维度形式的镂空结构设计，拓宽了吸收频带；专利号cn 116141804 a的中国专利公开了一种基于蜂窝横向结构的吸波夹芯复合材料及其制备方法，将传统蜂窝结构改为横向结构，提高了相对于入射电磁波的有效厚度，实现了吸收频带的拓宽。然而，cn 116141804 a所涉及的芯子结构需使用模具，并经热压工艺成型。这种方法不仅严重依赖模具，且制备过程繁琐、耗时长，无法制造具有复杂结构的芯子，且采用分体式方法将芯板粘接在一起，极易出现芯板开裂等问题。
3、因此，面向复杂夹层吸波结构的宽吸收频带的吸波要求、以及高强度
技术实现思路
1、针对传统规则蜂窝芯子结构吸波性能提升有限、传统芯板结合界面连接强度不稳定和复杂结构无法快速制造等问题，本专利技术提供了一种具有强吸波能力的蜂窝夹层结构和新颖的板-芯-板一体化制造方法。首先提出了一种变壁厚蜂窝芯子结构，通过蜂窝芯子结构的变壁厚设计增加电磁波反射次数，从而提高电磁波吸收性能；此外，提出了一种由同种基体复合材料组合的板-芯-板结构及其一体化整体打印的制造方法，并通过热源-压力辅助方式进一步提升板-芯-板连接界面的结合强度，有效提升了夹层吸波结构的整体承载性能，最终能够实现复杂夹层吸波结构的整体快速一体化成形制造。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，包括上层透波层、中间吸波层以及下层反射层，整体结构基于3d打印方式一体化成形。
4、所述中间吸波层由阵列排布的若干单胞芯子组成，单胞芯子横截面的形状为正四边形、正五边形、正六边形或圆形等，根据需求更改构型。
5、所述单胞芯子竖直方向由上到下壁厚均匀增大，其竖直高度h需满足5≤h≤25mm，单胞芯子竖直高度方向的最小壁厚b满足0.5mm≤b≤2mm。
6、所述单胞芯子的横截面最大外切圆直径为d，最小外切圆直径为d；为使电磁波进入结构内被吸收，最小外切圆直径d大于所测波段最高频率f2波长的1/10，同时考虑到整体结构的承载性能，最小外切圆直径d不超过最小壁厚b的5倍(即c/10f2≤d≤5b，单位mm，c为波速)。同理，最大外切圆直径d大于所测波段最低频率f1波长的1/10，不超过最小壁厚b的10倍(即c/10f1≤d≤10b，单位mm，c为波速)。
7、所述上层透波主要由低介电常数连续纤维和高性能树脂组成的复合材料制成，低介电常数连续纤维占上层透波层质量的50wt.％。其中，低介电常数连续纤维包括但不限于玻璃纤维、芳纶纤维，高性能树脂基体包括但不限于pa、pps、pi。
8、所述下层反射层主要由具有导电性连续纤维和高性能树脂组成的复合材料制成，具有导电性连续纤维占下层反射层质量的50wt.％。其中，具有导电性连续纤维包括但不限于碳纤维、kevlar纤维，高性能树脂基体包括但不限于pa、pps、pi。
9、所述中间吸波层主要由磁损耗材料、电损耗吸波剂和高性能树脂复合而成，磁损耗材料所占质量分数范围为5wt.％-30wt.％，电损耗吸波剂所占质量分数为2wt.％-15wt.％。其中磁损耗型材料包括但不限于铁氧体，四氧化三铁等金属粉末，电损耗吸波剂包括但不限于碳纳米管，石墨等材料，高性能树脂包括但不限于pa、pps、pi。
10、一种变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构的一体化制备方法，包括以下步骤：
11、(1)选用具有导电性连续纤维和高性能树脂经制丝机熔融浸渍，得到连续导电性纤维预浸丝；利用连续导电性纤维预浸丝3d打印制备下层反射层，打印层数为5-10层，打印路径为z字形，正交形或0°，45°，90°，135°方向依次循环层层堆叠；
12、(2)将磁损耗材料、电损耗吸波剂和高性能树脂按比例进行混合，经双螺杆混料机及单螺杆挤出机作用后得到吸波线材，用吸波线材采用3d打印技术制备吸波层，打印路径具体的结构由切片软件生成；
13、(3)选用低介电常数连续纤维和高性能树脂经制丝机熔融浸渍，得到连续低介电常数纤维预浸丝；利用连续低介电常数纤维预浸丝3d打印制备透波层，打印层数为10-15层，打印路径为z字形或正交形；
14、(4)将步骤(1)、(2)、(3)得到的三种线材放入3d打印设备中，基于步骤(1)、(2)、(3)得到的打印路径代码，首先在打印平台按照步骤(1)的路径完成下层反射层的打印；
15、(5)切换材料，在下层反射层基础上完成中间吸波层的打印；在打印喷嘴附近施加热源，保证喷嘴附近材料的温度在高性能树脂的熔点，同时在喷嘴挤出的材料后施加压力，保证中间吸波层同下层反射层的粘接强度；
16、(6)再次切换材料，在中间吸波层上按照步骤(3)完成上层透波层的打印，打印过程中在打印喷嘴附近施加热源，保证喷嘴附近材料的温度在高性能树脂的熔点，同时在喷嘴挤出的材料后施加压力，保证上层透射层同中间吸波层的粘接强度。
17、本专利技术的有益效果：相较传统蜂窝结构，本专利技术提出的变壁厚蜂窝结构将垂直的蜂窝壁改为具有斜度的蜂窝壁，有效反射面积增大，电磁波在结构中的反射次数增加，同时，两种损耗材料的协同作用使电磁波在反射过程中损耗增加，拓宽了电磁波吸收频带，提高了电磁波整体反射损耗；此外，夹层吸波结构的板-芯-板3d打印一体化制造方法满足了复杂芯子结构的快速成型以及一体化成形，避免分体制造造成的板芯粘接强度不足。此方法简单易操作，原料广泛，制备效率高，具有很好的应用前景。
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1.一种变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，该变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构包括上层透波层、中间吸波层以及下层反射层，整体结构基于3D打印方式一体化成形。
2.根据权利要求1所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述中间吸波层由阵列排布的若干单胞芯子组成，单胞芯子横截面的形状为正四边形、正五边形、正六边形或圆形。
3.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述单胞芯子竖直方向由上到下壁厚均匀增大，其竖直高度h需满足5≤h≤25mm，单胞芯子竖直高度方向的最小壁厚b满足0.5mm≤b≤2mm。
4.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述单胞芯子的横截面最大外切圆直径为D，最小外切圆直径为d；为使电磁波进入结构内被吸收，最小外切圆直径d大于所测波段最高频率f2波长的1/10，同时考虑到整体结构的承载性能，最小外切圆直径d不超过最小壁厚b的5倍；最大外切圆直径D大于所测波段最低频率f1波长的1/10，不超过最小壁厚b的10倍。
5.根据权利要求2所述的变壁厚复合材
6.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述下层反射层主要由具有导电性连续纤维和高性能树脂组成的复合材料制成，具有导电性连续纤维占下层反射层质量的50wt.％。
7.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述中间吸波层主要由磁损耗材料、电损耗吸波剂和高性能树脂复合而成，磁损耗材料所占质量分数范围为5wt.％-30wt.％，电损耗吸波剂所占质量分数为2wt.％-15wt.％。
8.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述具有导电性连续纤维包括碳纤维、Kevlar纤维；所述高性能树脂基体包括PA、PPS、PI；所述磁损耗型材料包括铁氧体、四氧化三铁；所述电损耗吸波剂包括碳纳米管、石墨；所述低介电常数连续纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维。
9.一种变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构的一体化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，该变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构包括上层透波层、中间吸波层以及下层反射层，整体结构基于3d打印方式一体化成形。
2.根据权利要求1所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述中间吸波层由阵列排布的若干单胞芯子组成，单胞芯子横截面的形状为正四边形、正五边形、正六边形或圆形。
3.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述单胞芯子竖直方向由上到下壁厚均匀增大，其竖直高度h需满足5≤h≤25mm，单胞芯子竖直高度方向的最小壁厚b满足0.5mm≤b≤2mm。
4.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂窝夹层吸波结构，其特征在于，所述单胞芯子的横截面最大外切圆直径为d，最小外切圆直径为d；为使电磁波进入结构内被吸收，最小外切圆直径d大于所测波段最高频率f2波长的1/10，同时考虑到整体结构的承载性能，最小外切圆直径d不超过最小壁厚b的5倍；最大外切圆直径d大于所测波段最低频率f1波长的1/10，不超过最小壁厚b的10倍。
5.根据权利要求2所述的变壁厚复合材料蜂...
【专利技术属性】
技术研发人员：王福吉，雷雅静，王琦，王公硕，何佳宁，付饶，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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