一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，具体为：以碳纤维为芯纱，玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱；然后将碳纤维/玻璃纤维包芯纱织成布，最后利用树脂传递模塑成型工艺将布与环氧树脂进行复合固化，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。本发明通过碳纤维/玻璃纤维包芯纱结构，利用玻璃纤维的透波性能，使电磁波能够最大限度的进入到包芯纱线内部，然后利用碳纤维的电阻损耗将电磁波能量转化为热能或其他形式的能而耗散掉。同时碳纤维作为芯纱，基本上处于伸直状态，这样可以有效的发挥其力学性能，使得制作的隐身复合材料具有良好的力学性能。

权利要求

1.一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，以碳纤维为芯纱，玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，碳纤维完全包覆在玻璃纤维内；

所述编织纱与芯纱的质量比为1：4～2：3，编织纱与芯纱的编织角为20°～40°；

碳纤维/玻璃纤维包芯纱的编织结构为菱形编织1/1、规则编织2/2或赫格利斯编织3/

3；

步骤2，将碳纤维/玻璃纤维包芯纱织成布，采用织造方法为平纹组织织造法、斜纹组织织造法或者缎纹组织织造法中的一种；

步骤3，利用树脂传递模塑成型工艺将布与环氧树脂进行复合固化，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中玻璃纤维是E玻璃纤维或S玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中环氧树脂为TDE-86环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h。

说明书

一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料领域，涉及一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 随着微波电子技术的飞速发展，未来战场的各种武器系统面临着严峻的威胁。隐身技术作为提高武器系统生存和突防能力的有效手段，受到世界各国的高度重视。隐身技术是指在一定微波探测环境中降低目标的可探测性，使其在一定的波长范围内难以被发现的技术。武器系统的隐身能力可以通过外形设计和使用隐身材料来实现。外形隐身技术难度较大，成本高，容易使目标的结构性能劣化；而采用隐身材料技术相对简单，设计难度低，所以隐身材料的发展和应用成为隐身技术发展的关键因素之一，其中吸波材料是隐身技术中不可或缺的一部分。吸波材料按照成型工艺和承载能力，可以分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料两大类。涂覆型吸波材料具有涂覆方便、吸波性能好、工艺简单容易调节等优点，但存在面密度高，质量重的缺点，难以满足对质量有严苛要求的飞行器的需要。因此，轻质结构型吸波材料研究及其结果在军事上的应用具有重大意义。

[0003] 目前，探测飞机的遥感设备主要用雷达、红外、光学和声波探测系统四种，因此隐身技术也可以分为雷达隐身、红外隐身、可见光隐身和声波隐身四大类。探测系统中，雷达探测占60％以上，因而隐身的重点也在于雷达隐身。针对雷达的隐身技术途径主要是利用雷达吸波材料。吸波材料能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使吸收到的电磁波能量转化为热能或其他形式的能力而耗散掉，从而减少或者消除反射回到雷达探测器的电磁波。良好的吸波材料必须具备两个条件，一是雷达波入射到吸波材料内，其损耗能量尽可能大；二是吸波材料的阻抗与雷达的阻抗相匹配，此时满足无反射。实际上常要求吸波材料在一定频宽范围(如8-18GHz)内对电磁波进行强烈吸收，理想的情况是完全吸收，即反射系数为零。然而，阻抗匹配与有效吸收是一对矛盾体，在吸波材料的设计中必须同时考虑这两个条件，设法做到两者兼容。因此，如何选择和制备出具有合适复介电常数和复磁导率的吸波材料是研究中的一个重要因素。

[0004] 碳纤维复合材料是目前应用最多的飞机复合材料，而碳纤维作为一种电损耗材料，理论上来讲可以作为吸波材料，但碳纤维石墨化程度高，是雷达的强反射体，因此必须对碳纤维进行电磁改性，使其具有良好的吸波性能，才能满足结构隐身的要求。目前，通过在复合材料树脂基体中掺混吸收剂可获得一定的吸波效果，在增加掺混吸收剂含量时，可使吸收频带得到一定范围的拓展，但因吸收剂存在于增强纤维层间，常常会导致材料力学性能急剧下降。此外，通过不同纤维混杂是目前获得高性能结构吸波材料的主要途径。在现有的纤维中，碳纤维、石墨纤维、金属纤维、SiC纤维及导电高分子纤维等具有一定吸波性能，玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、氮化硅纤维等具有较好透波特性，将不同纤维混杂排布、编织可以产生协同效应，充分发挥不同纤维的应用潜力。莫红松等人采用玻璃纤维和碳纤维混杂的方式制成了吸波性能良好的两层结构(透波层和吸波层)复合材料。其中透波层用玻璃纤维布和环氧树脂复合；吸波层用碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂复合。上述混杂方式有效的提高了复合材料的吸波性能，但是仅仅通过玻璃纤维的排布很难使吸波材料的表面输入波阻抗和自由空间的波阻抗匹配，而且玻璃纤维的大量使用必将降低复合材料的力学性能。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，提高了现有方法制备的碳纤维/玻璃纤维复合隐身材料吸波性能弱，力学性能降低的问题。

[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

[0007] 步骤1，以碳纤维为芯纱，玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，碳纤维完全包覆在玻璃纤维内；

[0008] 步骤2，将碳纤维/玻璃纤维包芯纱织成布；

[0009] 步骤3，利用树脂传递模塑成型工艺将布与环氧树脂进行复合固化，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0010] 本发明的特点还在于，

[0011] 步骤1中编织纱与芯纱的质量比为1:4～2:3，编织纱与芯纱的编织角为20°～40°。

[0012] 步骤1中碳纤维/玻璃纤维包芯纱的编织结构为菱形编织1/1、规则编织2/2或赫格利斯编织3/3。

[0013] 步骤1中玻璃纤维是E玻璃纤维或S玻璃纤维。

[0014] 步骤2中所采用织造方法为平纹组织织造法、斜纹组织织造法或者缎纹组织织造法中的一种。

[0015] 步骤3中环氧树脂为TDE-86环氧树脂。

[0016] 步骤3中固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h。

[0017] 本发明的有益效果是，本发明一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，采用碳纤维/玻璃纤维包芯纱结构，由于玻璃纤维具有良好的透波性能，而且可以通过调节编织纱(玻璃纤维)的工艺参数使得纱线表面的阻抗与雷达波的阻抗相匹配，减小入射波的反射，让电磁波最大限度的进入到包芯纱线内部，当电磁波入射到碳纤维时，利用碳纤维的电阻损耗将电磁波能量转化为热能或其他形式的能而耗散掉。碳纤维作为芯纱，基本上处于伸直状态，这样可以有效的发挥其力学性能，使得制作的隐身复合材料具有良好的力学性能。

附图说明

[0018] 图1是碳纤维/玻璃纤维包芯纱的横截面结构示意图。

[0019] 图中，1.芯纱；2.编织纱。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0021] 本发明提供了一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

[0022] 步骤1，以碳纤维为芯纱1，玻璃纤维为编织纱2，采用二维编织技术将芯纱1和编织纱2编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，碳纤维完全包覆在玻璃纤维内；碳纤维/玻璃纤维包芯纱的横截面结构如图1所示。

[0023] 编织纱与芯纱的质量比为1:4～2:3，编织纱与芯纱的编织角为20°～40°。

[0024] 采用二维编织技术编织的碳纤维/玻璃纤维包芯纱结构为菱形编织1/1、规则编织2/2或赫格利斯编织3/3。

[0025] 玻璃纤维是E玻璃纤维或S玻璃纤维；S玻璃纤维的强度、模量、介电常数、耐高温性能都优于E玻璃纤维，因此优选S玻璃纤维。

[0026] 步骤2，将碳纤维/玻璃纤维包芯纱织成布。

[0027] 所采用织造方法为平纹组织织造法、斜纹组织织造法或者缎纹组织织造法中的一种。

[0028] 步骤3，利用树脂传递模塑成型工艺(RTM)将布与TDE-86环氧树脂进行复合固化，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0029] 具体为：将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为依次按照130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h进行固化。

[0030] 本发明一种碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料的制备方法，采用碳纤维/玻璃纤维包芯纱结构，由于玻璃纤维具有良好的透波性能，而且可以通过调节编织纱(玻璃纤维)的工艺参数使得纱线表面的阻抗与雷达波的阻抗相匹配，减小入射波的反射，让电磁波最大限度的进入到包芯纱线内部，当电磁波入射到碳纤维时，利用碳纤维的电阻损耗将电磁波能量转化为热能或其他形式的能而耗散掉。碳纤维作为芯纱，基本上处于伸直状态，这样可以有效的发挥其力学性能，使得制作的隐身复合材料具有良好的力学性能。

[0031] 本发明方法制得的隐身材料，在保持较高力学性能的情况下，其吸波性能提高了20％以上，大大提高了隐身材料的应用性能。

[0032] 实施例1

[0033] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为20°，编织纱与芯纱比例为40/60，采用平纹组织织成布，编织结构为菱形编织1/1。

[0034] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内在固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0035] 实施例2

[0036] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为30°，编织纱与芯纱比例为40/60，采用平纹组织织成布，编织结构为规则编织2/2。

[0037] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内在固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0038] 实施例3

[0039] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为30°，编织纱与芯纱比例为40/60，采用平纹组织织成布，编织结构为赫格利斯编织3/3。

[0040] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0041] 实施例4

[0042] 以碳纤维为芯纱，E玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为20°，编织纱与芯纱比例为30/70，采用平纹组织织成布，编织结构为菱形编织1/1。

[0043] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0044] 实施例5

[0045] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为20°，编织纱与芯纱比例为20/80，采用平纹组织织成布，编织结构为规则编织2/2。

[0046] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0047] 实施例6

[0048] 以碳纤维为芯纱，E玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为30°，编织纱与芯纱比例为30/70，采用平纹组织织成布，编织结构为菱形编织1/1。

[0049] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0050] 实施例7

[0051] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为30°，编织纱与芯纱比例为20/80，采用平纹组织织成布，编织结构为赫格利斯编织3/3。

[0052] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0053] 实施例8

[0054] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为40°，编织纱与芯纱比例为30/70，采用平纹组织织成布，编织结构为赫格利斯编织3/3。

[0055] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0056] 实施例9

[0057] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为40°，编织纱与芯纱比例为20/80，采用平纹组织织成布，编织结构为菱形编织1/1。

[0058] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0059] 实施例10

[0060] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为30°，编织纱与芯纱比例为30/70，采用斜纹组织织成布。

[0061] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。

[0062] 实施例11

[0063] 以碳纤维为芯纱，S玻璃纤维为编织纱，采用二维编织技术将芯纱和编织纱编织成碳纤维/玻璃纤维包芯纱，编织纱与芯纱的编织角为30°，编织纱与芯纱比例为30/70，采用缎纹组织织成布。

[0064] 将TDE-86环氧树脂、HK-021酸酐(固化剂)和二甲基苄氨苯氨(催化剂)按照质量100:85:1混合均匀后与布进行注塑。注塑完成后将材料放入烘箱内固化，固化方式为130℃-2h、105℃-1h、160℃-8h，180℃-3h，即制得碳纤维/玻璃纤维混杂隐身复合材料。