CN104789085B - 天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其能承受功率密度为17.6～80.0W/cm2的微波辐射，涂层的介电损耗角正切值为3.7～3.8×10‑2，涂层为直接粘附于天线罩表面的涂层。该涂层的制备方法包括：先将环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂按比例混合，将混合物使用球磨工艺细化，得到组分A；将组分A与酚醛树脂按比例混合，将混合后的涂料涂覆于天线罩材料表面；将涂覆有涂料的天线罩材料进行加热固化，即得到耐大功率密度微波辐射涂层。本发明产品的介电损耗正切值低、性能稳定，且制备简单、成本低。

Description

天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于功能涂料领域，具体涉及一种天线罩用耐微波辐射涂层及其制备方法。
背景技术
随着电子对抗技术的发展，干扰功率越来越大，应用到机载设备上，单个天线连续发射功率达到几百瓦甚至上千瓦。根据飞机外形要求，发射天线需要加装整流天线罩。但整流天线罩受载机气动要求的限制，外形尺寸设计自由度较小，导致天线罩与天线间的距离很小，大功率微波的空间衰减很小，就直接入射至天线罩，天线罩内部的功率密度相当大。按目前国内宽带天线罩设计、材料、制造水平，要满足宽频带、高强度要求，其透波率不是很高，大功率微波在天线罩及涂层内部损耗较大，并转化成热能。由于材料本身导热差，热量不断积累，温度越来越高，可使天线罩表面防护涂层受损，基材烤黄，甚至烧穿天线罩。天线罩的烧毁事关飞机安全，并且整流天线罩特别是大天线罩的成本相当高，所以这一问题变得非常严峻。
机载大功率微波天线罩存在防护和美观的要求，因此需要在表面涂装防护涂层。但在大功率密度微波辐射的情况下，天线罩以及表面防护涂层中的分子将产生高频振动，吸收电磁波能量转换成热能。如果涂层的介电损耗正切值tgδ大，单位体积的涂层吸收的电磁波能量将非常大，导致涂层温度极快升温。当涂层温度超过其使用温度时，便会造成涂层中的树脂碳化，涂层颜色发黄变脆，严重情况下将导致涂层脱落，从而对发射天线的正常工作造成影响。
当前，一般性涂层主要存在大功率密度微波辐射工况下发生化学变化、介电损耗正切tgδ大、耐温性受限等缺陷，这些因素限制了涂层的应用，使其不适于机载环境下的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种介电损耗正切值低、性能稳定的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，还相应提供一种工艺过程简单、产品性能好、成本低的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，所述涂层能承受功率密度为17.6W/cm2～80.0W/cm2的微波辐射，所述涂层的介电损耗角正切值为3.7×10-2～3.8×10-2，所述涂层为直接粘附于天线罩表面的涂层，且涂层外层可涂覆其它面漆。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，优选的，所述涂层主要由组分A和组分B混合固化制备而成，所述组分A主要为环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂混合的组合物，所述组分B为酚醛树脂。更优选的，酚醛树脂是端羧基丁腈橡胶进行化学反应所得的产物。
本发明上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层特别基于以下思路：涂层树脂体系采用环氧树脂-酚醛树脂复合树脂体系，环氧树脂可形成立体网状结构，而酚醛树脂是端羧基丁腈橡胶进行化学反应所得的产物，酚醛树脂提供耐热性，而橡胶链段提供韧性，因此该固化剂可使得树脂体系的耐热性和力学性能得到兼顾。另外，由于涂层中树脂的介电损耗正切值较大，将造成大功率密度微波辐射工况下涂层温度上升，导致涂层失效，因此，在前述复合树脂体系中添加低介电损耗正切值的氮化硼粉和矿石粉，可有效降低涂层的介电损耗正切值，从而减少微波在涂层中的损耗，达到降低温度的目的。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，更优选的，所述环氧树脂为有机硅改性环氧树脂(特别优选可采用Starkon的ES-030、ES-050、ES-008，或者广州市兴胜科技有限公司的HR-10)。涂层树脂体系中的环氧树脂特别优选采用有机硅改性环氧树脂的原因是，有机硅改性环氧树脂可形成立体网状结构，生成类似无机硅酸盐结构的Si-O键的键能(460.5kJ/mol)，其比C-C键的键能(304.0kJ/mol)大得多，从而使有机硅改性环氧树脂的耐热性进一步提高；同时，在有机硅改性环氧树脂内引入有机硅柔性链段可有效地增韧，所以有机硅改性环氧树脂还可使产品具有良好的韧性、粘接性能以及抗冲击性能。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，更优选的，所述矿石粉为云母粉、石棉粉或石英粉中的至少一种。更优选的，所述云母粉、石棉粉或石英粉的粒径为1000目～2000目。更优选的，所述氮化硼粉的粒径为800目～1500目。本发明中选用大目数的氮化硼粉、云母粉、石棉粉或石英粉，这在保证涂层性能的同时，还增加了涂层中低介电损耗正切值材料的含量，有利于降低微波在涂层中的损耗，从而使涂层温度降低，达到保护涂层的目的。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，更优选的，所述溶剂为二甲苯、丙酮、乙酸乙脂、丁醇、环己酮或乙二醇丁醚中的一种或几种的等比例混合物。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，更优选的，所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、防霉剂、防沉剂中的一种或几种。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，更优选的，所述组分A和组分B的质量比为3.0～5.0∶1.0。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，更优选的，所述组分A中环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂的质量配比分别为34.5％～50.0％、15.0％～25.0％、15.0％～25.0％、15.0％～19.5％、0.5％～5.0％。
上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，优选的，所述天线罩为纤维增强塑料、纤维增强陶瓷或纤维增强玻璃-陶瓷的机载大功率微波天线罩。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂按比例混合，将混合物使用球磨工艺细化，得到组分A；
(2)将上述配制的组分A与酚醛树脂按比例混合，同时根据需要，可添加适量溶剂，将混合后的涂料涂覆于天线罩材料表面；
(3)将涂覆有涂料的天线罩材料进行加热固化，即可得到所述耐大功率密度微波辐射涂层。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述细度要求小于30.0μm。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，加热固化的过程具体包括：室温放置2.0h～5.0h，升温至100℃保温1.0～2.0h，再升温至130℃，保温1.0h～2.0h，再升温至180℃，保温1.0h～2.0h，升温速率为1.0℃/min～2.0℃/min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明特别提供了一种双组分的(有机硅改性)环氧体系的涂层，在保证产品满足耐热性、高强度、透波率、经济性等条件的同时，还可承受功率密度为17.6W/cm2～80.0W/cm2的微波辐射，为机载大功率微波天线罩的表面防护提供了一种解决方案；在大功率密度微波辐射工况下，涂层材料性能稳定，不产生化学反应。
2.本发明提供的涂层介电损耗角正切值小，在大功率密度微波辐射工况下，涂层吸收微波能量并转换成热量少，涂层温度上升小，对天线罩影响小；此外，涂层可承受220℃的温度，完全能满足微波辐射引起的温升的需求。
3.由于机载天线罩存在特殊的工作环境，如高空与地面间频繁的高低温交变、载机振动、高空太阳辐照、冲击等，本发明提供的涂层完全可以满足天线罩对表面防护涂层的耐候性、柔韧性、粘着力等要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的照片。
图2为本发明实施例1中天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的试验前后对比照片(其中a图为试验前照片，b图为试验后照片)。
图3为本发明实施例2中天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的试验前后对比照片(其中a图为试验前照片，b图为试验后照片)。
图4为本发明实施例3中天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的试验前后对比照片(其中a图为试验前照片，b图为试验后照片)。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种如图1所示本发明的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，该涂层可承受功率密度为17.6W/cm2的微波辐射，该涂层的介电损耗角正切值为3.7×10-2，该涂层为直接粘附于天线罩表面的涂层，且涂层外层可涂覆其它面漆，天线罩为纤维增强塑料制作。本实施例的涂层主要由组分A和组分B混合固化制备而成，组分A主要为有机硅改性环氧树脂、氮化硼粉、云母粉、溶剂和助剂混合的组合物，组分B为酚醛树脂，该酚醛树脂是端羧基丁腈橡胶进行化学反应所得的产物。云母粉的粒径为1000目，氮化硼粉的粒径为800目～1500目。溶剂为二甲苯、丙酮、乙酸乙脂、丁醇、环己酮和乙二醇丁醚的等比例混合物。助剂包括分散剂、流平剂、消泡剂、防霉剂和防沉剂。
本实施例上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将上述提到的原料有机硅改性环氧树脂、氮化硼粉、云母粉、溶剂和助剂分别按质量分数配比为34.5％、25.0％、25.0％、15.0％、0.5％进行混合；
(2)将上述混合物使用球磨工艺细化，直至细度小于30.0μm，即得到涂层的组分A；
(3)将上述配制的组分A与酚醛树脂(即组分B)按质量比为3.0∶1.0混合，根据设计需要，添加了适量的上述溶剂，将混合后的涂料涂覆于上述的天线罩材料表面；
(4)将涂覆有涂料的天线罩材料进行加热固化：先在室温放置2.0h，升温至100℃保温1.0h后，再升温至130℃，保温1.0h，然后升温至180℃，保温1.0h，升温速率为1.0℃/min，固化后，得到本实施例的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层。
通过上述方法制得的本实施例1的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其介电损耗角正切值为3.7×10-2，在功率密度为17.6W/cm2的微波辐射下工作3.0h，涂层未出现变色、开裂、脱落等现象，达到预期目标(参见图2)。
实施例2：
一种本发明的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，该涂层可承受功率密度为41W/cm2的微波辐射，该涂层的介电损耗角正切值为3.8×10-2，该涂层为直接粘附于天线罩表面的涂层，且涂层外层可涂覆其它面漆，天线罩为纤维增强陶瓷制作。本实施例的涂层主要由组分A和组分B混合固化制备而成，组分A主要为有机硅改性环氧树脂、氮化硼粉、石棉粉、溶剂和助剂混合的组合物，组分B为酚醛树脂，该酚醛树脂是端羧基丁腈橡胶进行化学反应所得的产物。石棉粉的粒径为1500目，氮化硼粉的粒径为1500目。溶剂为二甲苯、丙酮、乙酸乙脂、丁醇和乙二醇丁醚的等比例混合物。助剂包括分散剂、流平剂、消泡剂和防霉剂。
本实施例上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将上述提到的原料有机硅改性环氧树脂、氮化硼粉、石棉粉、溶剂和助剂分别按质量分数配比为50.0％、15.0％、15.0％、19.5％、0.5％进行混合；
(2)将上述混合物使用球磨工艺细化，直至细度小于30.0μm，即得到涂层的组分A；
(3)将上述配制的组分A与酚醛树脂(即组分B)按质量比为4.0∶1.0混合，根据设计需要，添加了适量的上述溶剂，将混合后的涂料涂覆于上述的天线罩材料表面；
(4)将涂覆有涂料的天线罩材料进行加热固化：先在室温放置3.0h，升温至100℃保温1.5h后，再升温至130℃，保温1.5h，然后升温至180℃，保温1.5h，升温速率为1.5℃/min，固化后，得到本实施例的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层。
通过上述方法制得的本实施例1的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其介电损耗角正切值为3.8×10-2，在功率密度为41.0W/cm2的微波辐射下工作3.0h，涂层未出现变色、开裂、脱落等现象，达到预期目标(参见图3)。
实施例3：
一种本发明的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，该涂层可承受功率密度为80W/cm2的微波辐射，该涂层的介电损耗角正切值为3.8×10-2，该涂层为直接粘附于天线罩表面的涂层，且涂层外层可涂覆其它面漆，天线罩为纤维增强玻璃-陶瓷制作。本实施例的涂层主要由组分A和组分B混合固化制备而成，组分A主要为有机硅改性环氧树脂、氮化硼粉、石英粉、溶剂和助剂混合的组合物，组分B为酚醛树脂，该酚醛树脂是端羧基丁腈橡胶进行化学反应所得的产物。石英粉的粒径为2000目，氮化硼粉的粒径为1500目。溶剂为二甲苯、丙酮和乙酸乙脂的等比例混合物。助剂包括分散剂、流平剂和消泡剂。
本实施例上述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将上述提到的原料有机硅改性环氧树脂、氮化硼粉、石英粉、溶剂和助剂分别按质量分数配比为40.0％、20.0％、20.0％、15.0％、5.0％进行混合；
(2)将上述混合物使用球磨工艺细化，直至细度小于30.0μm，即得到涂层的组分A；
(3)将上述配制的组分A与酚醛树脂(即组分B)按质量比为5.0∶1.0混合，根据设计需要，添加了适量的上述溶剂，将混合后的涂料涂覆于上述的天线罩材料表面；
(4)将涂覆有涂料的天线罩材料进行加热固化：先在室温放置5.0h，升温至100℃保温2.0h后，再升温至130℃，保温2.0h，然后升温至180℃，保温2.0h，升温速率为2.0℃/min，固化后，得到本实施例的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层。
通过上述方法制得的本实施例1的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其介电损耗角正切值为3.8×10-2，在功率密度为80.0W/cm2的微波辐射下工作3.0h，涂层未出现变色、开裂、脱落等现象，达到预期目标(参见图4)。

Claims (7)

1. 一种天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其特征在于，所述涂层能承受功率密度为17.6 W/cm2～80.0 W/cm2的微波辐射，所述涂层的介电损耗角正切值为3.7×10-2～3.8×10-2，所述涂层为直接粘附于天线罩表面的涂层，其由组分A和组分B混合固化制备而成，所述组分A为环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂混合的组合物，所述组分B为酚醛树脂；所述组分A和组分B的质量比为3.0～5.0∶1.0；所述组分A中环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂的质量配比分别为：34.5%～50.0%、15.0%～25.0%、15.0%～25.0%、15.0%～19.5%、0.5%~5.0%；
所述环氧树脂为有机硅改性环氧树脂，所述矿石粉为云母粉、石棉粉或石英粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其特征在于，所述溶剂为二甲苯、丙酮、乙酸乙酯、丁醇、环己酮或乙二醇丁醚中的一种或几种的等比例混合物，所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、防霉剂、防沉剂中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其特征在于，所述氮化硼粉的粒径为800目～1500目，所述云母粉、石棉粉或石英粉的粒径为1000目～2000目。
4.根据权利要求1所述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层，其特征在于，所述天线罩为纤维增强塑料、纤维增强陶瓷或纤维增强玻璃-陶瓷的机载大功率微波天线罩。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的天线罩用耐大功率密度微波辐射涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）将环氧树脂、氮化硼粉、矿石粉、溶剂和助剂按比例混合，将混合物使用球磨工艺细化，得到组分A；
（2）将上述配制的组分A与酚醛树脂按比例混合，将混合后的涂料涂覆于天线罩材料表面；
（3）将涂覆有涂料的天线罩材料进行加热固化，即可得到所述耐大功率密度微波辐射涂层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述细化的细度要求小于30.0 μm。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，加热固化的过程具体包括：室温放置2.0 h～5.0 h，升温至100℃保温1.0 ～2.0 h，再升温至130℃，保温1.0 h～2.0 h，再升温至180℃，保温1.0 h～2.0 h，升温速率为1.0 ℃/min～2.0 ℃/min。
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CN102492339A (zh) * 2011-12-15 2012-06-13 西南科技大学 一种天线罩材料的高透波超疏水防潮涂层的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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