[发明专利]一种三向正交结构的隐身复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开的一种三向正交结构的隐身复合材料，包括混杂纤维三向正交织物，混杂纤维三向正交织物内填充有环氧树脂组合材料；混杂纤维三向正交织物包括正交放置的x方向纱和y方向纱以及z方向纱，z方向纱垂直穿过每层x方向纱和y方向纱，并将x方向纱和y方向纱捆绑。z向纱交替捆绑多层x、y向纱，能避免层合结构的分层，抗冲击力强；采用的气动卧式三维立体织机织造工艺稳定、自动化程度高、生产成本低、整体性好、易于成型。

技术领域

本发明属于隐身复合材料技术领域，涉及一种三向正交结构的隐身复合材料，本发明还涉及上述隐身复合材料的制备方法。

背景技术

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。隐身技术是一种在一定微波探测环境中降低目标的可探测性，从而使目标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，且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。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，但存在面密度高及质量重的缺点，难以满足对质量有严苛要求的飞行器的需要。因此，结隐身材料是在先进复合材料基础上发展起来的结构-功能一体化新型复合材料，它既能隐身又能承载，可成型各种形状复杂的部件，如机翼，尾翼、进气道等，具有涂覆材料无可比拟的优点，是当代隐身材料的主要发展方向，对新一代高性能武器系统的发展具有重要意义。

目前，探测飞机的遥感设备主要有雷达、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。

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。因此，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。

现有技术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，但是玻璃纤维的大量使用必将降低复合材料的力学性能，而且层合材料易分层，抗冲击力差。

发明内容

本发明的目的是提供一种三向正交结构的隐身复合材料，解决了层合材料易分层和抗冲击力差的问题。

本发明的另一目的是提供一种三向正交结构的隐身复合材料，能提高隐身复合材料的吸波性能。