專利名稱：一種碳纖維電磁吸波材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸波材料及其制備方法，尤其涉及一種含碳纖維的吸波材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
電磁吸波材料的研制和應(yīng)用技術(shù)源于第二次世界大戰(zhàn)期間，到目前已得到了廣泛的應(yīng)用。如今，隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁吸波材料的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了軍事領(lǐng)域，在信息傳播、電磁兼容、微波輻射防護(hù)等民用方面的應(yīng)用也日趨廣泛。在種類眾多的電磁波吸波材料中，碳纖維吸波材料是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的吸波材料之一。然而，目前的碳纖維吸波材料通常采用傳統(tǒng)的Dallenbach結(jié)構(gòu)使用，吸波帶寬有限，且目前的研究主要基于實(shí)驗(yàn)手段，研制周期長。因此，拓展吸波帶寬以及解決碳纖維吸波材料的電磁設(shè)計(jì)是當(dāng)前電磁吸波材料領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用性強(qiáng)、成本低、工作頻帶寬的碳纖維電磁吸波材料，還相應(yīng)提供一種工藝路線簡單、原料易得、制備成本低的碳纖維電磁吸波材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種碳纖維電磁吸波材料，所述碳纖維電磁吸波材料主要由在良好導(dǎo)電基板上周期性分布的棱臺(tái)組成，所述棱臺(tái)是由碳纖維層和介質(zhì)層在垂直于導(dǎo)電基板平面的方向交替疊加構(gòu)成。上述的碳纖維電磁吸波材料，所述良好導(dǎo)電基板優(yōu)選為連續(xù)碳纖維復(fù)合材料板或金屬板。上述的碳纖維電磁吸波材料，所述周期性分布優(yōu)選是指呈矩陣式排列分布。上述的碳纖維電磁吸波材料，所述棱臺(tái)優(yōu)選為正四棱臺(tái)，該正四棱臺(tái)的下底面邊長(b)優(yōu)選為7mm 15mm,該正四棱臺(tái)的上底面邊長(a)優(yōu)選為3.5mm 6.0mm,相鄰兩正四棱臺(tái)的間距(d)優(yōu)選為0.2mm 2.5mm。上述的碳纖維電磁吸波材料，所述碳纖維層優(yōu)選是由碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，特別優(yōu)選的，每一層碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料優(yōu)選包含兩層單向正交分布的碳纖維增強(qiáng)體。上述的碳纖維電磁吸波材料，所述介質(zhì)層優(yōu)選是由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，所述介質(zhì)層的介電常數(shù)優(yōu)選為2 5，介電損耗角優(yōu)選為0.01 0.04。上述的碳纖維電磁吸波材料，所述碳纖維層的厚度(m)優(yōu)選為0.05mm 0.1mm,所述介質(zhì)層的厚度(η)優(yōu)選為0.15mm 0.3mm。上述的碳纖維電磁吸波材料，單個(gè)所述棱臺(tái)中包含的碳纖維層、介質(zhì)層的層數(shù)均優(yōu)選為5 15層。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的碳纖維電磁吸波材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)制備碳纖維層/介質(zhì)層疊層板:首先選取制作碳纖維層和介質(zhì)層的增強(qiáng)材料，然后按照碳纖維層、介質(zhì)層交替疊加的鋪層順序?qū)⒔渲z后的增強(qiáng)材料進(jìn)行順序鋪層，最后采用樹脂膠液標(biāo)準(zhǔn)的熱壓工藝制備得到碳纖維層/介質(zhì)層疊層板；
(2)成型:將步驟(I)制得的碳纖維層/介質(zhì)層疊層板利用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控銑方法加工成要求的形狀和尺寸，得到碳纖維電磁吸波材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料原料易得，制備工藝路線簡單，制備成本較低；
2.本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料的工作頻帶寬；
3.本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料，適用范圍廣，通過合理調(diào)整棱臺(tái)的尺寸，本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料可適用于不同實(shí)踐場合下電磁吸波材料的各種應(yīng)用情形。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中碳纖維電磁吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖(局部俯視)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中碳纖維電磁吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖(局部主視)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中碳纖維電磁吸波材料上的正四棱臺(tái)的放大圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中碳纖維電磁吸波材料的實(shí)物照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中碳纖維電磁吸波材料的反射率曲線圖。圖例說明:
1、正四棱臺(tái)；2、碳纖維層；3、介質(zhì)層；4、導(dǎo)電基板。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1:
一種如圖1 圖5所示的本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料，該碳纖維電磁吸波材料主要由在導(dǎo)電基板4 (本實(shí)施例選用金屬鋁基板)上周期性分布的正四棱臺(tái)I組成，該正四棱臺(tái)是由碳纖維層2和介質(zhì)層3在垂直于導(dǎo)電基板4平面的方向上交替疊加構(gòu)成。本實(shí)施例中，正四棱臺(tái)I呈周期性分布是指正四棱臺(tái)I呈矩陣式排列分布。該正四棱臺(tái)I的下底面邊長b為8.4mm,該正四棱臺(tái)的上底面邊長a為4.5mm,相鄰兩正四棱臺(tái)的間距d為2.0mm。本實(shí)施例中的碳纖維層2是由碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，特別是由兩層單向碳纖維正交分布增強(qiáng)的樹脂復(fù)合材料構(gòu)成，碳纖維的電導(dǎo)率約為5.0X 104S/m。介質(zhì)層3為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其相對(duì)介電常數(shù)約為4.4，介電損耗角為0.02。碳纖維層2的厚度m為0.06mm,層數(shù)為8層；介質(zhì)層3的厚度η為0.28mm,層數(shù)為8層。上述本實(shí)施例的碳纖維電磁吸波材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)制備碳纖維層/介質(zhì)層疊層板:選取碳纖維單向預(yù)浸料、玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂膠為原材料，將玻璃纖維布浸透樹脂膠后，在鋁基板上依次按照碳纖維單向預(yù)浸料、玻璃纖維布交替疊層的順序鋪層，最后利用環(huán)氧樹脂標(biāo)準(zhǔn)的熱壓工藝制備得到碳纖維層/介質(zhì)層疊層板； (2)成型:利用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械加工方法(數(shù)控銑)在步驟(I)制得的碳纖維層/介質(zhì)層疊層板上加工出本實(shí)施例所要求的形狀(正四棱臺(tái))和尺寸，得到碳纖維電磁吸波材料。通過上述方法制得的本實(shí)施例的碳纖維電磁吸波材料，經(jīng)檢測后的反射率曲線圖如圖5所示，由圖5可見，在6GHz 18GHz范圍內(nèi)衰減大于IOdB的帶寬為5.8GHz，可見，本發(fā)明的電磁吸波材料有較寬的吸波帶寬。實(shí)施例2:
一種如圖1 圖3所示的本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料，該碳纖維電磁吸波材料主要由在導(dǎo)電基板4上周期性分布的正四棱臺(tái)I組成，該正四棱臺(tái)是由碳纖維層2和介質(zhì)層3在垂直于導(dǎo)電基板4平面的方向上交替疊加構(gòu)成。本實(shí)施例中，正四棱臺(tái)I呈周期性分布是指正四棱臺(tái)I呈矩陣式排列分布。該正四棱臺(tái)I的下底面邊長b為7.0mm，該正四棱臺(tái)的上底面邊長a為3.8mm,相鄰兩正四棱臺(tái)的間距d為1.5mm。本實(shí)施例中的碳纖維層2是由碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，碳纖維的電導(dǎo)率約為5.0X 104S/m。介質(zhì)層3為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其相對(duì)介電常數(shù)約為4.4，介電損耗角為0.02。碳纖維層2的厚度m為0.06mm,層數(shù)為6層；介質(zhì)層3的厚度η為0.28mm,層數(shù)為6層。本實(shí)施例的碳纖維電磁吸波材料的制備方法的主要步驟與實(shí)施例1類似，僅需根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和尺寸要求對(duì)相應(yīng)的工藝參數(shù)和工藝條件作適應(yīng)性調(diào)整即可。通過上述方法制得的本實(shí)施例的碳纖維電磁吸波材料，經(jīng)檢測，其在6GHz 18GHz范圍內(nèi)衰減大于IOdB的帶寬為6.4GHz，具有較寬的吸波帶寬。實(shí)施例3:
一種如圖1 圖3所示的本發(fā)明的碳纖維電磁吸波材料，該碳纖維電磁吸波材料主要由在導(dǎo)電基板4上周期性分布的正四棱臺(tái)I組成，該正四棱臺(tái)是由碳纖維層2和介質(zhì)層3在垂直于導(dǎo)電基板4平面的方向交替疊加構(gòu)成。本實(shí)施例中，正四棱臺(tái)I呈周期性分布是指正四棱臺(tái)I呈矩陣式排列分布。該正四棱臺(tái)I的下底面邊長b為10.0mm，該正四棱臺(tái)的上底面邊長a為4.8mm,相鄰兩正四棱臺(tái)的間距d為2.0mm。本實(shí)施例中的碳纖維層2是由碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，碳纖維的電導(dǎo)率約為5.0X 104S/m。介質(zhì)層3為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其相對(duì)介電常數(shù)約為4.4，介電損耗角為0.02。碳纖維層2的厚度m為0.06mm,層數(shù)為12層；介質(zhì)層3的厚度η為0.28mm,層數(shù)為12層。本實(shí)施例的碳纖維電磁吸波材料的制備方法的主要步驟與實(shí)施例1類似，僅需根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和尺寸要求對(duì)相應(yīng)的工藝參數(shù)和工藝條件作適應(yīng)性調(diào)整即可。通過上述方法制得的本實(shí)施例的碳纖維電磁吸波材料，經(jīng)檢測，其在6GHz 18GHz范圍內(nèi)衰減大于IOdB的帶寬為5.9GHz，具有較寬的吸波帶寬。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述碳纖維電磁吸波材料主要由在導(dǎo)電基板上周期性分布的棱臺(tái)組成，所述棱臺(tái)是由碳纖維層和介質(zhì)層在垂直于導(dǎo)電基板平面的方向交替疊加構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述導(dǎo)電基板為連續(xù)碳纖維復(fù)合材料板或金屬板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述周期性分布是指呈矩陣式排列分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述棱臺(tái)為正四棱臺(tái)，該正四棱臺(tái)的下底面邊長為7mm 15mm,該正四棱臺(tái)的上底面邊長為3.5mm 6.0mm,相鄰兩正四棱臺(tái)的間距為0.2謹(jǐn) 2.5謹(jǐn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述碳纖維層是由碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，每一層碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料包含兩層正交分布的碳纖維增強(qiáng)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述介質(zhì)層是由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，所述介質(zhì)層的介電常數(shù)為2 5，介電損耗角為0.01 0.04。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，所述碳纖維層的厚度為0.05mm 0.1mm,所述介質(zhì)層的厚度為0.15mm 0.3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維電磁吸波材料，其特征在于，單個(gè)所述棱臺(tái)中包含的碳纖維層、介質(zhì)層的層數(shù)均為5 15層。
9.一種如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的碳纖維電磁吸波材料的制備方法，包括以下步驟: (1)制備碳纖維層/介質(zhì)層疊層板:首先選取制作碳纖維層和介質(zhì)層的增強(qiáng)材料，然后按照碳纖維層、介質(zhì)層交替疊加的鋪層順序?qū)⒔渲z后的增強(qiáng)材料進(jìn)行順序鋪層，最后采用樹脂膠液標(biāo)準(zhǔn)的熱壓工藝制備得到碳纖維層/介質(zhì)層疊層板； (2)成型:將步驟(I)制得的碳纖維層/介質(zhì)層疊層板利用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控銑方法加工成要求的形狀和尺寸，得到碳纖維電磁吸波材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳纖維電磁吸波材料，其主要由在導(dǎo)電基板上周期性分布的棱臺(tái)組成，該棱臺(tái)是由碳纖維層和介質(zhì)層在垂直于導(dǎo)電基板平面的方向交替疊加構(gòu)成；其制備方法包括首先選取制作碳纖維層和介質(zhì)層的增強(qiáng)材料，然后按照碳纖維層、介質(zhì)層交替疊加的鋪層順序?qū)⒔渲z后的增強(qiáng)材料進(jìn)行順序鋪層，最后采用樹脂膠液標(biāo)準(zhǔn)的熱壓工藝制備得到碳纖維層/介質(zhì)層疊層板；將碳纖維層/介質(zhì)層疊層板利用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控銑方法加工成要求的形狀和尺寸，得到碳纖維電磁吸波材料。本發(fā)明的產(chǎn)品具有適用性強(qiáng)、成本低、工作頻帶寬、加工工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B32B9/04GK103171173SQ2013100811
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者程海峰, 龐永強(qiáng), 周永江, 王軍 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)