一种具有单元结构图案的雷达吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及一种具有单元结构图案的雷达吸波材料及其制备方法。
背景技术
隐身技术是在一定的探测环境中，通过缩减、控制目标的各种特性信号，降低其可探测性，使其难以被发现、跟踪、识别和攻击的综合性技术。实战表明，隐身技术能有效地提高武器装备的生存、突防能力和作战效能。因此，隐身技术已成为各军事强国的研究热点之一。
吸波材料是实现武器装备隐身化的重要技术途径之一，也是实现吸波的物质基础。在不改变目标外形的前提下，使用吸波材料的武器装备，可大大减小信号特征，降低可探测性，从而提高武器装备的生存能力，增加攻击性，获得最直接的军事效益。
目前在武器型号上得到工程化应用的吸波材料主要有涂覆型的吸波涂层材料、贴覆型的吸波贴片材料和集承载隐身一体化的吸波结构材料。在战场环境下，这些应用在武器型号表面的吸波材料会很轻易的遭到破坏，从而丧失吸波性能，起不到降低武器型号表面RCS的目的。为了保持武器装备的隐身性能，需对被破坏的隐身材料进行整体更换。然而，吸波材料进行更换时，需要先将破损的材料从武器装备表面清除，再采用涂覆或贴覆的工艺更换新的吸波材料，更换工序复杂所需周期长，维护成本高，不能满足武器型号快速修复快速投入战斗的技战术指标要求。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有单元结构图案的雷达吸波材料及其制备方法。雷达吸波材料具有的单元结构图案采用具有吸波性能的结构单元和具有透波性能的结构单元，按照设计要求拼装而成。和传统具有单元结构图案的雷达吸波材料相比无需采用固定模板印刷，具有很强的灵活性，而且在吸波材料出现局部被破坏的情况下，可以使用相同形状尺寸类型的结构单元对损伤的部分进行拼装替换，不需要对吸波材料进行整体更换，维护成本低、修复周期短，符合快速修复快速投入战斗的技战指标要求。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明一种具有单元结构图案的雷达吸波材料由具有吸波性能的结构单元按设计图案拼装而成或由具有吸波性能的结构单元和具有透波性能的结构单元按设计图案拼装而成。
所述的具有透波性能的结构单元是由聚氨酯硬泡材料制成。
所述具有吸波性能的结构单元是由聚氨酯硬泡材料浸涂吸波涂料后制成。
所述的具有吸波性能的结构单元与具有透波性能的结构单元配套使用时，其形状尺寸结构需保持一致。
所述具有吸波性能的结构单元和具有透波性能的结构单元外观形状为底面直角等腰三角形的三棱柱体；其外形尺寸为：底面三角形腰长范围在20mm～50mm之间，棱长范围在50mm～200mm之间。
所述的吸波涂料为是水性的吸波涂料，吸波涂料中吸收剂在涂料体系中质量百分比为0.5％～30％，吸收剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管等中的一种或几种。
本发明一种具有单元结构图案的雷达吸波材料制备方法，包括以下步骤：
S1：吸波涂料的配制：根据设计要求，将雷达吸波剂与水性树脂在600rpm～1000rpm的条件下搅拌20min～30min，混合均匀后得到吸波涂料；
S2：将步骤S1制备得到的吸波涂料浸涂在聚氨酯硬泡材料上，60℃～100℃条件下烘烤干燥；反复多次，直至结构单元增重达到设计目标后，得到具有吸波功能的结构单元材料；
S3：最后按照单元结构图案的设计要求将形状尺寸一致的具有吸波性能的结构单元和具有透波性能的结构单元拼装到一起制备得到具有单元结构图案的雷达吸波材料。
优选的，步骤S1中使用的水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸酯树脂、水性丙烯酸多元醇分散体树脂等的一种或几种。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种具有单元结构图案的雷达吸波材料及其制备方法，与现有技术相比，本发明所述的具有单元结构图案的雷达吸波材料采具有吸波性能的结构单元按照设计要求拼装而成或由具有吸波性能的结构单元和具有透波性能的结构单元，按照设计要求拼装而成。结构单元图案无需采用固定模板印刷，具有很强的灵活性，而且在吸波材料出现局部损伤的情况下，可以使用相同形状类型的结构单元对损伤的部分进行替换，不需要对整个吸波材料进行更换，降低材料使用成本缩短材料维护周期，符合快速修复快速投入战斗的技战指标要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的雷达吸波材料结构示意图；
图2是本发明实施例2的雷达吸波材料结构示意图；
图3是本发明实施例3的雷达吸波材料结构示意图；
图4是本发明实施例4的雷达吸波材料结构示意图；
图5是本发明实施例5的雷达吸波材料结构示意图；
图中：1-0.5％的石墨烯吸波结构单元、2-透波结构单元、3-5％的纳米碳管吸波结构单元、4-30％的导电炭黑吸波结构单元、5-20％的导电炭黑吸波结构单元、6-5％的导电炭黑吸波结构单元、7-8％的纳米碳管吸波结构单元、8-25％的导电炭黑吸波结构单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
1)吸波涂料的制备：按照设计要求采用水性聚氨酯树脂和石墨烯雷达吸波剂，在600rpm的条件下搅拌分散20min，制备得到吸收剂浓度为0.5％的石墨烯吸波涂料；
2)采用形状是底面为等腰直角三角形的三棱柱体聚氨酯硬泡材料，其中三棱柱体底面等边三角形的腰长为20mm，三棱柱体的棱长为200mm，
3)吸波功能的结构单元材料的制备：将上述尺寸规格的聚氨酯硬泡材料浸渍到浓度为0.5％的石墨烯吸波涂料中，在60℃的条件下进行烘烤干燥，直至最终单个三棱柱体增重量达到3g～4g；
4)具有单元结构图案的雷达吸波材料的制备：使用相同尺寸形状的聚氨酯硬泡材料作为透波的结构单元，与上述吸波结构单元按照设计图案要求拼装成图1所示的雷达吸波材料。图中1：0.5％的石墨烯吸波结构单元；2：透波结构单元。
此单元结构吸波材料在在2GHz～8GHz波段范围内反射率≤-15dB，其中在2GHz～4GHz波段范围内反射率≤-25dB。
实施例2
1)吸波涂料的制备：按照设计要求采用水性聚氨酯树脂和导电炭黑雷达吸波剂，在1000rpm的条件下搅拌分散30min，制备得到吸收剂浓度为30％的导电炭黑吸波涂料；采用水性丙烯酸酯树脂和纳米碳管雷达吸波剂，在8000rpm的条件下搅拌分散25min，制备得到吸收剂浓度为5％的纳米碳管吸波涂料；
2)采用形状是底面为等腰直角三角形的三棱柱体聚氨酯硬泡材料，其中三棱柱体底面等腰直角三角形的腰长为50mm，三棱柱体的棱长为100mm；
3)吸波功能的结构单元材料的制备：将上述尺寸规格的聚氨酯硬泡材料分别浸渍到浓度为30％的导电炭黑吸波涂料和浓度为5％的纳米碳管吸波涂料中，在100℃的条件下进行烘烤干燥，直至最终浸渍导电炭黑吸波涂料的单个三棱柱体增重量达到16g～18g，浸渍纳米碳管吸波涂料的单个三棱柱体增重量达到4g～5g；
4)具有单元结构图案的雷达吸波材料的制备：按照设计图案要求拼装成图2所示的雷达吸波材料。图中：3：5％的纳米碳管吸波结构单元；4：30％的导电炭黑吸波结构单元。
此单元结构吸波材料在在2GHz～18GHz波段范围内反射率≤-10dB，其中在8GHz～18GHz波段范围内反射率≤-15dB。
实施例3
1)吸波涂料的制备：按照设计要求采用水性丙烯酸多元醇分散体和导电炭黑雷达吸波剂，在1000rpm的条件下搅拌分散30min，制备得到吸收剂浓度为20％的导电炭黑吸波涂料；采用水性丙烯酸多元醇分散体和导电炭黑雷达吸波剂，在800rpm的条件下搅拌分散20min，制备得到吸收剂浓度为5％的导电炭黑吸波涂料；
2)采用形状是底面为等腰直角三角形的三棱柱体聚氨酯硬泡材料，其中三棱柱体底面等边三角形的腰长为30mm，三棱柱体的棱长为50mm；
3)吸波功能的结构单元材料的制备：将上述尺寸规格的聚氨酯硬泡材料分别浸渍到浓度为20％的导电炭黑吸波涂料和浓度为5％的导电炭黑吸波涂料中，在80℃的条件下进行烘烤干燥，直至最终浸渍20％导电炭黑吸波涂料的单个三棱柱体增重量达到15g～18g，浸渍5％导电炭黑吸波涂料的单个三棱柱体增重量达到5g～8g；
4)具有单元结构图案的雷达吸波材料的制备：按照设计图案要求拼装成图3所示的雷达吸波材料。5：20％的导电炭黑吸波结构单元；6：5％的导电炭黑吸波结构单元。
此单元结构吸波材料在在8GHz～18GHz波段范围内反射率≤-20dB，其中在8GHz～12GHz波段范围内反射率≤-25dB。
实施例4
1)吸波涂料的制备：按照设计要求采用水性聚氨酯树脂和纳米碳管雷达吸波剂，在600rpm的条件下搅拌分散20min，制备得到吸收剂浓度为8％的纳米碳管吸波涂料；
2)采用形状是底面为等腰直角三角形的三棱柱体聚氨酯硬泡材料，其中三棱柱体底面等边三角形的腰长为40mm，三棱柱体的棱长为150mm，
3)吸波功能的结构单元材料的制备：将上述尺寸规格的聚氨酯硬泡材料浸渍到浓度为8％的纳米碳管吸波涂料中，在60℃的条件下进行烘烤干燥，直至最终单个三棱柱体增重量达到6g～8g；
4)具有单元结构图案的雷达吸波材料的制备：使用相同尺寸形状的聚氨酯硬泡材料作为透波的结构单元，与上述吸波结构单元按照设计图案要求拼装成图4所示的雷达吸波材料。图中：7：8％的纳米碳管吸波结构单元；2：透波结构单元。
此单元结构吸波材料在1GHz～8GHz波段范围内反射率≤-20dB，其中在4GHz～6GHz波段范围内反射率≤-30dB。
实施例5
1)吸波涂料的制备：按照设计要求采用水性聚氨酯树脂和纳米碳管雷达吸波剂，在1000rpm的条件下搅拌分散30min，制备得到吸收剂浓度为25％的导电炭黑吸波涂料；
2)采用形状是底面为等腰直角三角形的三棱柱体聚氨酯硬泡材料，其中三棱柱体底面等腰直角三角形的腰长为50mm，三棱柱体的棱长为120mm；
3)吸波功能的结构单元材料的制备：将上述尺寸规格的聚氨酯硬泡材料浸渍到浓度为25％的导电炭黑吸波涂料中，在80℃的条件下进行烘烤干燥，直至最终单个三棱柱体增重量达到18g～20g；
4)具有单元结构图案的雷达吸波材料的制备：使用相同尺寸形状的聚氨酯硬泡材料作为透波的结构单元，与上述吸波结构单元按照设计图案要求拼装成图5所示的雷达吸波材料。图中：8：25％的导电炭黑吸波结构单元；2：透波结构单元。
此单元结构吸波布在在1GHz～18GHz波段范围内反射率≤-12dB，其中在8GHz～18GHz波段范围内反射率≤-20dB。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
