吸波结构胶粘剂的研究

作者：黑龙江省石油化学研究院 曲春艳

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 摘要：本文是在结构胶粘剂研究的理论和技术的基础上，通过对磁性、介电损耗性吸收剂的筛选，对胶粘剂吸波性能以及吸收剂的种类用量对力学性能影响等方面进行了研究与探索。 关键词：结构胶粘剂；吸波 前 言 近几十年来，隐身技术(指在一定遥感探测环境中降低目标的可探测性，使其在一定范围内难以被发现的技术)已经在各种飞行器(飞机、导弹)、舰船及桥梁和坦克等地面军事设施中得到应用，极大地提高了突防能力和生存率。 自由空间中雷达的最大探测距离Rt可表示如下关系 由上式可以看出，雷达的最大探测距离Rt与RCS的四次方根成正，由此可见：减少RCS可降低目标的可探测性，能够达到隐身效果。所以减少飞机的雷达反射截面积是隐身技术的核心。要想达到理想的隐身效果，技术途径有两类：一是飞行器的外形设计尽量减少雷达波散射截面积(RCS)，二是飞行器应用吸收雷达波材料，前者受到飞行器的战术技术指标和环境条件限制，进行理想设计有相当的难度，所以开展吸波材料的研究成为隐身和反隐身的“热点”。吸波材料主要分为两类：一类是用于飞机表面金属件或“亮点”的吸波涂料，另一类就是结构型吸波材料。由于大面积使用吸波涂料存在很多弊端，例如增加飞机重量、粘附不牢而脱落等，而结构型吸波材料具有承力、重量轻、可设计性能强等特点，所以后者得到大力开发。胶粘剂是结构型材料的支撑材料，对于具有吸收电磁波功能的胶粘剂的研究具有十分的重要意义。 1 实验部分 1.1 试验对象 360×360mm蜂窝平板夹层结构试验件 1.2 测试方法 吸波性能：GJB2038—94雷达吸波材料反射率测试方法 力学性能：GB7124—86胶粘剂拉伸强度试验方法 GJB446、447—88胶粘剂90°剥离强度试验方法 2 基本原理 目前广为采用的吸波复合材料大都通过引入雷达波吸收剂来调整材料的电磁参数达到良好的吸波效果，所以在胶粘剂体系中引入了雷达波吸收剂来研究其吸波性能。雷达吸收剂的选择是吸波胶粘剂研究的技术关键。雷达波吸收剂种类较多，一般分为两类：一类就是介电损耗型吸收剂，例如：碳粉、石墨、炭黑、导电金属颗粒等；还有一类就是磁性损耗型材料，例如：铁氧铁、金属粉末(羟基铁粉、羰基铁粉)、磁性超细粉末等，还有近些年来开发的的新型隐身材料，例如：手性材料、纳米材料、多晶铁纤维吸收剂、导电高聚物及智能型隐身材料等。 介电损耗型吸收剂加入到胶粘剂中是通过入射波获得感应电流引起的电阻损耗而起到衰减电磁波作用的，尤其是在雷达波的低频范围内有较好的吸收效果。 金属粉末作为吸波填料中应用较普遍的是羰基铁粉。羰基铁粉是通过惰性气体中热解羰基铁而制备的。羰基铁粉纯度高，它的颗粒为“洋葱皮”似的层状球形颗粒中有氮化铁、碳化铁绝缘层、因而它具有还原铁粉电解铁粉所不具有的性能。羰基铁粉具有较高的磁导率，虽然其比重较大，但在高于厘米波段的频带内使用仍为较好的吸收剂。目前国内比较先进的磁性吸收剂基本上是对羰基铁粉进行改性的。 作为结构型吸波材料用胶粘剂既要求有结构胶粘剂的力学性能，同时又要求具有雷达波吸收功能。作为结构胶粘剂的主体树脂材料很多，例如：酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、环氧树脂、聚酰亚胺等；这些树脂均具有较好的雷达传输和介电透射性能，但由于胶粘剂固化后胶层厚度很薄，由单纯的树脂材料构成的胶粘剂的吸收雷达波的性能很差，根本起不到预期的吸波效果。但从结构胶粘剂的力学性能出发，选择了粘结强度高、体系互溶性好、尺寸稳定性好的环氧树脂为主体树脂。由单纯的环氧树脂构成的胶粘剂脆性大、剥离强度低，所以引入雷达传输和介电性能好的改性热塑性材料为增韧剂，提高了胶粘剂的韧性。 3 试验结果与讨论 确定胶粘剂的主体组成：PA环氧树脂：100份，芳胺固化剂：24份，橡胶弹性体：14份，增韧剂：40份，偶联剂1份，助剂5份，吸收剂若干份进行试验。 3.1 吸收剂的种类及用量对胶粘剂吸波性能的影响 3.1.1 介电型吸收剂种类及用量对胶粘剂吸波性能的影响 3.1.1.1 介电损耗型吸收剂种类对胶粘剂吸波性能的影响(见表1) 3.1.1.2 介电损耗型吸收剂用量对胶粘剂吸波性能的影响(见表2) 3.1.2 磁性吸收剂种类及用量对胶粘剂吸波性能的影响 3.1.2.1 磁性吸收剂种类对胶粘剂吸波性能的影响(见表3) 3.1.2.2 磁性吸收剂用量对胶粘剂吸波性能的影响(见表4) 3.2 吸收剂用量对胶粘剂力学性能的影响 3.2.1 介电损耗型吸收剂(A2)用量对胶粘剂力学性能的影响(见表5) 3.2.2 磁性吸收剂(B2)用量对力学性能的影响(见表6) 由表5、表6可以看出，由于吸波剂的引入，胶粘剂的力学性能发生很大变化，高温剪切强度提高了，但常温剪切强度、剥离强度却降低很多。 3.3 吸波性能 由试验可知，磁损耗型吸收剂作为吸波材料引入胶粘剂中可以达到雷达波宽频吸收的要求。把国内几种较为先进的磁性吸收剂进行对比试验，其吸波性能在胶粘剂中作用几乎相同。进一步探讨其微观结构见图2、3、4。 三种吸收剂形态均为球形，大小不一，球形直径约为1.0—6.0μ，电镜照片可知其微观形貌是相似的，它们对胶粘剂的吸波性能作用是相同的。但由于磁性吸收剂的比重较大，导致胶粘剂的比重大大增加了。 以磁性吸收剂B2为例，胶粘剂在2.6—18 GHz的吸波性能(见图5) 4 结 论 不同种类吸收剂对胶粘剂吸波性能的作用是不同的，介电损耗型吸收剂加入到胶粘剂中是通过入射波获得感应电流引起的电阻损耗而起到衰减电磁波作用的，在雷达波的低频范围内有较好的吸收效果。 磁性吸收剂具有较高的磁导率，虽然其比重较大，但加入到胶粘剂中在制备的蜂窝夹层结构中在2.6—18GHz的宽频段范围内的雷达吸波值稳定在2—5dB范围内，吸波状态良好、稳定。从我国目前吸收剂的现状看，质轻、宽频吸收的雷达波吸收剂尚处于开发阶段，国外对这一技术高度保密，只有研究人员不懈努力，研制出高效吸收剂，才能满足国内隐身材料发展的需要。 参考文献： [1] 施景芳.宇航材料工艺，1993，(5)：1. [2] IEEE Transaction on Antennas and Propagation，1973；AP—21. [3] 莫美芳.材料工程，1993，(5)：38. [4] Plays.Rev.,1990，B42,5411. [5] 万梅香等.宇航材料工艺，1989，(4—5)：28. [6] 赵振声等.功能材料，1995，(5)：26. [7] 陆怀先等.宇航工艺材料，1989，(4—5)：44. [8] 鲍元凯等.宇航工艺材料，1989，(4—5)：16. [9] 刘俊能.隐身技术，1990，(1)：52. [10] 莫美芳.隐身技术，1990，(1)：4. [11] Electronics Letter，1989，(3)：25. [12] Electronics Letter，1991，(1)：27. [13] Electronics Letter，1990，(17)：26.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/27/2005)