一种方舱舱板及其制备方法

技术领域

本发明涉及方舱舱板技术领域，尤其涉及一种方舱舱板及其制备方法。

背景技术

军用方舱是由夹芯板组装成型的装载军事装备和人员，并提供其所需要的工作条件和环境防护的可移动舱体。方舱外形特征明显，容易被敌方发现。为提高方舱的战场生存能力，需采取必要的雷达隐身措施。同时方舱在移动过程中会受到的一定的冲击，因此在满足隐身性能的同时需兼顾抗冲击性能。

目前解决吸波性能与抗冲击性能的途径有三种：（1）采用玻璃钢＋聚脲的面板组合；（2）采用高强度、低介电的超高分子量PE纤维作为增强材料，同时与高断裂延伸率、高弹性聚脲弹性树脂进行复合，制备低介电、抗冲击性能强的蒙皮作为吸波材料蒙皮；（3）在耐撞击吸波芳纶蜂窝芯面层的蜂窝孔格内填充增韧树脂。途径1聚脲的厚度需大于0.8mm方可实现耐撞击性能，但当蒙皮厚度大于0.8mm时，Ku波段和Ka波段的性能较差，不能实现宽频强吸收；途径2虽可实现宽频强吸收，但聚乙烯/聚脲树脂制备的蒙皮耐环境性能差，不能满足工程应用；途径3虽可实现宽频强吸收和抗冲击性能，但在蜂窝孔内填充树脂，会造成蜂窝吸波材料的面密度较大，不能满足轻量化方舱的需求。

目前实现方舱舱板宽频强吸收尤其是在低频频段强吸收主要是通过加入磁性吸收剂，但是加入磁性吸收剂会显著提高舱板的重量，从而降低装备的机动性能。

中国专利申请CN116834393A公开了一张方舱板材及其制备方法、方舱，方舱板材包括依次层叠设置的第一蒙皮层、第一蜂窝夹芯层、第二蒙皮层、第二蜂窝夹芯层和第三蒙皮层；第一蒙皮层包括至少一层第一子层和至少一层第二子层；第二蒙皮层包括至少一层第三子层和至少一层第四子层；第一子层和第三子层独立选自玻璃纤维增强复合材料层和碳纤维增强复合材料层中的至少一种；第二子层和第四子层独立选自芳纶纤维增强复合材料层、PBO纤维层、PBO增强复合材料层和分子量为300W以上的聚乙烯增强复合材料层中的至少一种。该发明所述的方舱板材虽然防弹效费比高，但是该发明的蒙皮层厚度太厚，会导致Ku和Ka频段平板反射率显著升高；现有技术中也有采用玻璃钢蒙皮的，但是玻璃钢蒙皮质地较脆，较脆较薄的蒙皮受撞击时容易破裂，导致军用方舱舱板材料损坏，不能满足撞击应用工况的要求，而撞击应用工况在军用方舱舱板工程应用中普遍存在，因此方舱舱板的宽频段强吸波功能和耐撞击功能的兼容实现技术问题亟待解决。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质化、宽频强吸收、耐环境性能优异的蜂窝夹芯方舱舱板及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明通过在底层吸波蜂窝芯上设计一定的周期性图案形成超材料结构，在不喷磁性吸收剂条件下可显著降低低频性能；同时采用镍网替代碳纤维反射层，在满足反射层要求的条件下可显著降低面密度的方舱舱板；蒙皮厚度仅0.3mm即可满足GJB2093A-2012《军用方舱通用试验方法》5.1节-夹芯板耐撞击性能指标，同时该厚度蒙皮具有优异的透波性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种方舱舱板，包括自上向下依次层叠设置的抗冲击蒙皮、面层吸波蜂窝芯、粘接层、底层吸波蜂窝芯、反射层和底层蒙皮。

优选的，所述抗冲击蒙皮和底层蒙皮采用纤维增强树脂制备的预浸料1热压成型制得，所用预浸料1中树脂的含量为38%~40%。

优选的，所述纤维为PBO、芳纶纤维、HS玻璃纤维中的一种，其纤维克重为200~220g/m

优选的，所述树脂为氰酸酯树脂和/或改性氰酸酯树脂，其介电常数（10GHz~40GHz）ε≤3.2，介电损耗（10GHz~40GHz）tanδ≤0.02，同时该树脂具有优异的柔韧和冲击性能，其冲击性能≥50mm，柔韧性能≤2mm。

优选的，所述面层吸波蜂窝芯的孔为正六边形，边长为1.83mm-5.5mm，厚度为2mm-12mm。

优选的，所述底层吸波蜂窝芯的孔为正六边形，边长为1.83mm-5.5mm，厚度为2mm-12mm。

优选的，所述吸波蜂窝芯为芳纶蜂窝、玻璃布蜂窝中的一种。

进一步优选的，所述底层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯喷涂有吸波涂层。

进一步优选的，所述底层吸波蜂窝芯包括多个蜂窝周期性结构单元。

优选的，所述吸波涂层，以重量份计，包括如下组分：吸收剂0.5-20份、基体树脂80-99.5份、润湿剂0.25-10份、溶剂10-400份，流平剂0.5-1份，抗沉剂0.2-0.5份。

优选的，所述吸收剂为炭黑、短切碳纤维、石墨烯、碳纳米管等电损耗吸收剂中的一种或几种的混合物。

进一步优选的，所述基体树脂为聚氨酯和/或改性聚氨酯；

进一步优选的，所述改性聚氨酯的制备方法如下：

在氮气条件下，将二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡混合后加热反应，加入聚醚二元醇，继续反应，得到预聚体；向预聚体中加入乙二胺、[二(2-羟乙基)氨基]甲磺酸钠、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷反应得到改性聚氨酯。

通过对聚氨酯进行改性，可以从力学上形成缓冲带吸收一定形变能量，防止银纹和裂痕产生，并提高各物料之间的相容性，固化后形成形成化学键黏附在聚氨酯连续相中，进一步吸收应变力产生的形变能，阻止断裂发生，从而增加了吸波涂层的柔韧性，使得涂层在吸波蜂窝芯上不易脱落。

进一步优选的，所述溶剂为水。

进一步优选的，所述流平剂为丙烯酸共聚物流平剂和/或聚酯改性聚二甲基硅氧烷类流平剂。

本发明所述吸波涂层的制备方法如下：将吸收剂、基体树脂、润湿剂、溶剂、流平剂、抗沉剂混合搅拌均匀得到所述吸波涂层。

进一步地，面层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯通过预浸料2进行粘接，所用预浸料2的纤维布克重为200-220g，树脂的含量为48-52%。

进一步地，所述吸波蜂窝芯层与抗冲击蒙皮及底层蒙皮之间均设有环氧胶膜。

进一步优选，所述反射层为镍网，其面密度为(50~60)g/m

本发明还公开了上述方舱舱板的制备方法，包括如下步骤：

S1首先制备吸波涂层，面层吸波蜂窝芯采用整体喷涂吸波涂层方式，底层吸波蜂窝芯通过掩模版遮挡后喷涂吸波涂层，表干后进行烘干固化，得到面层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯；

S2以预浸料1为基材，经热压成型后得到上层蒙皮和底层蒙皮；

S3按照抗冲击蒙皮、环氧胶膜、面层吸波蜂窝芯、预浸料2、底层吸波蜂窝芯、环氧胶膜、镍网、底层蒙皮的顺序进行铺层，然后进行热压固化得到所述方舱舱板。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

1、本发明通过采用高强纤维预浸料作为面层，蒙皮厚度仅0.3mm厚即可满足GJB2093A-2012《军用方舱通用试验方法》5.1节-夹芯板耐撞击性能指标，同时该厚度蒙皮具有优异的透波性能，能够保证舱板在1GHz-40GHz频段条件下均可实现宽频强吸收；

2、本发明面层吸波蜂窝芯和底层蜂窝芯之间采用高含胶量的预浸料进行粘接，降低了常规方法中采用环氧胶膜、预浸料、环氧胶膜的的粘接工序，可提高生产效率；

3、本发明的底层吸波蜂窝芯通过掩模版遮挡周期性吸波蜂窝结构设计，可显著提高方舱舱板在低频的吸波性能；

4、本发明的反射层采用镍网替代碳纤维，减少了模压次数，同时降低了面密度和成本；

5、本发明通过对吸波涂层进行改性，可以增强吸波涂层的柔韧性，使得涂层在吸波蜂窝芯上不易脱落，进而提高了涂层的机械性能。

附图说明

图1为实施例1的方舱舱板结构示意图。

图2为掩模版的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

一种方舱舱板的制备方法，包括如下步骤：

S1将吸收剂180g、基体树脂800g、润湿剂90g、水3600g，流平剂5g，抗沉剂0.2g混合搅拌均匀得到所述吸波涂层；其中吸收剂为炭黑；所述的润湿剂为聚氧乙烯烷芳基醚；所述流平剂为聚酯改性聚二甲基硅氧烷；所述抗沉剂为有机膨润土；

S2面层芳纶蜂窝芯采用整体喷涂吸波涂层方式并在80℃条件下烘干固化，底层玻璃布蜂窝芯通过掩模版遮挡后喷涂吸波涂层，所述掩膜版的结构示意图如图2所示；表干后在80℃条件下烘干固化，得到面层吸波蜂窝芯和底层吸波蜂窝芯；所述面层芳纶蜂窝芯的厚度为5mm，窝芯孔为正六边形，面层芳纶蜂窝芯的吸波涂层增重为80g/m

S3分别以预浸料1为基材，经热压成型后得到上层蒙皮和底层蒙皮；

S4按照抗冲击蒙皮、环氧胶膜、面层芳纶蜂窝芯、预浸料2、底层玻璃布蜂窝芯、环氧胶膜、镍网、底层蒙皮的顺序进行铺层，然后置于平板热压机上热压固化后得到所述方舱舱板。

所述S1步骤中基体树脂为改性聚氨酯，其制备方法如下：在氮气条件下，将350g二异氰酸酯、0.5g二月桂酸二丁基锡混合后，加热至70℃反应2h，加入860g聚醚二元醇，继续反应4h，得到预聚体；向预聚体中加入12g乙二胺反应2h，以2滴/秒的速度滴加37g [二(2-羟乙基)氨基]甲磺酸钠，滴加完成后反应0.5h；加入25g γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，反应1h，反应完成后冷却至室温，蒸除溶剂后得到改性聚氨酯。

所述S3步骤中预浸料1的芳纶纤维克重为200g，树脂含量为38%。

所述S4步骤中预浸料2的玻璃纤维布克重为210g，树脂的含量为50%；镍网的面密度为58g/m

实施例2

与实施例1制备方法相似，不同之处在于：所述基体树脂为聚氨酯。

实施例3

与实施例1制备方法相似，不同之处在于：抗冲击蒙皮和底层蒙皮的制备方法以含HS玻璃纤维的预浸料为基材，经热压成型后得到。

实施例4

与实施例1制备方法相似，不同之处在于：吸波涂层的配方为吸收剂200g、基体树脂995g、润湿剂100g、水4000g，流平剂10g，抗沉剂5g；所述吸收剂为石墨烯；所用预浸料2的纤维布克重为200g，树脂含量为48%，镍网的面密度为50g/m

实施例5

与实施例1制备方法相似，不同之处在于：吸波涂层的配方为吸收剂5g、基体树脂800g、润湿剂2.5g、水100g，流平剂50g，抗沉剂2g；所述吸收剂为碳纳米管；所用预浸料2的纤维布克重为220g，树脂含量为52%，镍网的面密度为60g/m

对比例1

与实施例1不同之处在于：抗冲击蒙皮和底层蒙皮的制备方法为以玻璃纤维预浸料为基材，经热压成型后得到。

对比例2

与实施例1不同之处在于：该底层吸波蜂窝芯未进行周期性结构设计，采用整体喷涂方式进行涂覆。

将上述实施例及对比例获得的方舱舱板分别进行电性能和耐撞击性能测试，通过电性能、耐撞击性能来评价材料综合性能，其测试表如下表1所示：

表1 方舱舱板性能测试结果表

通过测试结果可以看出，本发明的实施例在电性能满足GJB1411A-2015一级指标的同时满足GJB2093-2012耐撞击性能，相较于对比例，在吸波性能和耐撞击性能方面有明显优势，同时吸波板的面密度不大于5kg/m

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。