一種吸波仿生複合材料及製備方法與流程
2023-10-06 13:10:24 2
本發明屬於高分子材料技術領域，具體涉及一種吸波仿生複合材料及製備方法，吸波仿生複合材料模擬植物外觀、光譜反射和吸收雷達波特性從而達到兼具紅外、光譜成像偽裝、林地背景可見光偽裝和雷達隱身的目的。
背景技術：
隨著現代科學技術的發展，電磁波輻射對環境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波幹擾無法起飛而誤點；在醫院、行動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁汙染，尋找一種能抵擋並削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學的一大課題。所謂吸波材料，指能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料。在工程應用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內對電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質量輕、耐溫、耐溼、抗腐蝕等性能。
參見中國公開專利CN102087081A（公開日為2011年6月8日），具體公開了一種具有吸波功能的隱形人造草，包括草絲、草底布及背膠層，所述草絲固定在所述草底布上，所述背膠層塗布在所述草底布的背面，吸波材料存在於所述草絲、草底布或背膠層中，能夠吸收電磁波輻射，可用於軍事上或戰時防雷達探測，起到軍用機場、軍用地下基地、炮彈存放地、地下人防工程等大範圍的軍事用地隱形的作用。但是，上述人造草僅有吸收雷達波達到雷達隱身目的的吸波材料，無兼具雷達、可見光和紅外隱身性能的材料及加工方法，具有很大的局限性。
技術實現要素：
針對現有領域的局限性，本發明設計了一種兼具雷達、可見光和紅外隱身性能的吸波仿生複合材料及其製備方法。
為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:
一種吸波仿生複合材料，其特徵在於，吸波仿生複合材料由有機仿生材料和吸波材料組成，仿生材料以草束狀種植在吸波材料上，機仿生材料由以下重量份的組分製成：聚乙烯醇水溶性高分子為1-8份；金屬氯化物1-7份；染色劑2-6份；交聯劑為2-9份；催化劑為5-6份。
進一步地，所述金屬氯化物指吸溼性較強的無機鹽。
進一步地，所述無機鹽為氯化鋰或氯化鈣。
進一步地，所述交聯劑為L-蘋果酸或食用蘋果醋。
進一步地，所述催化劑為醋酸。
進一步地，所述染色劑為氧化鉻綠或草絲黃。
一種吸波仿生複合材料的加工方法，包括以下步驟：
（1）按重量份稱取各組分原料，將1-8份聚乙烯醇水溶性高分子加入250mL去離子水中溶解，製成聚乙烯醇溶液；
（2）將1-7份金屬氯化物、 2-9份交聯劑，5-6份催化劑，2-6份染色劑溶於上述聚乙烯醇溶液中，在溫度為60-90℃的條件下，經過交聯反應5-6小時，製成鑄膜液；
（3）將步驟（2）中的鑄膜液取出，置於烘箱中加熱至80-100℃、1-1.5h促使聚乙烯醇交聯再將抽真空脫泡後平鋪於定製板上；
（4）將定製板置於恆溫恆溼箱中加熱，溫度40℃、溼度45%、加熱時間16h，得到片狀有機仿生材料；
（5）將上述步驟（4）製得的片狀有機仿生材料利用切絲設備切成絲狀有機仿生材料；
（6）將絲狀有機仿生材料以5-10根捆成草束；
（7）使用工裝將吸波材料固定在自動點膠設備上，後將草束種植於吸波材料上；
（8）使用自動點膠設備將吸波材料和仿生材料複合，得到吸波仿生複合材料。
進一步地，所述步驟（5）中的絲狀有機仿生材料的寬度為1mm。
進一步地，所述步驟（3）中，鑄膜液抽真空脫泡具體包括：將鑄膜液置於抽濾瓶或真空烘箱中抽真空後，置於室溫下密封靜置，時間為18-24h。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
仿生材料中加入的交聯劑和催化劑的作用是兩者共同促使聚乙烯醇發生交聯反應。氧化鉻綠是深綠色顏料，保證有機仿生材料與植物葉片具有相似的顏色以及光譜反射特性。金屬氯化物是具有吸溼性的，在有機仿生材料中添加金屬氯化物可以保證複合材料能夠吸溼，能夠適應惡劣環境。鑄膜液經過密封靜置過程是為了防止鑄膜液中的水分流失。所有材料融合後具有光譜反射性能，紅外和鄰近紅外的光譜都可以被反射。
將本發明製備的吸波仿生複合材料進行化學表徵，從圖3-4可以看出，本發明製備的吸波仿生複合材料與RAC16型吸波材料相比，吸收雷達波特性基本相當， 說明該吸波材料與仿生材料複合之後，仿生材料對吸波材料的吸收雷達特性基本沒影響，從而達到雷達隱身的作用。圖5-6為仿生材料和植物的接近程度對比，從圖中可以看出本發明的仿生材料與普通植物葉片類似，能夠模擬植物外觀，同時，該仿生材料具有光譜反射特性，達到紅外、光譜成像偽裝、林地背景可見光偽裝。
本發明中的有機仿生材料，可以同時實現模擬植物的蒸騰作用以及光譜反射特性。吸波材料具有吸收雷達的特性。有機仿生材料和吸波材料複合成複合材料，從而該複合材料能夠保證吸波仿生複合材料模擬植物外觀、光譜反射和吸收雷達波特性從而達到兼具紅外、光譜成像偽裝、林地背景可見光偽裝和雷達隱身的作用。
附圖說明
圖1是本發明中吸波材料的結構示意圖。
圖2是吸波仿生複合材料複合過程意圖。
圖3是吸波仿生複合材料高頻反射率測試曲線。
圖4是吸波仿生複合材料低頻反射率測試曲線。
圖5是仿生材料與銀杏葉片的紅外光譜發射率。
圖6是植物葉片與仿生材料的太陽光譜反射率。
具體實施方式
下述實施例是對於本發明內容的進一步說明以作為對本發明技術內容的闡釋，但本發明的實質內容並不僅限於下述實施例所述，本領域的普通技術人員可以且應當知曉任何基於本發明實質精神的簡單變化或替換均應屬於本發明所要求的保護範圍。
本發明中選用大連東信微波吸收材料有限公司、型號為：RAC16、規格：200*200*17mm的吸波材料，其具體成分為橡膠和粉末狀羰基鐵，吸波材料的形狀如圖1所示。
吸波材料及仿生材料複合過程意圖如圖2所示，仿生材料以草束狀種植在吸波材料上。
實施例1
（1）按重量份稱取各組分原料，將1份聚乙烯醇水溶性高分子加入250mL去離子水中溶解，製成聚乙烯醇溶液；
（2）將1份氯化鋰、 2份L-蘋果酸，5份醋酸，2份氧化鉻綠溶於上述聚乙烯醇溶液中，在溫度為60℃的條件下，經過交聯反應5小時，製成鑄膜液；
（3）將步驟（2）中的鑄膜液取出，置於烘箱中加熱至80℃、1h促使聚乙烯醇交聯再將抽真空脫泡後平鋪於定製板上，抽真空脫泡具體包括：將鑄膜液置於抽濾瓶或真空烘箱中抽真空後，置於室溫下密封靜置，時間為18h；
（4）將定製板置於恆溫恆溼箱中加熱，溫度40℃、溼度45%、加熱時間16h，得到片狀有機仿生材料；
（5）將上述步驟（4）製得的片狀有機仿生材料利用切絲設備切成絲狀有機仿生材料，絲狀有機仿生材料的寬度為1mm；
（6）將絲狀有機仿生材料以5根捆成草束；
（7）使用工裝將吸波材料固定在自動點膠設備上，後將草束種植於吸波材料上；
（8）使用自動點膠設備將吸波材料和仿生材料複合，得到吸波仿生複合材料。
實施例2
（1）按重量份稱取各組分原料，將4份聚乙烯醇水溶性高分子加入250mL去離子水中溶解，製成聚乙烯醇溶液；
（2）將3份氯化鋰、 6份L-蘋果酸，5.5份醋酸，4份氧化鉻綠溶於上述聚乙烯醇溶液中，在溫度為75℃的條件下，經過交聯反應5.5小時，製成鑄膜液；
（3）將步驟（2）中的鑄膜液取出，置於烘箱中加熱至90℃、1.2h促使聚乙烯醇交聯再將抽真空脫泡後平鋪於定製板上，抽真空脫泡具體包括：將鑄膜液置於抽濾瓶或真空烘箱中抽真空後，置於室溫下密封靜置，時間為21h；
（4）將定製板置於恆溫恆溼箱中加熱，溫度40℃、溼度45%、加熱時間16h，得到片狀有機仿生材料；
（5）將上述步驟（4）製得的片狀有機仿生材料利用切絲設備切成絲狀有機仿生材料，絲狀有機仿生材料的寬度為1mm；
（6）將絲狀有機仿生材料以7根捆成草束；
（7）使用工裝將吸波材料固定在自動點膠設備上，後將草束種植於吸波材料上；
（8）使用自動點膠設備將吸波材料和仿生材料複合，得到吸波仿生複合材料。
實施例3
（1）按重量份稱取各組分原料，將8份聚乙烯醇水溶性高分子加入250mL去離子水中溶解，製成聚乙烯醇溶液；
（2）將7份氯化鋰、9份L-蘋果酸， 6份醋酸， 6份氧化鉻綠溶於上述聚乙烯醇溶液中，在溫度為90℃的條件下，經過交聯反應6小時，製成鑄膜液；
（3）將步驟（2）中的鑄膜液取出，置於烘箱中加熱至100℃、1.5h促使聚乙烯醇交聯再將抽真空脫泡後平鋪於定製板上，抽真空脫泡具體包括：將鑄膜液置於抽濾瓶或真空烘箱中抽真空後，置於室溫下密封靜置，時間為24h；
（4）將定製板置於恆溫恆溼箱中加熱，溫度40℃、溼度45%、加熱時間16h，得到片狀有機仿生材料；
（5）將上述步驟（4）製得的片狀有機仿生材料利用切絲設備切成絲狀有機仿生材料，絲狀有機仿生材料的寬度為1mm；
（6）將絲狀有機仿生材料以10根捆成草束；
（7）使用工裝將吸波材料固定在自動點膠設備上，後將草束種植於吸波材料上；
（8）使用自動點膠設備將吸波材料和仿生材料複合，得到吸波仿生複合材料。
實施例4
（1）按重量份稱取各組分原料，將5份聚乙烯醇水溶性高分子加入250mL去離子水中溶解，製成聚乙烯醇溶液；
（2）將5份氯化鈣、 7份食用蘋果醋，5份醋酸，5份草絲黃溶於上述聚乙烯醇溶液中，在溫度為80℃的條件下，經過交聯反應6小時，製成鑄膜液；
（3）將步驟（2）中的鑄膜液取出，置於烘箱中加熱至100℃、1.5h促使聚乙烯醇交聯再將抽真空脫泡後平鋪於定製板上，抽真空脫泡具體包括：將鑄膜液置於抽濾瓶或真空烘箱中抽真空後，置於室溫下密封靜置，時間為23h；
（4）將定製板置於恆溫恆溼箱中加熱，溫度40℃、溼度45%、加熱時間16h，得到片狀有機仿生材料；
（5）將上述步驟（4）製得的片狀有機仿生材料利用切絲設備切成絲狀有機仿生材料，絲狀有機仿生材料的寬度為1mm；
（6）將絲狀有機仿生材料以8根捆成草束；
（7）使用工裝將吸波材料固定在自動點膠設備上，後將草束種植於吸波材料上；
（8）使用自動點膠設備將吸波材料和仿生材料複合，得到吸波仿生複合材料。
本發明吸波仿生複合材料能夠保證吸波仿生複合材料具有模擬植物外觀；光譜反射和吸收雷達波特性從而達到兼具紅外、光譜成像偽裝、林地背景可見光偽裝和雷達隱身的作用。