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CN112829400A - 一种结构/隐身一体化复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种结构/隐身一体化复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN112829400A
CN112829400A CN202110149718.7A CN202110149718A CN112829400A CN 112829400 A CN112829400 A CN 112829400A CN 202110149718 A CN202110149718 A CN 202110149718A CN 112829400 A CN112829400 A CN 112829400A
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邓瑞翔
张涛
宋力昕
于云
张科
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Shanghai Institute of Ceramics of CAS
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Abstract

本发明涉及一种结构/隐身一体化复合材料及其制备方法，该结构/隐身一体化复合材料包括：至少两层树脂基复合材料层；夹于至少两层所述树脂基复合材料层间的至少一层频率选择表面层，所述树脂基复合材料层与所述频率选择表面层交替排列；以及最底层金属反射层，构成所述树脂基复合材料层的树脂基复合材料在2～20 GHz频段内的相对介电常数为2～5，所述频率选择表面层具有二维周期性排列的导电图案，相邻的所述导电图案的尺寸及其几何中心间的间距在所述结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应波长的1/20至1/5之间，所述结构/隐身一体化复合材料的抗拉强度不小于200MPa。

Description

一种结构/隐身一体化复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及雷达波吸收材料的技术领域。更进一步地说，本发明涉及一种兼具雷达波吸收功能和高力学强度的结构/隐身一体化材料。
背景技术
无人机在当今世界各领域发挥着巨大作用，发展新一代隐身无人机已经成为世界瞩目的焦点。现代无人机隐身包括外形隐身和材料隐身两种途径。外形隐身技术的劣势在于通常会削弱无人机的空气动力学性能。而在无人机表面进一步在雷达散射截面较大的部位涂覆吸波材料，可以有效地缩减无人机的雷达散射截面。但是，根据吸波材料的工作原理，吸波材料的吸收带宽越宽，吸波材料的厚度越大。即便在理论计算中，蒙皮外额外增加的2～18GHz频段反射衰减优于-10dB的非磁性吸波材料的厚度最小值也为9.7mm，存在着重量大、厚度大以及维护费用高等问题，会给无人机带来额外的载荷，这极大地限制了吸波材料的实施和应用。
发明内容
本发明的目的是提供能利用树脂基复合材料自身的厚度和频率选择表面的谐振作用，实现宽频雷达吸收并抑制额外载荷的结构/隐身一体化复合材料及其制备方法。
一方面，本发明一形态的结构/隐身一体化复合材料，包括：至少两层树脂基复合材料层；夹于至少两层所述树脂基复合材料层间的至少一层频率选择表面层，所述树脂基复合材料层与所述频率选择表面层交替排列；以及最底层金属反射层，构成所述树脂基复合材料层的树脂基复合材料在2～20GHz频段内的相对介电常数为2～5，所述频率选择表面层具有二维周期性排列的导电图案，相邻的所述导电图案的尺寸及其几何中心间的间距在所述结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应波长的1/20至1/5之间，其抗拉强度不小于200MPa。根据本发明的构成，可以利用树脂基复合材料自身的厚度和频率选择表面的谐振作用，实现宽频雷达吸收。该材料可直接用作蒙皮结构材料，且无需另外涂覆吸波涂层即可实现宽频雷达吸波，有效化解了吸波材料厚度与吸波带宽之间的矛盾，减小了隐身无人机、舰船等的外形设计难度，降低了隐身吸波材料如隐身飞机吸波材料的维护成本。
所述结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段可以是落入2～20GHz的范围内。
所述导电图案的表面方阻值可以在0.01Ω/sq至1000Ω/sq之间。
较佳地，所述树脂基复合材料层的树脂基复合材料在2～18GHz频段的相对介电常数在2～5之间。
所述树脂基复合材料可以为纤维增强复合材料。使用的增强纤维可以为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、碳纤维中的至少一种。较佳地，所述树脂基复合材料层的材料为玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强聚醚醚酮、芳纶纤维增强环氧树脂中的至少一种。
所述导电图案可以由铜箔、铝箔、导电碳膜或ITO导电膜制作。所述导电图案可以为正方形、圆环、正方形环、六边形环中的一种。
可以是，各层树脂基复合材料层的厚度为4mm以下；各层频率选择表面层的厚度为0.2mm以下；金属反射层的厚度为0.15mm以下。所述结构/隐身一体化复合材料的总厚度为20mm以下，吸收带可为2～20GHz。
所述金属反射层的方阻可以是不大于15Ω/sq。
树脂基复合材料层为纤维增强复合材料层的情况下，可以包括多层，例如-45°纤维层、+45°纤维层、0°纤维层、90°纤维层中的一种或几种，所述0°纤维层内纤维的方向与所述90°纤维层内纤维的方向相垂直，所述45°纤维层、-45°纤维层与0°纤维层内纤维的夹角分别为45°、-45°。
上述结构/隐身一体化复合材料可应用于飞机、舰船蒙皮结构。
另一方面，本发明一形态的制备结构/隐身一体化复合材料的方法，包括：
根据设定的尺寸及几何中心间的间距制作导电图案，形成频率选择表面；
将纤维布或纤维束在树脂浆料中浸渍，得到预浸料；
在模具中以预定的顺序铺设所述预浸料以及放入频率选择表面，进行热压成型；以及所述热压成型完成后，利用导电浆料或导电膜在最底层形成金属反射层。
较佳地，采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯作为频率选择表面的制备基膜，对基膜未覆盖频率选择表面的区域用浓度在0.8～2摩尔每升间的氢氧化钠溶液，在室温下处理0.5～1.5小时，进行表面活化，或者采用质量百分数在25％～33％的氨水溶液，在60～90℃下保温4～7小时，进行表面活化。根据该构成，进一步提升频率选择面和复合材料的结合界面的力学强度，确保材料的力学强度和吸波性能的良好结合。
根据上述本发明的结构，能够提供能在确保力学强度的同时具备优异的吸波性能、并抑制额外的载荷的结构/隐身一体化复合材料及其制备方法。
附图说明
图1：实施形态1的结构/隐身一体化复合材料的示意图；
图2：实施例一结构/隐身一体化复合材料的示意图(左)和频率选择表面的俯视图(1是玻璃纤维增强环氧树脂，2是频率选择表面，3是导电铜环，d1＝2mm，d2＝2mm，p＝14.4mm，r1＝7mm，r2＝4.4mm)；
图3：实施例一吸波性能实测结果；
图4：实施例二结构/隐身一体化复合材料的示意图(左)和频率选择表面的俯视图(1是玻璃纤维增强环氧树脂，2是频率选择表面，3是导电铜环，d1＝2.5mm，d2＝2.5mm，p＝6.8mm，a1＝6mm，a2＝2mm)；
图5：实施例二吸波性能实测结果；
图6示出实施例2-2中材料吸波性能随排列周期p的变化；
图7示出实施例2-3中材料吸波性能随方环外径a1的变化；
图8示出实施例2-4中材料吸波性能随方环环宽(环宽＝(a1-a2)/2)的变化。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本公开涉及一种结构/隐身一体化复合材料(以下，有时简称“结构/隐身一体化材料”)及其制备方法。该结构/隐身一体化材料是通过在树脂基复合材料如纤维增强复合材料内原位植入至少一层频率选择表面，形成树脂基材料与频率选择表面交替排列层状结构，最底层为金属反射层。利用复合材料自身的厚度实现与频率选择面的谐振作用实现宽频吸波，并利用复合材料自身的构成实现高力学强度。本发明实现高力学强度和微波吸收，即一部分微波能量被吸收，其余的微波能量被反射。
本公开的结构/隐身一体化复合材料，包括：至少两层所述树脂基复合材料层间的至少一层频率选择表面层，所述树脂基复合材料层与所述频率选择表面层交替排列；以及最底层金属反射层，构成所述树脂基复合材料层的树脂基复合材料在2～20GHz频段内的相对介电常数为2～5，所述频率选择表面层具有二维周期性排列的导电图案，相邻的所述导电图案的尺寸及其几何中心间的间距在所述结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应波长的1/20至1/5之间。
实施形态1
图1为实施形态1的结构/隐身一体化复合材料的示意图。本实施形态1的结构/隐身一体化复合材料10，包括：多层树脂基复合材料层1(本实施形态中为纤维增强树脂基复合材料层，d1、d2表示纤维增强树脂基复合材料厚度范围)；和夹于树脂基复合材料层间的一层频率选择表面层2。此外，还包括金属反射层位于最底层，定义电磁波入射的一侧第一层是最顶层。本实施形态中，频率选择表面层为一层，但频率选择表面层的层数不限于此，也可以为多层，例如1～3层。
频率选择表面层具有用于构成频率选择表面(频率选择面)的二维周期性排列的导电图案。本实施形态中，频率选择表面层具有用于构成该导电图案的导电金属片或导电膜，以及衬底(基底)。另外也可以使用无衬底的导电金属片或导电膜。
导电金属片例如可使用铜箔、铝箔。导电膜例如可使用导电碳膜、ITO导电膜。衬底例如可使用聚酰亚胺薄膜、PET薄膜、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯。导电金属片或导电膜的表面方阻值在0.01Ω/sq至1000Ω/sq之间。另一方面，导电金属片/导电膜的方阻由导电膜的厚度决定，一般来说，厚度越大，方阻越小。该厚度在大约百纳米级别，相对于衬底厚度来说可以忽略不计。衬底的厚度在0.05～0.2mm，衬底起到支撑导电薄膜的作用(支撑性)。该厚度范围易于保证膜良好的柔性，另一方面抑制太厚影响吸波性能的阻抗匹配设计。
导电图案包括但不限于正方形片、圆环、正方形环、六边形环等。相邻的导电图案的几何尺寸及其几何中心间的间距(导电图案排列周期)在结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应的波长的1/20至1/5之间，优选在结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应的波长的1/15至1/5之间。作为一个示例，后述实施例2的在5～21GHz全频段内反射衰减优于-10dB的结构/隐身一体化复合材料，吸波工作频段最低限对应的波长的1/20～1/5等于60mm(5GHz雷达波对应的波长)乘以(1/20～1/5)，即3～12mm。又，各导电图案的长度方向尺寸在结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应的波长的1/20至1/5之间。亚波长尺寸的周期性单元结构能够和电磁波产生谐振。同一种复合材料中可以是同一种图案，也可以是不同种图案的组合。频率选择表面(二维周期性排列的导电图案)的方阻值在0.01Ω/sq至1000Ω/sq之间，可以实现对入射电磁波的损耗。这里，方阻指导电图案的方阻值。有衬底时，衬底绝缘，所以导电图案与导电图案+衬底的方阻值相同。本发明的方阻值基于阻抗匹配原则设计得到的，方阻值的设计与其他结构参数是相互配合。
树脂基复合材料层1可以包括纤维增强复合材料，增强纤维选自玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维等非导电纤维，也可使用碳纤维等导电纤维增强。可使用中一种，亦可出于力学性能和成本的平衡，两种混用。例如，力学强度高、成本也高的纤维与力学强度低、成本低的纤维混用。优选长纤维(不是短纤维)。使用碳纤维等导电纤维时，对纤维表面进行绝缘处理或与其它纤维混合使用时，未经绝缘处理导电纤维的添加比例一般不超过15％。例如树脂基复合材料层1可以包括玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强聚醚醚酮、芳纶纤维增强环氧树脂，可进一步保证良好的力学强度。树脂基复合材料在2～20GHz频段内的相对介电常数优选在2至5之间，介电常数控制在该范围内进一步有利于实现宽频吸收设计。构成树脂基复合材料层1可以具有1～4层结构。本实施形态中，在频率选择表面层2的两侧(图1中，上下两侧)对称地布置树脂基复合材料，可以将频率选择层保护在内部，避免环境侵蚀。
又，树脂基复合材料层为纤维增强复合材料层的情况下，可以包括多层预浸料或纤维，各层预浸料或增强纤维可沿单向排列。多层预浸料或纤维结构可包括-45°纤维层、+45°纤维层、0°纤维层、90°纤维层中的一种或几种，0°纤维层内纤维的方向与90°纤维层内纤维的方向相垂直，45°纤维层、-45°纤维层与0°纤维层内纤维的夹角分别为45°、-45°，45°纤维层内纤维的方向与-45°纤维层内纤维的方向相垂直。例如，排列顺序(与频率选择表面所在位置无关)按0°/45°/90°/90°/-45°/0°、0°/45°/-45°/0°、45°/90°/90°/-45°依次循环，纤维排列(铺放)时满足准各向同性(树脂基复合材料中准各向同性)，可保证材料性能的均一性，例如各个方向上的拉伸强度一致。可使用平面编织的纤维。各树脂基复合材料层的厚度可以在2～4mm。结构/隐身一体化复合材料的总厚度可以是不大于20mm。
位于结构/隐身一体化复合材料10的最底层金属反射层(未图示)的厚度可以在0.05-0.15mm，可以为0.1mm以下。可设置最底层金属反射层的方阻不大于15Ω/sq。
本发明的结构/隐身一体化复合材料，在树脂基复合材料内部植入频率选择表面层，利用树脂基复合材料自身的厚度和频率选择表面的谐振作用，实现宽频雷达吸收，可应用于无人机、舰船舱板的蒙皮结构。上述植入了频率选择表面的树脂基复合材料既能承载，又能吸波，无需另外涂覆吸波涂层即可实现宽频雷达吸波，有效化解了吸波材料厚度与吸波带宽之间的矛盾(抑制额外的载荷)，减小了隐身无人机等的外形设计难度，降低了隐身吸波材料的维护成本。
以下示例性说明本发明结构/隐身一体化复合材料的制备方法。
以实施形态1的结构/隐身一体化复合材料10为例，发明人采用同轴传输线法测量树脂基复合材料如纤维增强树脂基复合材料在2～20GHz频段内的相对介电常数和相对磁导率，采用高频电磁仿真软件，导入测量得到的相对介电常数和相对磁导率，设计结构/隐身一体化材料，设计参数包括：层数，各层树脂基复合材料的厚度，各层树脂基复合材料间周期性频率选择表面的形状、尺寸、排列周期和表面方阻。
首先，由铜箔、铝箔、导电碳膜或ITO导电膜制作导电图案，得到频率选择表面。形成具有规定方阻值的电阻膜的频率选择表面。例如，通过氧分压控制。可以对有衬底(基膜)的导电金属片或导电膜雕刻。可采用光刻工艺、激光加工或雕刻机在上雕刻频率选择表面导电图案。当周期性图案间的间隙足够大时，在周期性排列导电图案的间隙位置打通孔移除部分电阻膜基底，得到频率选择表面。藉由打孔，上下两层胶能够流通，进一步提高结合强度。又，也可以在基底上采用磁控溅射工艺等镀导电金属片或导电膜。又，可以在雕刻或镀膜前对电阻膜基底侧进行喷砂处理，增加电阻膜表面粗糙度。喷砂采用的沙粒在200目至300目之间，喷砂压力不大于12.5psi。喷砂的目的在于增强频率选择表面的粗糙度，增强频率选择表面与树脂基复合材料结合界面的强度。
又，在树脂基复合材料内部植入了频率选择面层，可能会一定程度上降低其力学强度。对此，本发明中，优选对基膜未覆盖导电膜的区域进行活化，进一步保证本发明多层结构吸波材料的力学强度。例如，采用聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、或聚甲基丙烯酸甲酯作为频率选择表面的制备基膜(导电图案覆在基膜上)，对基膜未覆盖频率选择面的区域用浓度在0.8～2摩尔每升间的氢氧化钠溶液，在室温下下处理0.5～1.5小时，进行表面活化，或者采用质量分数在25～33％的氨水溶液，在60～90℃下保温4～7小时，进行表面活化。利用纤维增强复合材料等树脂基复合材料自身的力学性能，并采用频率选择面膜的表面处理工艺，进一步保证了植入了频率选择表面的纤维增强复合材料仍具备良好的力学强度。能够在不显著降低树脂基复合材料力学强度的同时，赋予其优异的吸波性能。该结构/隐身一体化复合材料的抗拉强度为200MPa以上。
又，当采用铜箔、铝箔、导电碳膜等无衬底导电膜制作导电图案时，也可采用粘性较弱的丙烯酸胶或水性聚氨酯胶将未加工图案的无衬底导电膜覆于油纸或PET表面，待图案加工完毕后将图案转移至树脂基复合材料表面后再移除油纸或PET，此时无需进行喷砂和打通孔操作。
接着，制备预浸料，用于形成树脂基复合材料层。例如，将纤维布或纤维束在指定的树脂浆料中浸渍，得到预浸料。
接着，在模具中逐层铺设预浸料。当铺设的预浸料达到设计厚度后，放入相应的频率选择表面，然后，铺设后续预浸料和频率选择表面。可在模具中铺设对应于最底层纤维增强复合材料层的预浸料后，以预定的顺序铺设其余纤维增强复合材料层对应的预浸料或放入频率选择表面层。在铺设对应于最顶层纤维增强复合材料层的预浸料后，进行固化成型。固化温度可为80～200℃；压力(热压压力)可以为1-5Mpa，或者，也可以采用真空固化；时间可为8～12小时。可根据复合材料基材具体的收缩情况，使铺设预浸料的厚度比规定值(与树脂基复合材料层对应)放大0.2％至5％。
接着，利用导电浆料或导电膜在树脂基复合材料的一侧(图1中，上下两侧的一侧)外表面形成金属反射层。可以对固化得到的材料进行打磨，切除四周多余的树脂基复合材料，并在最底层喷涂导电浆料或贴敷导电膜得到金属反射层，得到结构/隐身一体化材料。金属反射层的原料可以使用导电浆料如导电碳浆料，覆铜聚酰亚胺，导电ITO等。可以在涂覆导电浆料后于80～100℃固化。
根据以上结构，各个设计参数相互配合协调，是一个有机的整体，可以使结构/隐身一体化材料的等效介电常数和等效磁导率在吸波频段内近似相等，使得结构/隐身一体化材料与自由空间阻抗匹配，反射最小。根据微波传输线的基本原理，由于金属反射层的存在，电磁波到达金属背板时将被全部反射，透射为零。反射电磁波与入射电磁波相互叠加形成驻波，如果此时在电场最强处引入表面电阻值为Rs的频率选择表面，该频率选择表面将在外场激励下形成表面电流，电磁能量将被有耗表面完全损耗并转化为热能。本发明中，结构/隐身一体化复合材料可达到2～18GHz频段内反射衰减优于-7dB的雷达波吸收效果。
本发明的结构/隐身一体化复合材料结合了树脂基复合材料的力学性能优势和人工谐振结构(即频率选择表面)的设计思想，一方面保留了树脂基复合材料优异的力学性能，在树脂基复合材料内原位植入至少一层频率选择表面，能在不显著降低树脂基复合材料力学强度的同时，赋予其优异的吸波性能。同时，人工谐振结构被保护于树脂基复合材料内部，维护成本低，极大地便利了隐身无人机外形设计，同时抑制了因隐身材料给无人机带来额外的载荷，有效地解决了吸波材料厚度与吸波带宽之间的矛盾。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值；
在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可商购获得，其中所涉及的试剂也可通过常规合成方法合成获得。
实施例一：
本实施例提供一种工作在X波段的结构/隐身一体化复合材料；
本实施例玻璃纤维增强环氧树脂(牌号CYDBN-240)材料作为纤维增强复合材料。采用同轴线法测得其在2～18GHz频段内的相对介电常数为3.8，损耗角正切为0.1，无磁性；
设计得到的频率选择表面为周期性排列的导电圆环，具体设计参数为：相邻圆环的间距为14.4mm，圆环的外径为7mm，内径为4.4mm，圆环的表面方阻为2Ω/sq，频率选择表面上、下层玻璃纤维增强环氧树脂板的厚度均为2mm；
采用铜箔制作频率选择表面，铜箔厚度为0.017mm，铜箔覆于厚度为0.1mm的聚酰亚胺表面，采用激光雕刻机加工出周期性排列的圆环阵列。对聚酰亚胺薄膜表面进行喷砂处理以提高频率选择表面与纤维增强复合材料的界面结合强度，采用砂粒径300目，喷砂压力10psi。同时，将上述聚酰亚胺薄膜浸泡在浓度为1.5摩尔每升的氢氧化钠溶液中浸泡，温度为室温，时间0.5小时。然后，在聚酰亚胺相邻四个导电圆环的中心区域进行打孔，打孔直径2mm；
在厚度为0.6mm的编织玻璃纤维布上涂刷环氧树脂，将四层玻璃纤维布按0°/45°/-45°/0°逐层铺入尺寸为350mm×350mm的模具中并压紧，铺层厚度约2.2mm。然后，将制备好的频率选择表面放入模具正中间，继续按0°/45°/-45°/0°逐层铺入浸渍了环氧树脂的玻璃纤维布。在模具中加入适量的环氧树脂至刚好没过玻璃纤维布后，盖上模具，在80℃、2MPa压力性固化8小时；
固化完毕后，取出材料，切除余料，并打磨四周。然后，采用磨床对两侧的玻璃纤维增强环氧树脂精加工，控制厚度为2±0.1mm；
最后，在上述材料下侧喷涂一层方阻值约为15Ω/sq的导电碳浆料，80℃烘箱中固化12小时，得到结构/隐身一体化复合材料。
实施例二：
本实施例提供一种在5～21GHz全频段内反射衰减优于-10dB的结构/隐身一体化复合材料；本实施例玻璃纤维增强环氧树脂(牌号CYDHD-240)材料作为纤维增强复合材料。采用同轴线法测得其在2～25GHz频段内的相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，无磁性；
设计得到的频率选择表面为周期性排列的导电正方形环，具体设计参数为：方环排列周期为6.8mm，正方形环外径边长为6mm，环宽为2mm(即中心镂空正方形边长为2mm)，方环的表面方阻为70Ω/sq，频率选择表面上、下层玻璃纤维增强环氧树脂板的厚度均为2.5mm；
采用厚度为0.05mm的PET作为导电膜基底，采用300目的砂、10psi的喷砂压力对PET膜的表面进行喷砂处理，增加粗糙度。同时，将上述PET薄膜在质量分数为33％的氨水中浸泡，保温温度为80℃，时间5小时。提高频率选择表面与纤维增强复合材料的界面结合强度。然后，采用磁控溅射工艺在处理后的PET薄膜上镀上一层厚度为70nm的ITO薄膜。最后，采用激光雕刻机加工出周期性排列的正方形环阵列；
在厚度为0.6mm的编织玻璃纤维布上涂刷环氧树脂，将四层玻璃纤维布按45°/90°/90°/-45°逐层铺入尺寸为350mm×350mm的模具中并压紧，铺层厚度约2.7mm。然后，将制备好的频率选择表面放入模具正中间，继续按45°/90°/90°/-45°逐层铺入浸渍了环氧树脂的玻璃纤维布。在模具中加入适量的环氧树脂至刚好没过玻璃纤维布后，盖上模具，在80℃烘箱中热压固化8小时，压力2MPa；
固化完毕后，取出材料，切除余料，并打磨四周。然后，采用磨床对两侧的玻璃纤维增强环氧树脂精加工，控制厚度为2.5±0.2mm；
最后，在上述材料下侧喷涂一层方阻值约为15Ω/sq的导电碳浆料，80℃烘箱中固化12小时，得到结构/隐身一体化复合材料。
对实施例以及对比例所得复合材料进行测试：
力学抗拉强度测试：按照标准GBT1447-2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》规定的方法，采用万用拉伸机测试实施例及对比例的抗拉强度，实施例1为348MPa，实施例2为337MPa，对比例1、2为未植入频率选择表面的复合材料，对比例1抗拉强度为362MPa，对比例2的强度为346MPa。实施例1、2与对应的对比例1、2的力学强度相当；
雷达反射衰减性能测试：按照标准GJB2023-2011《雷达吸波材料反射率测试方法》规定的方法，采用包含矢量网络分析仪的拱形法测试系统测试实施例及对比例的雷达反射衰减，实施例1能在12GHz实现优于-27.5dB的反射衰减，实施例2能在5～21GHz频段内实现优于-10dB的反射衰减。而对比例未见有衰减雷达波的效果。实施例1、实施例2不仅能实现特定频段的雷达反射衰减功能，同时能保证良好的力学强度。
表1
Figure BDA0002931689250000091
表2
Figure BDA0002931689250000101
由表1-2可知，采用一定浓度的氢氧化钠和氨水溶液对塑料膜进行频率选择表面的基底进行表面处理能提高频率选择表面与复合材料间的结合强度。理想的是氢氧化钠溶液浓度不小于0.8摩尔每升，避免短时间内无法有效地促进聚酰亚胺表面形成活化基团，促进薄膜与复合材料的结合。采用氨水对PET基底处理时，理想的是其质量百分数大于25％，且在不低于60℃的条件下处理至少4-6小时，藉此，进一步保证植入频率选择表面以后的复合材料具备良好的力学强度。
图6示出实施例2-2中材料吸波性能随排列周期p的变化。可以看到，当周期性单元在吸波工作频段最低限对应波长的1/20至1/5之间时，具有较好的吸波性能；
图7示出实施例2-3中材料吸波性能随方环外径a1的变化。可以看到，随着a1增加，高频端的吸收峰逐渐向高频段移动，可以通过调节a1对高频段吸收峰位置进行调节；
图8示出实施例2-4中材料吸波性能随方环环宽(环宽＝(a1-a2)/2)的变化。可以看到，随着环宽增加，频率整体向低频端移动，可以通过调节环宽来调节吸收频率整体位置。

Claims (10)

1.一种结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，包括：至少两层树脂基复合材料层；夹于至少两层所述树脂基复合材料层间的至少一层频率选择表面层，所述树脂基复合材料层与所述频率选择表面层交替排列；以及最底层金属反射层，
构成所述树脂基复合材料层的树脂基复合材料在2～20 GHz频段内的相对介电常数为2～5，
所述频率选择表面层具有二维周期性排列的导电图案，相邻的所述导电图案的尺寸及其几何中心间的间距在所述结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段最低限对应波长的1/20至1/5之间，
所述结构/隐身一体化复合材料的抗拉强度不小于200MPa。
2.根据权利要求1所述的结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，所述结构/隐身一体化复合材料的吸波工作频段落入2～20 GHz的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，所述导电图案的表面方阻值在0.01Ω/sq至1000Ω/sq之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，所述树脂基复合材料层的树脂基复合材料在2～18GHz频段的相对介电常数在2～5之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，所述树脂基复合材料为纤维增强复合材料，使用的增强纤维为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、碳纤维中的至少一种，所述树脂基复合材料层的材料优选为玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强聚醚醚酮、芳纶纤维增强环氧树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，所述导电图案由铜箔、铝箔、导电碳膜或ITO导电膜制作，优选所述导电图案为正方形、圆环、正方形环、六边形环中的一种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的结构/隐身一体化复合材料，其特征在于，所述金属反射层的方阻不大于15Ω/sq。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的结构/隐身一体化复合材料在飞机蒙皮或舰船舱板结构中的应用。
9.一种制备权利要求1至7中任一项所述的结构/隐身一体化复合材料的方法，其特征在于，包括：
根据设定的尺寸及几何中心间的间距制作导电图案，形成频率选择表面；
将纤维布或纤维束在树脂浆料中浸渍，得到预浸料；
在模具中以预定的顺序铺设所述预浸料以及放入频率选择表面，进行热压成型；以及
所述热压成型完成后，利用导电浆料或导电膜在最底层形成金属反射层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、或聚甲基丙烯酸甲酯作为频率选择表面的制备基膜，对基膜未覆盖频率选择表面的区域用浓度在0.8至2摩尔每升间的氢氧化钠溶液，在室温下处理0.5至1.5小时，进行表面活化，或者采用质量百分数在25%至33%的氨水溶液，在60至90℃下保温4至7小时，进行表面活化。
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