碳纤维复合材料的电磁防护设计

  现代战场环境随着各类攻击、探测手段的发展变得越来越恶劣,武器装备不仅面临全天候、全方位侦察监视的威胁,同时还要防止系统内部电子设备电磁信息的泄露。新型复合材料设备舱是作为整车系统的控制系统和电子设备主要依附空间,其性能直接决定整车系统在未来战场的生存能力和作战使用效能,同时也是敌方侦察和打击的重点目标,必须在保障发射车系统机动性的前提下,具备优良的电磁防护能力。这就要求舱体既要防止电磁信息的泄露,又要具有一定的隐身性能。实验制备了一种高屏效、强吸收的复合材料,以满足现代舱体对多功能蒙皮材料的要求。

  将碳纳米管加到环氧树脂中,揽拌混合均匀并脱气泡,然后再添加固化剂乙胺和丙酮,搅拌均匀并脱气泡,制得蒙脱土环氧浸渍液。将经过偶联剂处理的玻璃纤维布和芳纶纤维布,分别浸入碳纳米管/环氧浸渍液,得到玻璃纤维预浸料和芳纶纤维预浸料,纤维的含量为35%。将环氧树脂添加固化剂乙胺和丙酮,搅拌混合均匀并脱气泡,制得环氧浸渍液。将经过偶联剂处理的碳纤维布和镀镍碳纤维布,分别浸入环氧浸渍液,得到碳纤维预浸料和镀镍碳纤维预浸料,纤维的含量为35%。用热压罐工艺制备复合材料板材,板材尺寸为1000mm×800mm。

  依据标准GJB2038A一2011分别裁切反射率测试样品4块,样品尺寸180mm×180mm,分别测试其反射率,结果可以看出,镀镍碳纤维-芳纶纤维样板的反射率在8.1-12.4GHz,在10.6GHz时,峰值达到15.59dB。与玻璃纤维相比,芳纶纤维的电性能与空气介质更匹配,增加了入射电磁波的比例,使更多的电磁波通过吸波体,提高了复合材料的吸波性能。用镀镍碳纤维代替碳纤维后,吸波复合材料的反射面导电性增强,对样品的反射率有所增加。

  依据标准GB/T12190一2006制备屏蔽效能测试样品4块,样品尺寸为200mm×200mm,分别测试其屏蔽效能,结果显示,通过表面金属强化可以大幅提高碳纤维的导电性,用镀镍碳纤维/环氧树脂作为屏蔽层制备的复合材料,屏效在10GHz时达到98dB。

  依据标准制备拉伸强度测试样品4组,每组5个,样品尺寸为200mm×20mm,并分别测试其拉伸强度取平均值,芳纶纤维的力学性能接近玻璃纤维,碳纤维经过表面金属强化后对其力学性能影响不大。复合材料拉伸强度可达585MPa。

  采用碳纳米管作为吸波材料,用镀镍碳纤维/芳纶纤维作为增强纤维,与环氧树脂复合制备了一种高强度、高屏效的轻质吸波复合材料,并测试了其屏蔽效能、反射率、密度及拉伸强度。结果表明,镀镍碳纤维/芳纶纤维增强复合材料可以作为设备舱的蒙皮材料,既能防止内部电子设备的电磁信息泄露,又具有较好的隐身效果,可以躲避敌方雷达的探测,有效提高了武器装备在战场上的生存能力。

 

  阅读延伸:《如何实现碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能