CN109638445A - 一种耐高温泡沫a夹层复合材料天线罩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩及其制备方法，涉及树脂基复合材料结构成型工艺技术领域。该天线罩由外蒙皮、泡沫芯层、内蒙皮和增强层构成，外蒙皮、内蒙皮和增强层采用纤维增强树脂基复合材料，泡沫芯层采用耐高温树脂泡沫；外蒙皮和内蒙皮制备成型后，将外蒙皮和内蒙皮作为模具，实现泡沫芯层的整体成型，保证了夹层天线罩的制备精度，避免蒙皮与芯层的间隙对天线罩强度和性能的影响；针对天线罩根部高承载的要求，在根部铺设增厚层，提高了天线罩根部的结构强度，同时有利于天线罩的连接装配。本发明解决了耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的高精度制备问题，满足了夹层天线罩对耐高温、高强度的工作需求，并且实现方便。

Description

一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩及其制备方法

技术领域

本发明涉及树脂基复合材料结构成型工艺技术领域，具体涉及一种耐高温A夹层复合材料天线罩及其制备方法。

背景技术

为提高制导武器的精确打击、抗干扰和对付多目标的能力，世界各国竞相采用超宽频制导技术，将制导***的工作频段向超宽频拓展。作为制导***的关键环节，超宽频天线罩的研制成为迫切需要解决的瓶颈问题。传统天线罩多采用实心半波壁结构，优点是强度高、特定频点透波性能好，但透波频带窄、重量大，难以实现宽频透波。

采用夹层结构是实现天线罩宽频透波的主要设计方法之一。夹层结构可实现宽频透波和高强度，主要有A夹层、C夹层等结构形式。A夹层结构是一种三层对称结构，它由内外两层致密表层和多孔芯层组成，具有良好的重量/强度比。C夹层结构由两个A夹层结构组合而成，双层结构内层为泡沫材料，表层为致密材料。C夹层结构比A夹层具有更宽的频带并且适应高入射角，但重复性较差和相位性能不佳，且制备工艺比较复杂。

夹层结构的多孔芯层可采用泡沫或蜂窝夹层。蜂窝夹层多采用Nomex材料。专利CN103647144 A《宽频段蜂窝夹层玻璃钢天线罩》介绍了一种采用玻璃布作为内外蒙波、蜂窝板作料夹层的天线罩结构。蜂窝夹层复合材料结构虽然具有较高的结构效能，但其制造和维修成本较高，而且对湿热环境敏感，易受损伤。如常用的Nomex蜂窝夹层结构由于夹层和面板界面没有增强体而对分层敏感，结构受损后，易于吸收水分，滞留于芯格间的水分通过冷冻/解冻机制会使蜂窝失效。和蜂窝夹层相比，泡沫夹层是各向同性材料，可设计性好，并且具有成型简单和吸湿小等特点，在透波、承力结构中的应用越来越广泛。

泡沫夹层复合材料天线罩的一种制备方法是分别制备内外蒙皮和芯层，再采用胶接等方法将蒙皮和芯层粘接成为整体。如专利CN 103660410 A《一种天线罩透波夹芯材料及其制造方法和用途》采用胶粘剂将内外表皮与芯层进行粘接；专利CN 105172281 A《一种长时间耐高温夹层结构透波罩》采用内罩、外罩在后端交界面处采用铆接、胶接或销钉等方式进行连接的方法，这种方法对于高性能天线罩的应用存在以下问题：①对内外蒙皮和芯层的加工精度要求较高，制备难度大；②蒙皮与芯层难以做到完全贴合，蒙皮与芯层之间的间隙若采用胶层填充，胶层的存在会降低透波性能，并影响整罩的耐温能力；③蒙皮和芯层之间的间隙若不进行填充，则空气层的存在也会影响透波性能，并降低整罩的机械强度。

泡沫夹层复合材料天线罩的另一种制备方法是先制备芯层后，然后在芯层上铺层，进行整体成型。专利CN 105922703 A《一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法》在泡沫的内表面或外表面加工后，以此为基准铺放增强材料并浸渍树脂，制备出蒙皮；专利CN 106739043 A《PMI泡沫夹层飞机雷达罩及其制造方法》采用将平板泡沫热成型弯曲后铺设内外蒙皮。这种方法对泡沫的制造精度要求较高，且加工中存在泡沫破碎以及整体成型过程中泡沫密度和厚度变化等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩及其制备方法，以内外蒙皮为成型模具进行泡沫整体成型，解决了泡沫A夹层天线罩精密成型的问题，同时在罩体根部铺设增强层，提高了根部强度，且连接方便。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，其特征是：

内蒙皮、贴合在内蒙皮上的泡沫芯层；

设置于泡沫芯层底部的增强层；

包裹于泡沫芯层和增强层外部的外蒙皮；所述外蒙皮、内蒙皮和增强层采用纤维增强树脂基复合材料，泡沫芯层采用耐高温树脂泡沫。

所述纤维增强树脂基复合材料中，增强纤维包括石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维；树脂包括含硅芳炔树脂、聚芳基乙炔树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、双马树脂、氰酸酯树脂，外蒙皮和内蒙皮采用同种材料，增强层与内外蒙皮可采用同种材料或异种材料；泡沫芯层的材料包括含硅芳炔泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫。

所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，外蒙皮和内蒙皮厚度相同，均为0.4mm～2mm；泡沫芯层厚度为3mm～15mm。

所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，内蒙皮、泡沫芯层比外蒙皮短50mm～80mm，空余部分采用实心的增厚层填充，增强层厚度为3mm～6mm，采用变厚度或等厚度结构。

一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，采用模具分别制备外蒙皮和内蒙皮；

步骤2：将外蒙皮套设在成型阴模中，内蒙皮套设在成型阳模中，成型阴模和成型阳模通过定位销钉进行定位，并用紧固螺钉装配成一体；

步骤3：将树脂、发泡剂和助发泡剂混合均匀后，通过成型阳模上预设的环形缺口放入外蒙皮和内蒙皮的间隙中；

步骤4：整体加热至树脂发泡温度，制备泡沫芯层；

步骤5：拆开模具，取出天线罩；

步骤6：对天线罩根部进行处理，去除多余泡沫芯层；

步骤7：在天线罩根部铺设增强层，并在热压罐中固化成型；

步骤8：对天线罩根部连接部位进行加工。

所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备方法，其特征在于，步骤1中，外蒙皮和内蒙皮采用RTM成型、模压成型或预浸布铺层成型；

所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备方法，其特征在于，步骤7中，增强层采用预浸布铺层成型，预浸布单层厚度0.1mm～0.3mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.将外蒙皮和内蒙皮作为模具，在内外蒙皮的间隙中进行泡沫芯层的整体成型，可保证泡沫芯层的制备精度，保证泡沫芯层与内外蒙皮的无缝贴合；

2.与传统的泡沫芯层粘接方案相比，泡沫芯层不需要对内外表面进行加工，实现方便，避免了加工中泡沫芯层破碎或开裂的风险，且泡沫芯层与内外蒙皮之间不需要采用胶粘剂粘接，避免了胶粘剂对天线罩透波性能的影响；

3.根部铺设增强层提高了天线罩根部的结构强度，特别适应用于导弹天线罩等对承载要求较高的场合，且根部可采用胶接或机械连接方式进行连接，实现方便、连接可靠。

附图说明

图1为本发明的一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的结构示意图。

图2为本发明的一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备流程图。

图3为本发明耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的泡沫芯层成型模具剖视图。

图4为本发明耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的泡沫芯层成型模具俯视图。

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所示，耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩由外蒙皮1、泡沫芯层2、内蒙皮3和增强层4构成，其中泡沫芯层2贴合在内蒙皮1上的；增强层4设置于泡沫芯层底部；外蒙皮1包裹于泡沫芯层和增强层外部；所述外蒙皮1、内蒙皮3和增强层4采用纤维增强树脂基复合材料，泡沫芯层2采用耐高温树脂泡沫。

所述纤维增强树脂基复合材料中，增强纤维包括石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维；树脂包括含硅芳炔树脂、聚芳基乙炔树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、双马树脂、氰酸酯树脂，外蒙皮1和内蒙皮3采用同种材料，增强层4与内外蒙皮可采用同种材料或异种材料。

在本实施例中，内蒙皮、外蒙皮和增强层的材料均为石英纤维增强含硅芳炔复合材料，泡沫芯层材料为含硅芳炔泡沫，天线罩的主要材料参数如表1所示。

表1：耐高温泡沫A夹层天线罩的主要材料参数

外蒙皮1和内蒙皮3厚度相同，均为0.4mm～2mm；泡沫芯层2厚度为3mm～15mm；内蒙皮3、泡沫芯层2比外蒙皮1短50mm～80mm，空余部分采用实心的增厚层4填充，增强层4厚度为3mm～6mm，采用变厚度或等厚度结构。

耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备工艺流程如图2所示，具体包含以下步骤：

步骤1：采用2D机织工艺分别制备增强体织物，并采用RTM成型工艺制备外蒙皮1和内蒙皮3，树脂注射温度为110℃±5℃，注射压力为1.5MPa±0.1MPa，固化工艺为170℃/2h、210℃/2h、250℃/4h。

步骤2：如图3所示，将外蒙皮1套设在成型阴模5中，内蒙皮3套设在成型阳模6中，然后将成型阳模6通过2个φ10定位销钉8与成型阴模5的安装面进行定位，并用8-M12紧固螺钉7装配成一体；

步骤3：按照泡沫芯层的体积计算发泡材料用量，并按100：2：2的配比称取含硅芳炔树脂、发泡剂偶氮二甲酰胺和助发泡剂脲素，混合均匀，如图4所示，通过成型阳模6端面上预设的2个环形缺口61将发泡材料放入外蒙皮1和内蒙皮3的间隙中，晃动模具使发泡材料在间隙中均匀分布；

步骤4：将模具整体放入烘箱，并按以下工艺进行发泡：135℃/1h、150℃/1h、170℃/1h、210℃/2h、250℃/3h，制备泡沫芯层2；

步骤5：拆开成型阳模6和成型阴模5，并对天线罩进行脱模处理；

步骤6：去除天线罩根部溢出的多余泡沫，使泡沫芯层与内蒙皮保持平齐；

步骤7：在天线罩根部贴增厚层4，选用单层厚度为0.1mm～0.3mm的预浸布进行手工铺层，铺层的接缝位置均匀错开，每铺设5～10层，需进行预固化，固化工艺为170℃/2h，最终铺设到位后对增厚层4进行整体固化，固化工艺为170℃/2h、210℃/2h、250℃/4h。

步骤8：根据天线罩的连接装配需要，对根部连接部位进行加工，天线罩可采用胶粘剂粘接、螺钉连接、铆钉连接等多种方式实现与舱体或连接环的装配。

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 (8)

1.一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，其特征在于，该天线罩包括：

内蒙皮、贴合在内蒙皮上的泡沫芯层；

设置于泡沫芯层底部的增强层；

包裹于泡沫芯层和增强层外部的外蒙皮；

所述外蒙皮、内蒙皮和增强层采用纤维增强树脂基复合材料，泡沫芯层（2）采用耐高温树脂泡沫。

2.如权利1所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，其特征在于，所述纤维增强树脂基复合材料的增强纤维包括石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维；树脂包括含硅芳炔树脂、聚芳基乙炔树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、双马树脂、氰酸酯树脂，外蒙皮（1）和内蒙皮（3）采用同种材料，增强层（4）与内外蒙皮可采用同种材料或异种材料。

3.如权利1所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，其特征在于，所述泡沫芯层（2）的材料包括含硅芳炔泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫。

4.如权利1所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，其特征在于，所述外蒙皮（1）和内蒙皮（3）厚度相同，均为0.4mm～2mm；泡沫芯层（2）厚度为3mm～15mm。

5.如权利1所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩，其特征在于，所述内蒙皮（3）、泡沫芯层（2）比外蒙皮（1）短50mm～80mm，空余部分采用实心的增强层（4）填充，增强层（4）厚度为3mm～6mm，采用变厚度或等厚度结构。

6.一种耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，采用模具分别制备外蒙皮（1）和内蒙皮（3）；

步骤2：将外蒙皮（1）套设在成型阴模（5）中，内蒙皮（3）套设在成型阳模（6）中，成型阴模（5）和成型阳模（6）通过定位销钉（8）进行定位，并用紧固螺钉（7）装配成一体；

步骤3：将树脂、发泡剂和助发泡剂混合均匀后，通过成型阳模（6）上预设的环形缺口（61）放入外蒙皮（1）和内蒙皮（3）的间隙中；

步骤4：整体加热至树脂发泡温度，制备泡沫芯层（2）；

步骤5：拆开模具，取出天线罩；

步骤6：对天线罩根部进行处理，去除多余泡沫芯层；

步骤7：在天线罩根部铺设增强层（4），并在热压罐中固化成型；

步骤8：对天线罩根部连接部位进行加工。

7.如权利5所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，外蒙皮（1）和内蒙皮（3）采用RTM成型、模压成型或预浸布铺层成型。

8.如权利5所述的耐高温泡沫A夹层复合材料天线罩的制备方法，其特征在于，所述步骤7中，增强层采用预浸布铺层成型，预浸布单层厚度0.1mm～0.3mm。