CN105415710A - 一种天线罩结构、其成型方法及其模具 - Google Patents
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Abstract
一种天线罩结构，其包含：罩体，其采用石英纤维增强含硅芳炔复合材料，通过树脂传递模塑工艺制备而成；多个内埋嵌件，其采用低膨胀合金钢材料，其设在所述罩体的根部，其成型前编织在一石英纤维增强体中，成型后与所述的罩体结合成一整体，在每个所述内埋嵌件的端面上设有螺纹孔；多根连接螺柱，其采用高强度钢材料，其两端分别为外螺纹，每根所述连接螺柱的一端外螺纹对应装配在所述罩体上各个内埋嵌件的螺纹孔中，每根所述连接螺柱的另一端外螺纹分别与所述的舱体连接。其优点是：通过树脂传递模塑工艺内埋嵌件的方式，解决了传统天线罩与舱体必须通过低膨胀合金钢连接环进行过渡连接的问题，大幅度减轻了结构重量，提高了连接可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及树脂基复合材料天线罩设计及制备技术领域，具体涉及一种天线罩结构、其成型方法及其模具。
背景技术
天线罩是制导***的关键部件，起着保护制导***免受气动飞行时恶劣环境条件的侵害作用，又是制导控制回路的一个环节，必须保证天线微波能量无畸变的发射与接收。因此，天线罩是一个集气动、结构和电气性能于一体的特殊产品，对制导***的性能有着举足轻重的影响。
石英陶瓷材料是目前超高速天线罩上经常使用的一种材料，与有机复合材料相比，其密度较大，而且石英陶瓷材料难以钻孔或攻螺纹，罩体与舱体之间必须通过高密度的低膨胀合金钢连接环进行过渡连接，不仅重量重，而且工艺复杂。
有机透波复合材料如石英纤维增强氰酸酯、聚酰亚胺等虽然具有良好的机械性能和透波性能，但其使用温度一般再500℃以上，逐渐不能适应工作温度越来越高的天线罩的应用需求。
含硅芳炔树脂是一种新型的耐高温有机树脂，在树脂的分子结构中，主链含有硅元素的芳基多炔树脂，组成和结构特征赋予其具有无机物功能与有机物特性，具有优异的耐热性能、高温陶瓷化性能、宽频透波性能和力学性能，石英纤维增强含硅芳炔符合材料工作温度可达500℃以上，瞬时耐温可达700℃以上，同时，与石英陶瓷相比，石英纤维增强含硅芳炔符合材料密度小20%以上，抗弯强度可提高1倍以上，在天线罩上应用具有显著的优势。
石英纤维增强含硅芳炔复合材料可采用树脂传递塑模（RTM）成型工艺制备成天线罩，通过合适的结构与工艺设计，可在天线罩根部预埋连接件，使天线罩与舱体可直接相连，而不必采用连接环进行过渡连接，从而极大地减轻了结构重量，同时也简化了天线罩的连接工艺，提高了连接的可靠性。
专利CN104149228A《一种玻璃钢天线罩的一体化成型模具及成型方法》介绍了一种嵌装圆螺母的玻璃钢天线罩的成型方法，其天线罩结构为方槽型，采用热压成型工艺，金属嵌件是在成型过程中通过胶接方式与罩体相连；专利CN103286957A《玻璃钢的制备方法、玻璃钢天线罩及其制备》介绍了一种玻璃钢天线罩的制备方法，通过在树脂中增加填料，改善了机械强度，降低了介电损耗，成型工艺为手糊工艺，天线罩中内没有金属嵌件；专利CN103553696A《耐高温耐烧蚀天线罩罩体的制造方法》介绍了一种纤维增强陶瓷基复合材料的成型方法，采用浸渍和烧结成型的方法，其成型方法与有机复合材料天线罩存在较大不同，且天线罩中内没有金属嵌件；论文《导弹天线罩复合材料连接环制造与应用技术研究》介绍了一种碳纤维增强环氧复合材料连接环的制造方法，其采用了轻质的复合材料连接环代替了低膨胀合金钢连接环，减轻了连接环的重量，但天线罩与连接环为两个独立的结构件，二者之间需胶接后才能与罩体相连，未实现天线罩与连接环的一体化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线罩结构、其成型方法及其模具，其通过内埋嵌件的方式，使得天线罩的整体重量减轻，并提高了连接的可靠性。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种天线罩结构，其连接舱体，其特征是，包含：
罩体，其采用石英纤维增强含硅芳炔复合材料，通过树脂传递模塑工艺制备而成；
多个内埋嵌件，其采用低膨胀合金钢材料，其设在所述罩体的根部，其成型前编织在一石英纤维增强体中，成型后与所述的罩体结合成一整体，在每个所述内埋嵌件的端面上设有螺纹孔；
多根连接螺柱，其采用高强度钢材料，其两端分别为外螺纹，每根所述连接螺柱的一端外螺纹对应装配在所述罩体上各个内埋嵌件的螺纹孔中，每根所述连接螺柱的另一端外螺纹分别与所述的舱体连接。
上述的天线罩结构，其中：
所述的内埋嵌件为倒T型结构，其端面的两边有台阶，有利于其四周被石英纤维增强含硅芳炔复合材料紧密连接，确保天线罩与舱体的连接强度。
上述的天线罩结构，其中：
所述的内埋嵌件的侧面设有第一通孔、底面设有第二通孔，确保其在增强体中的定位和固定。
一种天线罩结构的成型方法，其特征是，其采用树脂传递模塑工艺完成，其具体包含如下步骤：
S1、在阳模上编织石英纤维增强体，并固定内埋嵌件；
S2、将阳模与阴模合模，合上盖板，模具抽真空后连接注胶、出胶管道；
S3、将模具移至烘箱，使反应釜升温后加入含硅芳炔树脂，搅拌后静置脱泡；
S4、在一定压力下注胶，直至树脂充分浸润纤维后，停止注胶；
S5、去除连接管道，使模具在烘箱内升温固化；
S6、使成型的罩体和内埋嵌件脱模；
S7、在内埋嵌件上加工螺纹孔；
S8、装配连接螺柱。
上述的天线罩结构的成型方法，其中，所述的步骤S1前还包含步骤S0：
将阳模与定位环进行装配，并对阳模外壁和阴模内壁喷涂脱模剂。
上述的天线罩结构的成型方法，其中，所述的步骤S1具体包含：
S11、运用封顶技术完成天线罩罩体的小端顶部；
S12、石英纤维经纱沿阳模母线方向进行铺纱，石英纤维纬纱沿阳模周向与经纱交叉编织；
S13、当编织到天线罩罩体根部时，将内埋嵌件放置在预定部位；
S14、当编织到内埋嵌件部位时，经纱由内埋嵌件底部的第二通孔穿出，纬纱由内埋嵌件侧面的第一通孔穿出；
S15、增强体编织完成后，用纱线对内埋嵌件进行加固。
上述的天线罩结构的成型方法，其中，所述的步骤S3具体包含：
控制烘箱温度为105~115℃，将反应釜升温至85~95℃后加入含硅芳炔树脂再升温至105~115℃，在氮气保护下搅拌25~35min后静置脱泡25~35min。
上述的天线罩结构的成型方法，其中，所述的步骤S4具体包含：
S41、保持烘箱和反应釜温度在105~115℃，在管道真空度＜40mmHg的状态下，逐步升压到1.4~1.6MPa后持续注胶；
S42、当出胶装置流出树脂后，升压至1.7~1.9MPa，并继续注射直至树脂充分浸润纤维后，停止注胶。
上述的天线罩结构的成型方法，其中，所述的步骤S5中，所述的升温固化步骤具体包含：
在765~175℃保温110~130min，再升温至205~215℃保温110~130min，最后在245~255℃保温230~250min，固化后关闭烘箱，使模具自然冷却至室温。
一种天线罩结构的成型模具，其特征是，包含：
阳模；
阴模，其设置在所述的阳模外，形成型腔；在阴模底部设有出胶孔，出胶孔连接出胶装置；
定位环，其设置在所述的阳模与阴模之间，确保阳模与阴模间的精确定位；该定位环上设有进胶孔；
盖板，用将所述的阳模和阴模固定，盖板上设有连接进胶孔的注胶装置。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、通过树脂传递模塑工艺内埋嵌件的方式，解决了传统天线罩与舱体必须通过低膨胀合金钢连接环进行过渡连接的问题，大幅度减轻了结构重量，提高了连接可靠性；
2、通过石英纤维增强含硅芳炔复合材料，使得本天线罩结构的工作温度可达到500℃，瞬时温度可达到750℃，同时密度又比石英陶瓷材料轻20%以上，抗弯强度提高1倍以上，天线罩的综合性能获得显著提高；
3、天线罩用增强体编织物整体编织工艺制备，仿真精度高，而且方便地实现了内埋嵌件的可靠固定。
附图说明
图1为本发明中天线罩结构的剖视图；
图2为本发明中天线罩底部端面示意图；
图3为本发明中内埋嵌件的结构示意图；
图4为本发明中石英纤维增强体的编织示意图；
图5为本发明中成型模具的剖视图；
图6为本发明中成型方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1~2所示；一种天线罩结构，其连接舱体，其包含：罩体1，其采用石英纤维增强含硅芳炔复合材料，通过树脂传递模塑工艺（RTM）制备而成；多个内埋嵌件3，其采用低膨胀合金钢材料，其设在所述罩体1的根部，其成型前编织在一石英纤维增强体4中，成型后与所述的罩体1结合成一整体，在每个所述内埋嵌件3的端面上设有螺纹孔；多根连接螺柱2，其采用高强度钢材料，其两端分别为外螺纹，每根所述连接螺柱2的一端外螺纹对应装配在所述罩体1上各个内埋嵌件3的螺纹孔中，每根所述连接螺柱2的另一端外螺纹分别与所述的舱体连接。本实施例中，在所述罩体1的根部对称设置4个预埋嵌件3，且每个预埋嵌件3上分别设有2根连接螺柱2；所述的罩体1呈尖拱形，壁厚10mm，根部局部区域加厚。
如图3所示，所述的内埋嵌件3为倒T型结构，其端面的两边有台阶31，有利于其四周被石英纤维增强含硅芳炔复合材料紧密连接，确保天线罩与舱体的连接强度;所述的内埋嵌件3的侧面设有第一通孔32、底面设有第二通孔33，确保其在增强体4中的定位和固定。
如图6所示，一种天线罩结构的成型方法，其采用树脂传递模塑工艺完成，其具体包含如下步骤：
S1、在阳模5上编织石英纤维增强体4，并固定内埋嵌件3；本实施例中，所用的砂线的规格为72Tex；
S2、将阳模5与阴模6合模，合上盖板8，模具抽真空后连接注胶、出胶管道，要求真空度达到＜40mmHg；
S3、将模具移至烘箱，使反应釜升温后加入含硅芳炔树脂，搅拌后静置脱泡；
S4、在一定压力下注胶，直至树脂充分浸润纤维后，停止注胶；
S5、去除连接管道，使模具在烘箱内升温固化；
S6、使成型的罩体1和内埋嵌件3脱模，对得到的天线罩产品修剪飞边；
S7、在内埋嵌件3上加工螺纹孔，本实施例中，是在内埋嵌件3原有的第二通孔处加工，并同时加与连接螺柱2定位环相配的定位孔；
S8、装配连接螺柱2，螺纹处涂螺纹厌氧胶进行紧固。
所述的天线罩结构的成型方法中，所述的步骤S1前还包含步骤S0：将阳模5与定位环7进行装配，并对阳模5外壁和阴模6内壁喷涂脱模剂。
所述的天线罩结构的成型方法中，所述的步骤S1具体包含：
S11、运用封顶技术完成天线罩罩体1的小端顶部；
S12、石英纤维经纱41沿阳模5母线方向进行铺纱，石英纤维纬纱42沿阳模5周向与经纱交叉编织；
S13、当编织到天线罩罩体1根部时，将内埋嵌件3放置在预定部位；
S14、当编织到内埋嵌件3部位时，经纱41由内埋嵌件3底部的第二通孔33穿出，纬纱42由内埋嵌件侧面的第一通孔32穿出；
S15、增强体4编织完成后，用纱线对内埋嵌件进行加固。
所述的天线罩结构的成型方法中，所述的步骤S3具体包含：控制烘箱温度为105~115℃（优选为110℃），将反应釜升温至85~95℃（优选为90℃）后加入含硅芳炔树脂再升温至105~115℃（优选为110℃），在氮气保护下搅拌25~35min（优选为30min）后静置脱泡25~35min（优选为30min）。
所述的天线罩结构的成型方法中，所述的步骤S4具体包含：
S41、保持烘箱和反应釜温度在105~115℃（优选为110℃），在管道真空度＜40mmHg的状态下，逐步升压到1.4~1.6MPa（优选为1.5MPa）后持续注胶；
S42、当出胶装置流出树脂后，升压至1.7~1.9MPa（优选为1.8MPa），并继续注射直至树脂充分浸润纤维后，停止注胶。
所述的天线罩结构的成型方法中，所述的步骤S5中，所述的升温固化步骤具体包含：在165~175℃（优选为170℃）保温110~130min（优选为2h），再升温至205~215℃（优选为210℃）保温110~130min（优选为2h），最后在245~255℃（优选为250℃）保温230~250min（优选为4h），固化后关闭烘箱，使模具自然冷却至室温。
如图5所示，一种天线罩结构的成型模具，其包含：阳模5，为方便吊装阳模5，在阳模上安装了吊环51；阴模6，其设置在所述的阳模5外，形成型腔；由于阴模6尺寸大，为便于加工，该阴模6从中间分成上阴模61和***模62，再由8个螺钉63连接成整体，在***模62底部设有出胶孔621，出胶孔连接出胶装置622；定位环7，其设置在所述的阳模5与阴模6之间，确保阳模5与阴模6间的精确定位；该定位环7上设有3个对称的进胶孔73，本实施例中，定位环7的内锥面与阳模5的锥面配合后由8个内六角螺钉71进行紧固，定位环7的外锥面与阴模7的锥面配合后由8个内六角螺钉72进行紧固；盖板8，用将所述的阳模5和阴模6固定，盖板8上设有连接进胶孔73的注胶装置82。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种天线罩结构，其连接舱体，其特征在于，包含：
罩体（1），其采用石英纤维增强含硅芳炔复合材料，通过树脂传递模塑工艺制备而成；
多个内埋嵌件（3），其采用低膨胀合金钢材料，其设在所述罩体（1）的根部，其成型前编织在一石英纤维增强体（4）中，成型后与所述的罩体（1）结合成一整体，在每个所述内埋嵌件（3）的端面上设有螺纹孔；
多根连接螺柱（2），其采用高强度钢材料，其两端分别为外螺纹，每根所述连接螺柱（2）的一端外螺纹对应装配在所述罩体（1）上各个内埋嵌件（3）的螺纹孔中，每根所述连接螺柱（2）的另一端外螺纹分别与所述的舱体连接。
2.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征在于：
所述的内埋嵌件（3）为倒T型结构，其端面的两边有台阶（31），有利于其四周被石英纤维增强含硅芳炔复合材料紧密连接，确保天线罩与舱体的连接强度。
3.如权利要求2所述的天线罩结构，其特征在于：
所述的内埋嵌件（3）的侧面设有第一通孔（32）、底面设有第二通孔（33），确保其在增强体（4）中的定位和固定。
4.一种天线罩结构的成型方法，其特征在于，其采用树脂传递模塑工艺完成，其具体包含如下步骤：
S1、在阳模（5）上编织石英纤维增强体（4），并固定内埋嵌件（3）；
S2、将阳模（5）与阴模（6）合模，合上盖板（8），模具抽真空后连接注胶、出胶管道；
S3、将模具移至烘箱，使反应釜升温后加入含硅芳炔树脂，搅拌后静置脱泡；
S4、在一定压力下注胶，直至树脂充分浸润纤维后，停止注胶；
S5、去除连接管道，使模具在烘箱内升温固化；
S6、使成型的罩体（1）和内埋嵌件（3）脱模；
S7、在内埋嵌件（3）上加工螺纹孔；
S8、装配连接螺柱（2）。
5.如权利要求4所述的天线罩结构的成型方法，其特征在于，所述的步骤S1前还包含步骤S0：
将阳模（5）与定位环（7）进行装配，并对阳模（5）外壁和阴模（6）内壁喷涂脱模剂。
6.如权利要求4所述的天线罩结构的成型方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包含：
S11、运用封顶技术完成天线罩罩体（1）的小端顶部；
S12、石英纤维经纱（41）沿阳模（5）母线方向进行铺纱，石英纤维纬纱（42）沿阳模（5）周向与经纱交叉编织；
S13、当编织到天线罩罩体（1）根部时，将内埋嵌件（3）放置在预定部位；
S14、当编织到内埋嵌件（3）部位时，经纱（41）由内埋嵌件（3）底部的第二通孔（33）穿出，纬纱（42）由内埋嵌件侧面的第一通孔（32）穿出；
S15、增强体（4）编织完成后，用纱线对内埋嵌件进行加固。
7.如权利要求4所述的天线罩结构的成型方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包含：
控制烘箱温度为105~115℃，将反应釜升温至85~95℃后加入含硅芳炔树脂再升温至105~115℃，在氮气保护下搅拌25~35min后静置脱泡25~35min。
8.如权利要求4所述的天线罩结构的成型方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包含：
S41、保持烘箱和反应釜温度在105~115℃，在管道真空度＜40mmHg的状态下，逐步升压到1.4~1.6MPa后持续注胶；
S42、当出胶装置流出树脂后，升压至1.7~1.9MPa，并继续注射直至树脂充分浸润纤维后，停止注胶。
9.如权利要求4所述的天线罩结构的成型方法，其特征在于，所述的步骤S5中，所述的升温固化步骤具体包含：
在165~175℃保温110~130min，再升温至205~215℃保温110~130min，最后在245~255℃保温230~250min，固化后关闭烘箱，使模具自然冷却至室温。
10.一种天线罩结构的成型模具，其特征在于，包含：
阳模（5）；
阴模（6），其设置在所述的阳模（5）外，形成型腔；在阴模（6）底部设有出胶孔（621），出胶孔连接出胶装置（622）；
定位环（7），其设置在所述的阳模（5）与阴模（6）之间，确保阳模（5）与阴模（6）间的精确定位；该定位环（7）上设有进胶孔（73）；
盖板（8），用将所述的阳模（5）和阴模（6）固定，盖板（8）上设有连接进胶孔（73）的注胶装置（82）。
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