CN105965912B - 一种高增益复合材料天线的制备方法 - Google Patents

一种高增益复合材料天线的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合材料天线的制备方法，其特征在于，包括：用三维织机织造微带天线预制件，将微带天线预制件放置于模具中，将树脂和空气交替的抽入模具内，待树脂分布均匀后继续保持空气的抽入，使多余的树脂随空气流抽出，固化，脱模，得到复合材料天线。本发明利用真空辅助转移成型法，在保持树脂均匀浸润的基础上，制备高增益复合材料天线。

Description

一种高增益复合材料天线的制备方法
技术领域
本发明属于天线制备领域，特别涉及一种高增益复合材料天线的制备方法。
背景技术
作为在军用领域中不可缺少的通信系统单元，天线在民用领域也起到了越来越重要的作用，现如今，在交通工具上装有大量的天线。天线的发展趋势也逐渐变为轻质、隐蔽、稳定。将微带天线嵌入织物成为其中的一种方法，而在各类织物中，三维织物因为其良好的整体性而具备一定的优势，将微带天线嵌入三维织物复合材料，可以使其兼具天线性能以及良好的力学性能。而中空结构的复合材料天线能够有效减轻天线的质量，并且提高基质的介电性能，从而使天线增益有显著的提升。
传统复合材料天线的成型方法有手糊成型、喷射成型、树脂传递模塑成型法等。其中，由树脂传递模塑成型技术制备的成品表面光滑、树脂分布均匀、成型效率高，并且树脂传递模塑成型为封闭操作，不污染环境，不损害工人健康，原材料及能源消耗少，因此近年来被工业界广泛采用。但是传统的树脂传递模塑成型法所制备的复合材料为实心结构，树脂的大量填充虽然保证了较好的力学性能，但是导致了更多的介电损耗，从而使天线的增益性能较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高增益复合材料天线的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低，经济效益好。在保证树脂均匀覆盖的前提下，制备高增益复合材料天线，解决了传统树脂传递模塑成型法难以制备高增益复合材料天线的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合材料天线的制备方法，其特征在于，包括：用三维织机织造微带天线预制件，将微带天线预制件放置于模具中，将树脂和空气交替的抽入模具内，待树脂分布均匀后继续保持空气的抽入，使多余的树脂随空气流抽出，固化，脱模，得到复合材料天线。
优选地，所述的微带天线预制件为三维织物，所述的三维织物的表层和最底层的经纬纱采用铜绞线，三维织物的其余纱线均为玻璃纤维。
优选地，所述的微带天线预制件包括辐射元和用于支撑辐射元的基体，所述的辐射元与基体的最底层通过馈电线实现电连接。
优选地，所述的模具的尺寸根据微带天线预制件的尺寸设计。
优选地，所述的将微带天线预制件放置于模具中的方法包括：将微带天线预制件置于上下两层玻璃板之间，微带天线预制件的上面与上层玻璃板之间以及微带天线预制件的下面与下层玻璃板之间均设置塑料膜，玻璃板和塑料膜上涂覆脱模剂，形成模具预制件，将预制件的四周密封，完成模具制备。
优选地，在将树脂和空气交替的抽入模具前，确定抽吸的压力、树脂的粘度以及树脂和空气的交替频率中的至少一种，使树脂渗透进入微带天线预制件的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙。
优选地，所述的微带天线预制件为织物垂直方向有连接作用的纤维集合体。
更优选地，所述的微带天线预制件为三维正交结构，三维角连锁结构，三维间隔织物，或缝合或者粘合而成的多层织物。
优选地，所述的塑料膜为聚四氟乙烯膜、聚酯膜、聚乙烯醇膜或聚乙烯膜，或带有聚四氟乙烯、聚酯、聚乙烯醇或聚乙烯涂层的表面光滑的膜状织物。
优选地，所述的树脂为热固性树脂。
优选地，所述的树脂为环氧树脂，丙烯酸树脂，不饱和聚乙烯树脂或酚醛树脂等低介电损耗的树脂。
优选地，所述的树脂中添加有树脂稀释剂，树脂稀释剂与树脂的体积比为10～60∶100。树脂稀释剂的添加量根据织物结构和稀释剂种类调节。
更优选地，所述的树脂稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂。
更优选地，所述的活性稀释剂为AGE(C12-14脂肪缩水甘油醚)，501(丁基缩水甘油醚)和622(1，4-丁二醇缩水甘油醚)中的至少一种。
更优选地，所述的非活性稀释剂为无水乙醇和丙酮中的至少一种。
优选地，通过调节树脂的粘度、抽吸用真空泵的压力、以及树脂和空气的交替频率中的至少一种，来实现在将树脂和空气交替的抽入模具内时，微带天线预制件的中空度的调节。
本发明在真空辅助树脂转移成型法的基础上进行改进，利用了三维织物结构具有垂直捆绑纱的特点，采用真空压力下，使树脂部分浸入三维织物的方法，得到高中空度的复合材料结构。而该结构即使在有很高的中空度的情况下依然能保持很好的力学性能和抗分层能力。从而获得质量轻，力学性能好，增益性能高的优点复合材料天线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用真空辅助转移成型法，在保持树脂均匀浸润的基础上，制备高增益复合材料天线。
(2)本发明制备的复合材料天线中空度高，质量轻，介电性能好，具有高增益。
(3)本发明制备工艺简单，成本低，经济效益好。
附图说明
图1为复合材料天线的示意图；
图2为高增益三维机织间隔织物复合材料天线的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种高增益三维机织间隔织物复合材料天线的制备方法，具体步骤为：
(1)用三维织机织造微带天线预制件：
根据微带天线预制件的基体和辐射元的介电性能设计微带天线预制件的尺寸参数：
如图1所示，所述的微带天线预制件包括辐射元11和用于支撑辐射元11的基体13，所述的辐射元11位于基体13的上侧，基体13的最底层构成接地板，所述的辐射元11与基体13的最底层通过馈电线12实现电连接。
如图2所示，所述的微带天线预制件为三维间隔织物，所述的三维间隔织物的柱纱4为8字形结构，上下层织物为平纹织物，所述的三维间隔织物的表层和最底层的经纬纱1采用直径0.7mm的铜绞线，用于织造微带天线预制件的辐射元11和接地板，三维间隔织物的其余纱线均为玻璃纤维，其中，基体13的其余经纬纱3为线密度为1200tex的E玻璃纤维，柱纱4为线密度400tex的E玻璃纤维。复合材料天线预制件的厚度为0.5cm。
微带天线预制件的各纱线均浸润树脂2。
采用常规工艺用三维织机织造微带天线预制件。
(2)将微带天线预制件放置于模具中：根据微带天线预制件大小确定模具尺寸大小，将微带天线预制件置于上下两层玻璃板之间，微带天线预制件的上面与上层玻璃板之间以及微带天线预制件的下面与下层玻璃板之间均设置聚四氟乙烯膜，玻璃板和塑料膜上涂覆脱模剂聚硅氧烷，形成模具预制件，用塑料板和密封胶带将预制件的四周密封，完成模具制备。
(3)确定真空泵抽吸的压力为0.6MPa、树脂的粘度小于250mPa·s以及树脂和空气的交替频率为每抽5秒钟的树脂后抽2秒中的空气；
(4)配制低粘度树脂：选用环氧树脂(901-VP，上海富晨化工有限公司)，加入2wt％的(以树脂重量为基准)的固化剂甲乙酮，1wt％的催化剂(异锌酸钴)和加入30vol％(以树脂体积为基准)的无水乙醇对树脂进行稀释，充分搅拌使得树脂与稀释剂和固化剂均匀混合，得到粘度小于250mPa·s。(采用旋转式粘度计在常温常压下测得)的低粘度树脂。
(5)在0.6MPa的抽吸压力下将树脂和空气交替的抽入模具内，每抽5秒钟的树脂后抽2秒钟的空气，不断的交替，使树脂渗透进入微带天线预制件的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙，待树脂分布均匀后继续保持空气的抽入，使多余的树脂随空气流抽出；
(6)在50°温度下预固化1小时，随后在70°温度下进行8小时的固化，固化完成后进行脱模，完成三维机织间隔织物复合材料天线的制备。
(7)制备所得的三维机织间隔织物复合材料天线的横截面示意图如图2所示，孔隙率为45％，天线的增益为5dB。
实施例2：
一种三维正交机织物增强多孔复合材天线的制备方法，具体步骤为：
(1)用三维织机织造微带天线预制件：
根据微带天线预制件的基体和辐射元的介电性能设计微带天线预制件的尺寸参数：
如图1所示，所述的微带天线预制件包括辐射元11和用于支撑辐射元11的基体13，所述的辐射元11位于基体13的上侧，基体13的最底层构成接地板，所述的辐射元11与基体13的最底层通过馈电线12实现电连接。
所述的微带天线预制件为三维正交机织物，所述的三维正交机织物包括七层的经纬纱，最表层和最底层的经纬纱均由直径0.7mm的铜绞线代替，用于织造微带天线预制件的辐射元11和接地板；三维正交机织物的其余纱线均为玻璃纤维，其中，基体13的其余经纬纱为线密度为1200tex的E玻璃纤维，捆绑纱为线密度400tex的E玻璃纤维。复合材料天线预制件的厚度为0.4cm。
采用常规工艺用三维织机织造微带天线预制件。
(2)将微带天线预制件放置于模具中：根据微带天线预制件大小确定模具尺寸大小，将微带天线预制件置于上下两层玻璃板之间，微带天线预制件的上面与上层玻璃板之间以及微带天线预制件的下面与下层玻璃板之间均设置聚四氟乙烯膜，玻璃板和塑料膜上涂覆脱模剂聚硅氧烷，形成模具预制件，用真空密封塑料膜和密封胶带将预制件的四周密封，完成模具制备。
(3)确定真空泵抽吸的压力为0.8MPa、树脂的粘度小于200mPa·s以及树脂和空气的交替频率为每抽5秒钟的树脂后抽2秒中的空气；
(4)配制低粘度树脂：选用环氧树脂(901-VP，上海富晨化工有限公司)，加入2wt％的(以树脂重量为基准)的固化剂甲乙酮，1wt％的催化剂(异锌酸钴)和加入20vo1％(以树脂体积为基准)的AGE对树脂进行稀释，充分搅拌使得树脂与稀释剂和固化剂均匀混合，得到粘度小于200mPa·s。(采用旋转式粘度计在常温常压下测得)的低粘度树脂。
(5)在0.8MPa的抽吸压力下将树脂和空气交替的抽入模具内，每抽5秒钟的树脂后抽2秒钟的空气，不断的交替，使树脂渗透进入微带天线预制件的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙，待树脂分布均匀后继续保持空气的抽入，使多余的树脂随空气流抽出；
(5)在50°温度下预固化1小时，随后在70°温度下进行8小时的固化，固化完成后进行脱模，完成三维正交织物增强多孔复合材天线的制备。
(6)制备所得的三维正交织物增强多孔复合材天线的孔隙率为25％，天线增益为3.8dB。

Claims (9)

1.一种复合材料天线的制备方法，其特征在于，包括：用三维织机织造微带天线预制件，将微带天线预制件放置于模具中，将树脂和空气交替的抽入模具内，使树脂渗透进入微带天线预制件的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙，通过调节树脂的粘度、抽吸用真空泵的压力、以及树脂和空气的交替频率中的至少一种，来实现在将树脂和空气交替的抽入模具内时，微带天线预制件的中空度的调节，待树脂分布均匀后继续保持空气的抽入，使多余的树脂随空气流抽出，固化，脱模，得到复合材料天线。
2.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的微带天线预制件为三维织物，所述的三维织物的表层和最底层的经纬纱采用铜绞线，三维织物的其余纱线均为玻璃纤维。
3.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的微带天线预制件包括辐射元（11）和用于支撑辐射元（11）的基体（13），所述的辐射元（11）与基体（13）的最底层通过馈电线（12）实现电连接。
4.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的模具的制备方法包括：将微带天线预制件置于上下两层玻璃板之间，微带天线预制件的上面与上层玻璃板之间以及微带天线预制件的下面与下层玻璃板之间均设置塑料膜，玻璃板和塑料膜上涂覆脱模剂，形成模具预制件，用真空密封塑料膜和密封胶带将预制件的四周密封，完成模具制备。
5.如权利要求4所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的塑料膜为聚四氟乙烯膜、聚酯膜、聚乙烯醇膜或聚乙烯膜，或带有聚四氟乙烯、聚酯、聚乙烯醇或聚乙烯涂层的表面光滑的膜状织物。
6.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，在将树脂和空气交替的抽入模具前，确定抽吸的压力、树脂的粘度以及树脂和空气的交替频率中的至少一种，使树脂渗透进入微带天线预制件的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙。
7.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的微带天线预制件为三维正交结构，三维角连锁结构，三维间隔织物，或缝合或者粘合而成的多层织物。
8.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的树脂为所述的树脂为环氧树脂，丙烯酸树脂，不饱和聚乙烯树脂或酚醛树脂。
9.如权利要求1所述的复合材料天线的制备方法，其特征在于，所述的树脂中添加有树脂稀释剂，树脂稀释剂与树脂的体积比为10～60：100。
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