CN106715785A - 包含聚合物片材的空间框架天线罩 - Google Patents

包含聚合物片材的空间框架天线罩 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包含片材的空间框架天线罩，所述片材包含高强度聚合物纤维和塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2‑C12α‑烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860‑940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。

Description

包含聚合物片材的空间框架天线罩
本发明涉及包含聚合物片材的空间框架天线罩。此外，本发明涉及通过使用所述片材来制造空间框架天线罩的方法。本发明还涉及包括天线和包含所述片材的空间框架天线罩的系统。此外，本发明涉及所述片材在空间框架天线罩中的用途。
天线罩是用来覆盖或包围和保护天线和卫星通信(SATCOM)天线的高电磁透过性结构。用于例如雷达装置、无线电信基础设施和射电望远镜中的天线通常需要天线罩或某种覆盖结构来保护它们抵御天气(例如，阳光、风和水分)。为了保护天线抵御来自抛射物(例如，风所携带的碎片)的冲击和冰雹(hale)，天线罩的存在对于放置在经常发生大风或暴风雨的地区中的天线而言是尤其必需的(mandatory)。天线罩通常由刚性自支撑材料或充气柔性织物制成。本领域中已知不同类型的天线罩，包括电介质、空间框架、复合材料和可充气天线罩。可充气天线罩通常由充气的柔性电气薄电介质布制成。然而，具有由充气的柔性织物制成的壁的可充气天线罩需要由空气鼓风机或空气压缩机从内部提供的恒定供应的空气。它们还需要在所有门的气闸和备用电源供应器，以在所有环境条件下始终运行鼓风机。如果膜遭受损坏或如果电力中断，则天线罩可能会失效(collapse)。可充气雷达天线的操作和维护成本通常超过所有其它类型。
已知的特殊类型的天线罩是空间框架天线罩，其具有刚性自支撑结构并且是恶劣天气地点中最常用的天线罩。因此，空间框架天线罩应当显示高耐候性并且保持对雷达设备发射和接收的电磁波的高透过性。因为天线罩必须抵抗非常不利的环境条件，例如数百km/h数量级的风速、猛烈的冰雹、高温等，所以这些天线罩能够经受的应力应当非常强。因此，空间框架天线罩必须非常坚固，并且同时必须尽可能少地阻碍电磁波的传播。
空间框架天线罩在现有技术中是已知的，例如由文献US4946736和US700605已知。空间框架天线罩通常是刚性的自支撑结构，所述结构通常包含承重框架(即，在其边缘处彼此连接的刚性型材)和由所述框架支撑的壁，从而形成用于包围和保护天线的网格状球顶。用于形成空间框架天线罩的框架的典型材料可以包括电介质(例如玻璃纤维)和金属(例如铝和钢)。框架通常具有不同的几何形状，例如三角形。空间框架天线罩的壁通常包括由框架支撑的电磁透射聚合物片材，所述片材通常是包含在聚酯基质中的聚酯纤维的织物，所述织物涂覆有疏水性涂层或膜，例如含氟聚合物(PTFE)。这种片材的实例有其是由聚酯纤维制成的刚性片材，所述聚酯纤维浸渍有聚酯树脂并涂覆有独立膜所述膜是聚氟乙烯疏水膜。然而，尽管事实上已知的空间框架天线罩在形成天线罩壁的片材的组成中含有独立的额外疏水层，但是所述天线罩的疏水性仍然相对较低，同时由于聚合物片材中的额外层，所述天线罩的制造更困难且更昂贵。此外，电磁透过性具有较低的值，在较低的天线罩壁厚度下亦是如此；并且它们的强度较低，在较高的重量下亦是如此。
因此，本发明的目标是通过提供改进的空间框架天线罩来消除现有技术中已知的上述缺点。因此，特别地，本发明的一个目标是提供空间框架天线罩，其在更长的使用期限内达到更高的疏水性，而不在天线罩壁的片材中使用额外的疏水性材料(例如作为涂层或膜)，从而减少维护问题并以更低的成本生产。本发明的另一目标是提供空间框架天线罩，其更耐用(例如具有更高的抗张强度和/或模量和/或更低的断裂伸长率)以抵抗其在使用期间所经受的强应力，而同时具有更轻的重量并且具有更高的电磁波透过性。本发明的另一目标是提供空间框架天线罩，其在宽频带宽(例如，从0.5GHz至至少130GHz)上具有减小的介电损耗。
该目标通过下述空间框架天线罩得以实现，所述空间框架天线罩包括含有高强度聚合物纤维和塑性体的片材，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物并具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。
观察到：本发明的空间框架天线罩具有更高的疏水性，即使在天线罩壁中的片材中不使用额外的独立疏水性材料(例如作为涂层或膜)亦是如此；更坚固(例如具有更高的抗张强度和/或模量和/或更低的断裂伸长率)以抵抗其在使用期间所经受的高应力；而同时具有更轻的重量并具有更高的电磁波透过性。此外，观察到：根据本发明的空间框架天线罩在宽频带宽(例如，从0.5GHz至至少130GHz)上具有减小的损耗。此外，所述天线罩可以以较低的成本来生产和维护，并且涉及较少维护问题。
“片材”在本文中被理解为长度、宽度和/或直径远大于厚度的扁平体，这也是本领域技术人员通常已知的。片材的宽度和长度仅受实践的限制，例如受到生产设备的限制；和受到空间框架天线罩的尺寸和形状的限制。片材的宽度可以为至少200mm、优选地至少500mm、更优选地至少1000mm、甚至更优选地至少2000mm、甚至更优选地至少3000mm、甚至更优选地至少5000mm、最优选地至少10000mm。包含三个互连型材的天线罩中的片材的表面积可以为至少0.005m2、优选地至少3m2、更优选地至少10m2、更优选地至少15m2。
片材可以是多层片材，其中多个层可以是相同或不同的材料。优选地，根据本发明的空间框架天线罩中的片材包含至少一个含有高强度聚合物纤维的层，优选地至少一个机织织物的层，和至少一个塑性体的层，其中所述塑性体是乙烯或丙烯和一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物，所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。塑性体层可以是层压层(例如膜)或涂层，并且可以具有0.005mm至1mm、优选地至少0.007mm、更优选地至少0.01mm、还更优选地至少0.02mm、最优选地至少0.04mm且优选地至多0.065mm、更优选地至多0.09mm、还更优选地至多0.175mm、最优选地至多1mm的平均厚度。
根据本发明的空间框架天线罩中的片材优选地是柔性的，更容易运输、处理和安装。柔性片材在本文中被理解为可以折叠或弯曲的片材。所述片材的柔性的量度可以是：当所述片材的样品具有支撑端，即被放置在刚性支撑物(例如，桌子)上的端部；自由端，即无支撑端；且刚性支撑物和自由端之间的长度为500mm时，所述样品将在其自身重量下以优选地大于3°、更优选地大于10°、甚至更优选地大于30°的角度相对于水平线偏斜。
根据本发明的空间框架式天线罩通常是自支撑结构，并且包括由本文定义的片材和互连的型材形成的天线罩壁，从而形成了用于包围和保护天线(例如监视天线)的网格状球顶。更优选地，天线罩壁由片材和互连的型材组成，其中所述片材包含高强度聚合物纤维和塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯和一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物，且所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。
互连的型材通常是支撑(或固定)片材的承重框架并且在其边缘处彼此连接，其优选地是刚性的且可以包括挤制铝材、金属或低介电材料。应该注意的是，本文所用的术语“刚性”限定了在不改变的情况下不适合于成形表面的结构。本文所使用的术语“刚性材料”意在涵盖刚性材料、半刚性材料(部分柔性材料)、以及基本上任何非柔性或弹性的或者部分柔性或弹性的材料，即在负载下不显示或具有非常低的弹性形变(例如弯曲、拉伸、扭曲)的材料。例如，利用ASTM E111-04(2010)测量的刚性材料的杨氏模量可以高于5GPa、高于10GPa、高于30GPa、高于50GPa、高于100GPa或高于200GPa且最高1000GPa。互连的型材通常具有不同的几何形状，例如三角形或多边形。通过挤压铝材，可以容易地制造具有期望形状的相对轻的型材。也可以使用其它金属或低介电材料，例如将其挤制成期望的形状。
可以容易地调节所述片材的尺寸以适合所有板尺寸和金属空间框架天线罩的截断(truncation)。可以通过本领域已知的任何方法使片材与互连的型材相连以形成天线罩壁。例如，WO2014140260中详细描述了这样的固定方法。包含型材(框架)和片材的多个构建元件可以例如预先制成，之后使其互连以形成天线罩壁。还可以使多组至少三个互连型材彼此连接，之后使片材与每组型材相连。优选地，夹紧装置是刚性的并且可以包含螺栓和螺母系统。优选地，夹紧装置的刚性材料是选自包括钢、铝、青铜、黄铜等的组的金属。形成天线罩壁的构建元件也可以容易地形成，例如通过首先使型材彼此相连以在其之间限定开口，然后通过使片材与型材相连来安装所述片材以覆盖所述开口。片材可以在型材之间张紧，例如通过拉动片材的边缘，然后锁定夹紧装置，并且如果期望，切割多余的片材。还可以在现场使用之前在制造商的场所连接片材。在张紧和锁定之后，可以移除多余的片材。
根据本发明，片材包含高强度聚合物纤维。“纤维”在本文中被理解为其长度远大于横向尺寸(例如，直径、宽度和/或厚度)的至少一个细长体。术语“纤维”还包括例如长丝、丝带、条、带、带材、膜等。纤维可以具有规则的横截面，例如椭圆形、圆形、矩形、正方形、平行四边形；或不规则的横截面，例如叶形、C形、U形。纤维可以具有连续的长度(在本领域中被称为长丝)或不连续的长度(在本领域中被称为短切纤维)。短纤维通常可以通过切割或拉伸断裂长丝来获得。纤维可以具有各种横截面，例如圆形、豆形、椭圆形或矩形的规则或不规则的横截面，并且它们可以是加捻的或未加捻的。为了本发明的目的，纱线是含有多根纤维的细长体。本领域技术人员可以分辨含有许多连续的长丝纤维的长丝纱线或者连续长丝纱线和含短纤维(也被称为短切纤维)的短纤纱或纺丝纱线。
包含在根据本发明的空间框架天线罩中的片材中合适的高强度聚合物纤维包括但不限于包含聚烯烃的纤维，诸如α-烯烃(例如乙烯和/或丙烯)的均聚物和/或共聚物；聚甲醛；聚(偏二氟乙烯)(poly(vinylidine fluoride))；聚(甲基戊烯)；聚(乙烯-氯三氟乙烯)；聚酰胺和聚芳酰胺，例如(聚对苯二甲酰对苯二胺(又名)；聚芳酯；聚(四氟乙烯)(PTFE)；聚{2，6-二咪唑并-[4，5b-4’，5’e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)苯撑}(又名M5)；聚(对亚苯基-2，6-苯并双恶唑)(PBO))(又名)；聚(己二酰己二胺)(又名尼龙6，6)；聚丁烯；聚酯，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(对苯二甲酸1，4亚环己基二亚甲基酯)；聚丙烯腈；聚乙烯醇；以及由例如US 4，384，016已知的热致液晶聚合物(LCP)，例如(对羟基苯甲酸和对羟基萘甲酸的共聚物)。由这类聚合物材料制造的纤维的组合也可被用于制造所述片材。优选地，片材包括高强度聚烯烃纤维，优选地α-聚烯烃，例如丙烯均聚物和/或乙烯均聚物和/或包含丙烯和/或乙烯的共聚物。
优选地，所述高强度聚合物纤维是聚烯烃纤维、更优选地聚乙烯纤维。当聚乙烯纤维是高分子量聚乙烯(HMWPE)纤维、更优选地超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维时，可以获得良好的结果。可以通过本领域已知的任何技术，优选地通过熔融纺丝工艺或凝胶纺丝工艺来制造聚乙烯纤维。如果使用熔融纺丝工艺，则用于聚乙烯纤维制造的聚乙烯起始材料优选地具有20000g/mol至600000g/mol、更优选地60000g/mol至200000g/mol的重均分子量。EP 1,350,868中公开了熔融纺丝工艺的实例，其通过引用并入本文中。最优选的聚合物纤维是凝胶纺丝UHMWPE纤维，例如由DSM Dyneema以名称出售的那些。UHMWPE在本文中被理解为固有粘度(IV)为至少4dl/g、更优选地至少8dl/g，最优选地至少12dl/g的聚乙烯。优选地，所述IV为至多50dl/g、更优选地至多35dl/g、更优选地至多25dl/g。固有粘度是对分子量(也称为摩尔质量)的一种量度，其中分子量可以比实际分子量参数如Mn和Mw更容易测量。根据ASTM D1601(2004)在135℃下在萘烷中通过将不同浓度下测得的粘度外推至零浓度来测定IV，溶解时间为16个小时，以2g/1溶液的量采用BHT(丁基化羟基甲苯)作为抗氧化剂。当固有粘度过低时，有时不能获得使用由UHMWPE制成的各种模制品所需的强度；当固有粘度过高时，模塑后加工性能等有时会变差。本领域技术人员可以容易地选择所述聚合物材料的平均分子量(Mw)和/或固有粘度(IV)以获得具有期望的机械性能(例如，抗张强度)的纤维。技术文献不仅对于本领域技术人员应该使用什么样的Mw或IV值来获得坚固纤维(即，具有高抗张强度的纤维)提供了进一步指导，而且对于如何生产这样的纤维也提供了进一步指导。
优选地，UHMWPE纤维是凝胶纺丝纤维(即利用凝胶纺丝工艺制造的纤维)或熔融纺丝纤维。用于制造UHMWPE纤维的凝胶纺丝工艺的实例被描述在许多出版物中，所述出版物包括EP 0205960 A、EP 0213208 A1、US 4413110、GB 2042414 A、GB-A-2051667、EP0200547 B1、EP 0472114 B1、WO 01/73173 A1和EP 1,699,954。
在一个具体的实施方式中，根据本发明所使用的高强度聚合物纤维为带状，或者换句话说，所述聚合物纤维为聚合物带材。优选地，所述聚合物带材为UHMWPE带材。为了本发明的目的，带材(或扁平带材)是横截面纵横比(即宽度与厚度的比例)优选地为至少5∶1、更优选地至少20∶1、甚至更优选地至少100∶1以及还要甚至更优选地至少1000∶1的纤维。带材的宽度优选地在1mm和600mm之间、更优选地在1.5mm和400mm之间、甚至更优选地在2mm和300mm之间、甚至更优选地在5mm和200mm之间、最优选地在10mm和180mm之间。带材的厚度优选地在10μm和200μm之间、更优选地在15μm和100μm之间。“横截面纵横比”在本文中被理解为宽度与厚度的比例。
优选地，根据本发明的空间框架天线罩的片材中的聚合物纤维具有0.5-20dpf、更优选地0.7-10dpf、最优选地1-5dpf的范围内的纤度。包含所述纤维的纱线优选地具有100-3000dtex、更优选地200-2500dtex、最优选地400-2000dtex、甚至最优选地500-1900dtex的范围内的纤度。
“高强度纤维”在本文中被理解为具有高抗张强度(例如至少0.5GPa)的纤维，其中所述抗张强度是根据下文的测量方法部分中所述的方法测量的。所述聚合物纤维的抗张强度优选地为至少1.2GPa、更优选地至少2.5GPa，最优选地至少3.5GPa。优选地，聚合物纤维是抗张强度为优选地至少1.2GPa、更优选地至少2GPa、优选地至少3GPa、还甚至更优选地至少3.5GPa、还甚至更优选地至少4GPa、最优选地至少5GPa的聚乙烯纤维、更优选地UHMWPE纤维。与具有类似构造但包含由例如聚酯、尼龙或芳族聚酰胺制备的纤维的任何其它天线罩相比，包括含有坚固的聚乙烯纤维(例如HMWPE纤维或UHMWPE纤维)的片材的空间框架天线罩具有更好的机械稳定性，重量更轻且更坚固。
优选地，高强度聚合物纤维的抗张模量为优选地至少30GPa、更优选地至少50GPa、最优选地至少60GPa。纤维的抗张模量是根据下文的测量方法部分中所述的方法测量的。优选地，高强度聚合物纤维为聚乙烯纤维、更优选地UHMWPE纤维，其中聚乙烯纤维、尤其是UHMWPE纤维的抗张模量为至少50GPa、更优选地至少60GPa、最优选地至少80GPa。观察到：当根据本发明使用这种高强度聚乙烯、更具体地这种高强度UHMWPE纤维时，本发明的空间框架天线罩更坚固(例如具有更高的抗张强度和/或模量和/或更低的断裂伸长率)以抵抗其在使用期间所经受的高应力，而同时具有更轻的重量并且具有更高的电磁波透过性。此外，观察到：根据本发明的空间框架天线罩在宽频带宽(例如，从0.5GHz至至少130GHz)上具有减小的损耗。
在本发明的优选实施方式中，至少80质量％、更优选地至少90质量％、最优选地约100质量％的片材所含纤维是高强度聚合物纤维。更优选地，至少80质量％、更优选地至少90质量％、最优选地100质量％的片材所含纤维是聚乙烯纤维、更优选地UHMWPE纤维。剩余质量％的纤维可以由上文列举的其它聚合物纤维组成。观察到：通过使用含有提高的质量％的聚乙烯纤维的片材、尤其是其中所有聚合物纤维均为聚乙烯纤维的片材，本发明的空间框架天线罩除了上文提到的优点(例如更高的疏水性和更高的电磁波透过性和减小的介电损耗)之外，可以显示出对阳光和UV降解良好的抗性、高撕裂强度和低重量。
优选地，根据本发明的天线罩中的片材所含的高强度聚合物纤维形成织物，即所述片材包含含有高强度聚合物纤维的织物、优选地由高强度聚合物纤维组成。所述织物可以具有本领域中已知的任何构造，例如机织(woven)、针织、交织(plaited)、编织或无纺或其组合。针织织物可以是纬向针织的(例如单、双面织物)或经向针织的。无纺织物的实例是毡织物或其中纤维基本上沿一个共同的方向以大致平行的方式行进的织物。机织、针织、或无纺织物的其它例子以及其制造方法在“Handbook of Technical Textiles”，ISBN 978-1-59124-651-0中的第4、5和6章有描述，其公开内容作为引用被并入本文。相同手册的第11章(特别是段落11.4.1)中描述了编织物的说明和实例，其公开内容通过引用被并入本文。
优选地，根据本发明所使用的织物为机织织物。优选地，所述机织织物采用每单位长度和整个横截面直径上小重量构造。机织织物的优选实施方式包括平针(平纹)编织织物、凸纹编织织物、席纹编织织物、斜纹编织织物、方平网眼编织织物、破斜纹(crow feet)编织织物和缎织编织织物，但是也可以使用更复杂的编织织物，例如三向编织织物。更优选地，机织织物是平针编织织物，最优选地，机织织物为方平网眼编织织物。优选地，用于制备机织织物的纤维是带材，更优选地它们是具有圆形横截面的纤维，所述横截面的纵横比为至多4∶1、更优选地为至多2∶1。优选地，根据本发明的片材中的带材可以通过纺织获得。带材的纺织本身是已知的，例如由文献WO2006/075961已知，该文献公开了从带状经纱和纬纱生产机织单层的方法，所述包括以下步骤：添加带状经纱以辅助梭口(shed)形成和织物拉紧(take-up)；将带状纬纱插入由所述经纱形成的梭口；将所插入的带状纬纱沉积在织物的织口(fabric-fell)上；并将所生产的纺织层拉紧；其中插入带状纬纱的步骤涉及通过夹紧的方式在基本上平的条件下抓紧纬纱带材并提拉纬纱带材穿过梭口。在被沉积在织物的织口位置之前，所插入的纬纱带材优选地是从其供应源在预定的位置切下的。当纺织带材时，在纺织工艺中使用特别设计的纺织元件。尤其合适的纺织元件描述于US6450208中。优选地，片材的机织结构为平针织物。优选地，片材中的纬线方向与相邻单层中的纬线方向成一定角度。优选地，所述角度为约90°。
优选地，根据本发明的天线罩中包含的片材由高强度聚合物纤维和塑性体以及任选的如下文所述的填料和/或添加剂组成，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。更优选地，根据本发明的天线罩中包含的片材由高强度聚合物带材、优选地高强度聚合物织物、更优选地高强度聚合物机织织物和塑性体组成。这种优选的空间框架天线罩显示出更高的疏水性，即使在天线罩壁中的片材中不使用任何额外的独立疏水性材料(例如作为涂层或膜)亦是如此；并且更坚固(例如具有更高的抗张强度和/或模量和/或更低的断裂伸长率)以抵抗其在使用期间所经受的高应力；同时显示出更高的电磁波透过性。
优选地，片材包含织物，其中塑性体浸渍整个所述织物。浸渍可以以各种形式和方式进行，例如通过层压或通过在例如热压中强行使塑性体穿过织物的纱线和/或纤维。例如US 5,773,373、US 6,864,195和US 6,054,178中公开了制备经浸溃的织物的方法的例子，这些专利通过引用并入本文。这些方法可以常规地根据本发明所运用的材料(诸如纤维、塑性体)而改变。
根据本发明的天线罩中的片材的面密度(AD)比其中使用的高强度聚合物纤维的面密度、优选地为带材或织物(更优选地机织织物)的高强度聚合物纤维的AD、更优选地机织织物的AD高至多500％、优选地至多400％、还最优选地至多300％、还最优选地至多200％。当塑性体包封织物、优选地机织织物，并且如上所述选择塑性体的量时，可以获得良好的结果。AD在本文中以kg/m2表示，并且是通过称量一定面积(例如，0.01m2)的重量并将所得质量除以该样品的面积而得到。
当塑性体的抗张模量为至多0.6GPa、更优选地至多0.4GPa、最优选地至多0.2GPa时，可以获得良好的结果。优选地，所述塑性体的抗张模量为至少0.01GPa、更优选地至少0.05GPa、最优选地至少0.1GPa。根据下文的测量方法部分中所述的方法来测量塑性体的抗张模量。
适合于本发明的片材的优选实例是包含机织织物的片材，所述机织织物包含高强度聚乙烯纤维、更优选地高强度UHMWPE纤维，并且所述片材包含塑性体，所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。优选地，塑性体浸渍的机织织物含有聚乙烯(例如UHMWPE)纤维和/或纱线。除了更高的疏水性和电磁波透过性以及减小的介电损耗之外，这种优选的织物还显示出优异的重量/强度比，它们重量轻且比含有例如聚酯、尼龙或芳纶纤维的任何(浸渍的)织物更坚固。
优选地，根据本发明的天线罩中的片材包括：(i)织物、优选地机织织物，其包括含有聚乙烯纤维、优选地UHMWPE纤维的纱线；和(ii)粘附到所述机织织物的至少一个表面的塑性体层，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。这种空间框架天线罩显示出更高的疏水性，即使在天线罩壁中的片材中不使用任何额外的独立疏水性材料(例如作为涂层或膜)亦是如此；并且更坚固(例如具有更高的抗张强度和/或模量和/或更低的断裂伸长率)以抵抗其在使用期间所经受的高应力；同时显示出更高的电磁波透过性。
优选地，所述片材包含：(i)机织织物，其包括含有聚乙烯纤维、优选地UHMWPE纤维的纱线；和(ii)塑性体层，其具有粘附到所述机织织物的一个表面的第一部分和浸渍在所述织物的纱线和/或纤维之间的第二部分，所述第二部分延伸至整个所述织物并且与所述第一部分粘结在一起；并且其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。
优选地，塑性体层粘附到机织织物的两个表面，因此包封所述织物。优选地，所述片材包含：(i)具有上表面和下表面的机织织物，所述机织织物包含含有聚乙烯纤维、优选地UHMWPE纤维的纱线；和(ii)包封所述织物的塑性体层，所述塑性体层具有粘附到所述上表面的第一部分；粘附到所述下表面的第三部分；和浸渍在所述织物的纱线和/或纤维之间并且延伸至整个所述织物的第二部分，所述第二部分与所述塑性体层的所述第一部分和第三部分粘接在一起；并且其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。
优选地，所述第二部分浸溃在纱线之间以及纤维之间。塑性体层的第二部分还延伸至整个所述织物，这表示塑性体沿织物的横向尺寸并沿织物的垂直尺寸分布于其表面之间。优选地，进行浸溃，从而使塑性体层的所述第二部分沿着垂直尺寸从织物的一个表面一直延伸到与其相对的表面。
“塑性体层粘附在织物表面”在本文中被理解为：塑性体通过物理作用力抓握与之接触的织物的纤维。然而，对于本发明来说，塑性体实际化学键合在纤维的表面不是必要的。观察到：与其他类型的热塑性材料相比，根据本发明所用的塑性体在诸如聚乙烯纤维上具有增加的抓握。在优选的实施方式中，聚乙烯纤维的表面是起皱的，具有突起物或坑或其他不规则的表面结构，从而提高了塑性体和纤维之间的抓握。
“塑性体层的两个粘接在一起的部分”在本文中被理解为：所述部分熔合在一起成为单个主体，从而优选地在这些部分之间没有形成分界线，并且优选地在整个塑性体层中不存在机械性能或其他物理性能的本质差异。
不言而喻地，术语“上表面”和“下表面”仅用于识别机织织物特有的两个表面，并且不应该解释为实际地将机织织物限定为某种向上或向下放置。
根据本发明使用的优选机织织物为具有至少1.5、更优选地至少2、最优选地至少3的覆盖系数的织物，所述覆盖系数如本文的测量方法中所示进行测量。优选地，所述覆盖系数为至多30、更优选地至多20、最优选地至多10。观察到：这种织物的使用导致机织织物的最佳浸溃，从而使例如片材所包含的空隙或气穴的量最小。还观察到：获得了更均匀的片材，这反过来赋予本发明的空间框架天线罩更小局部变化的机械性能和更好的形状稳定性。可以例如通过在压强下强行使熔融的塑性体穿过所述纤维和/或纱线，来实现塑性体的浸溃。
根据本发明使用的塑性体为塑料材料，其属于热塑性材料类并且可以是半结晶材料。根据本发明，所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物，所述塑性体具有介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。优选地，应用单点催化剂聚合法制备，优选地所述塑性体为茂金属塑性体(即，通过茂金属单点催化剂制备的塑性体)。乙烯是丙烯的共聚物中特别优选的共聚单体，而丁烯、己烯和辛烯是对于乙烯共聚物和丙烯共聚物而言优选的α-烯烃共聚单体。
在优选的实施方式中，所述塑性体是乙烯或丙烯的热塑性共聚物，并且包含一种或更多种具有2-12个碳原子的α-烯烃(特别是乙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯)作为共聚单体。当使用乙烯与一种或更多种C3-C12α-烯烃单体作为共聚单体时，共聚物中共聚单体的量通常介于1-50重量％之间、优选地介于5-35重量％之间。在乙烯共聚物的情况下，优选的共聚单体为1-辛烯，所述共聚单体的量介于5重量％和25重量％之间、更优选地15重量％和20重量％之间。在丙烯共聚物的情况下，共聚单体的量、特别是乙烯共聚单体的量通常介于1-50重量％之间、优选地2-35重量％之间、更优选地5-20重量％之间。当塑性体的密度介于880-920kg/m3之间、更优选地介于890-910kg/m3之间时，可以获得良好的结果。根据本发明使用的塑性体可以具有根据ASTM D3418测量的在70℃和120℃之间、优选地在70℃和100℃之间、更优选地在70℃和95℃之间的DSC峰值熔点。
通过单点催化剂聚合法制备的塑性体、特别是茂金属塑性体与通过其他聚合技术(例如Ziegler-Natta催化)制备的乙烯共聚物和丙烯共聚物的区别在于其比密度。所述塑性体还因狭窄的分子量分布(Mw/Mn)和有限量的长链支化而使其区别于其他，其中分子量分布的值优选地为1.5-3。优选地，长支链的数量为每1000个碳原子至多3个。可用于根据本发明使用的片材并且利用茂金属催化剂类型得到的合适的塑性体是商业规模生产的，例如分别以商标名Queo、Exceed、Vistamaxx、Tafmer、Engage、Affinity和Versify由Borealis、ExxonMobil、Mitsui和DOW生产。塑性体、特别是茂金属基塑性体的说明以及其其机械性能和物理性能的概述可以在例如Harutun G.Karian编的“Handbook of polypropylene andpolypropylene composites”(ISBN 0-8247-4064-5)的第7.2章中找到，更具体是在其子章节7.2.1；7.2.2；和7.2.5到7.2.7中，它们均通过引用被包含在本文中。
还可以使用包括根据本发明使用的塑性体和另外的热塑性材料和/或甚至其它塑性体等级的塑性体。优选地，根据本发明使用包含塑性体和官能化聚烯烃的共混物。优选地，官能化聚烯烃的量为共混物重量的1重量％至99重量％、更优选地2.5重量％至50重量％、更优选地5重量％至25重量％。官能化聚烯烃优选地用双官能单体官能化，双官能单体的量为0.1重量％至10重量％、更优选地0.35重量％至5重量％、最优选地0.7重量％至1.5重量％的重量的聚烯烃。优选地，用于官能化的聚烯烃也是塑性体，更优选地所述聚烯烃是根据本发明使用的塑性体。优选地，用双官能单体例如马来酸酐(MA)或乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)来将聚烯烃官能化。MA和VTMOS官能化的聚烯烃是可商购的产品，并且聚烯烃的官能化可以根据本领域已知的方法进行，例如，在挤出过程中，使用过氧化物作为引发剂。使用官能化的聚烯烃、优选地官能化的塑性体的优点是：根据本发明使用的片材的机械稳定性可得到改善。
优选地，根据本发明使用的片材包含织物、更优选地机织织物，并且选择塑性体的量以产生其面密度(AD)比其中使用的织物的AD高至少20％、更优选地至少50％的片材。
根据本发明使用的塑性体还可以包含如下文所定义的各种填料和/或添加剂。在优选的实施方式中，片材包括如上文所定义的机织织物、塑性体层和任选的如下文所定义的添加到塑性体中的各种填料和/或添加剂。然而，优选地，塑性体不含任何填料和/或添加剂，即基于塑性体组成的总重量，包含0重量％的填料和/或添加剂。观察到：当本发明的空间框架天线罩包含根据这种实施方式的片材时，所述天线罩可以显示出更高的电磁波透过性以及在宽频范围上更低的介电常数和损耗因数。
填料的例子包括增强材料和非增强材料，例如碳酸钙、粘土、硅石、云母、滑石和玻璃。添加剂的例子包括稳定剂(例如UV稳定剂)、颜料、抗氧化剂、阻燃剂等。优选的阻燃剂包括三水合铝、脱水镁和多磷酸铵等。优选地，阻燃剂的量为热塑性材料(即，柔性支撑物所包含的塑性体)的总量的1-60重量％、更优选地5-30重量％。最优选的阻燃剂是磷酸铵。
可根据本领域中已知的方法制备片材。这些方法的例子在US 5,773,373和US 6,054,178中公开，这些专利通过引用并入本文。优选地，通过层压方法制备片材，该方法例如在US 4,679,519中公开，该专利通过引用并入本文，所述方法常规地适用于本发明中使用的材料。
优选地，包括所述高强度聚合物纤维和所述塑性体的片材的平均厚度在0.2mm和10mm之间。更优选地，片材的平均厚度为至少0.4mm、还更优选地至少0.5mm、最优选地至少0.7mm。优选地，片材的平均厚度为至多8mm、更优选地至多5mm，还更优选地至多3mm、最优选地至多1mm。所述片材的AD优选地为200g/m2至3000g/m2、更优选地为200g/m2至2000g/m2。在所述片材包含织物的情况下，其厚度取决于织物的性质以及塑性体的厚度和量。
当片材包含被塑性体包封的织物、特别地机织织物时，可将所述织物放置在所述片材的中心或偏离中心。当尽可能接近片材的中心放置织物时，可获得良好的结果。
根据本发明的空间框架天线罩中包含的片材可以具有在至少0.5GHz且至多130GHz之间的宽范围频率下根据下文的测量方法部分中所述的方法测量的低于3.20、优选地低于3、更优选地低于2.7、还更优选地低于2.60的介电常数。
根据本发明的空间框架天线罩中的片材可以具有在至少0.5GHz且至多130GHz之间的宽范围频率下根据下文的测量方法部分中所述的方法测量的低于0.023、优选地低于0.02、更优选地低于0.015、还更优选地低于0.01、还更优选地低于0.008、还更优选地低于0.001、还更优选地低于0.0009的损耗因数。
根据本发明的空间框架天线罩中的片材可以具有根据下文的测量方法部分中所述的方法测量的大于84.5°、优选地至少85°、还更优选地至少90°、最优选地至少95°、还最优选地至少98°的接触角。这显示了包含如上所述的片材的空间框架天线罩的更高疏水性。
本发明的空间框架天线罩可以根据本领域中已知的方法构造，例如从文献US4946736和US700605以及WO2014140260中已知的方法。
本发明还涉及制造空间框架天线罩的方法、优选地制造空间框架天线罩壁的方法，所述方法包括以下步骤：使如本专利申请中所述的片材与互连型材相连。所述方法、互连型材和连接步骤也如本文所述。
本发明还涉及适用于制造空间框架天线罩壁的如本文所述的片材。
本发明还涉及包含天线(优选地监视天线)和本发明的空间框架天线罩的系统。“天线”在本发明中被理解为能够发射、辐射、传递和/或接收电磁辐射的装置。
此外，本发明涉及如上所述的片材用于制造空间框架天线罩、优选地用于制造空间框架天线罩的壁的用途，所述片材包含高强度聚合物纤维和塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。通过在空间框架天线罩中使用所述片材，所述天线罩显示出更高的疏水性，即使在天线罩壁中的片材中不使用任何疏水性材料(例如作为涂层或膜)亦是如此；更坚固(例如具有更高的抗张强度和/或模量和/或更低的断裂伸长率)以抵抗其在使用期间所经受的高应力；同时具有较轻的重量，具有更高的电磁波透过性并在宽频范围上显示出更好的电磁性能，即在宽频带宽(例如，从0.5GHz至至少130GHz)上具有减小的损耗。
本发明还可涉及本文所述的片材用于提高空间框架天线罩的疏水性的用途。本发明还可涉及本文所述的片材用于提高空间框架天线罩的电磁波透过性的用途。本发明还可涉及本文所述的片材用于提高空间框架天线罩的电磁性能的用途。
本发明将借助于以下实施例进一步解释，但不限于此。
测量方法
IV：根据方法PTC-179(Hercules Inc.Rev.1982年4月29日)在135℃下在萘烷中通过将不同浓度下测得的粘度外推至零浓度来测定UHMWPE的固有粘度，溶解时间为16个小时，以2g/l溶液的量采用DBPC作为抗氧化剂。
覆盖系数：通过将经向和纬向上每厘米单根织纱的平均数目与单根织纱的线密度(以tex计)的平方根相乘并除以10，来计算机织织物的覆盖系数。单根织纱可包含一根原样制成的纱线，或者其可以包含多根原样制成的纱线，在织造过程前将所述多根纱线组装成单根织纱。在后一种情况下，单根织纱的线密度为所生产的纱线的线密度的总和。因此，可以根据下式计算覆盖系数(CF)：
其中m为每厘米单根织纱的平均数目，P为组装成一根织纱的原样制成的纱线的数目，t为原样制成的纱线的线密度(以tex计)，并且T为单根织纱的线密度(以tex计)。
Dtex：通过称重100米纤维来测量纤维的纤度(Dtex)。通过将以毫克计的重量除以10来计算纤维的dtex。
电磁性能(例如，介电常数和介电损耗)：对于1.8GHz至10GHz的频率，利用公知的分离介质谐振器(SPDR)技术来测定电磁性能(例如，介电常数和介电损耗)。对于高于10GHz(例如，介于20GHz和130GHz之间)的频率，利用开放式谐振器(OR)技术来测定所述电磁性能，其中使用具有凹镜和平面镜的经典Fabry-Perot谐振器装置。这两种技术都使用平面样品，即，样品在其宽度和长度限定的平面上不具有任何曲率。在SPDR技术的情况下，选择尽可能大的样品的厚度，其仅受由装置设计(即，谐振器的最大高度)的限制。对于OR技术，选择样品厚度为约λ/2的整数，其中λ是进行该测量时的波长。由于在SPDR技术的情况下，对于测量介电性能的各个频率，必须使用单独的装置，所以在1.8GHz、3.9GHz和10GHz的频率下进行SPDR技术。对应于这些频率的装置是可商购的，由QWED(波兰)购入但也由Agilent销售。使用这些装置所带的软件来计算电磁性能。对于OR技术来说，在35GHz、35.9GHz和50GHz下进行测试，并且根据Clarke，R N，Gregory，A P，Cannell，D，Patrick，M，Wylie，S，Youngs，I，Hill，G，Institute of Measurement and Control/National Physical Laboratory，2003，ISBN：0904457389的第7.1.17章及该章所列的所有参考文献(即，参考文献1-6，特别是参考文献[3]R N Clarke and C B Rosenberg，“Fabry-Perot and Open-resonators atMicrowave and Millimetre-Wave Frequencies，2-300GHz”，J.Phys.E：Sci.Instrum.，15，第9-24页，1982)的说明来建造该装置。
聚合物纤维的抗张性能(即，抗张强度和抗张模量)：按照ASTM D885M的规定，使用名义标定长度为500mm的纤维、50％/min的十字头速度和型号Fibre Grip D5618C的Instron 2714夹具在多丝纱线上测定聚合物纤维的抗张性能(即，抗张强度和抗张模量)。为了计算强度，将所测量的拉力除以纤度，纤度通过称重10米纤维来确定；通过假设聚合物的天然密度(例如对UHMWPE来说为0.97g/cm3)来计算以GPa计的值。
聚合物带材的抗张性能：按照ASTM D882的规定，在25℃下，在宽度为2mm的带材上，使用名义标定长度为440mm的带材和50mm/min的十字头速度来定义并测定抗张强度和抗张模量。
热塑性材料(例如，塑性体)的抗张模量是根据ASTM D-638(84)在25℃下测量的。
实施例和对比实验中的片材的抗张性能(即，抗张强度和抗张模量)是根据ASTMD638-77，在25℃的温度下并且在环境条件下和如下文的表1中所示的样品厚度下测量的。
通过下述方法测定接触角：首先用醇(即乙醇)清洁样品(例如通过实施例和对比实验获得的织物)的表面。然后，将小滴(优选地3-5微升)水添加到样品表面。在实施例和对比实验中，液滴尺寸为5微升。随后，使用显微镜测量液滴和样品之间的接触角。该测量可重复至少3次(在实施例和对比实验中，将其重复5次)，由这些测量的结果获得的接触角值的平均值在表1中示出。
实施例和对比实验
实施例
由AD为0.193kg/m2、厚度约0.60mm、宽度约2.75m且包含880dtex聚乙烯纱线(称为SK 65)的方平网眼机织织物制造片材，所述织物浸溃了Queo 0203TM，Queo0203TM是可从Borealis商购的塑性体，并且是含有约18重量％辛烯共聚单体、密度为902kg/m3且DSC峰值熔点为95℃的乙烯基辛烯塑性体。使塑性体在约145℃的温度下熔融并流出到织物的表面上。施加约45bars的压强以在约120℃的温度下将塑性体浸渍到织物中。
重复上述过程以涂覆机织织物的两个表面。所得片材的厚度为约0.75mm，AD为0.550kg/m2且空隙小于40％。片材(天线罩壁)的AD比机织织物的AD大280％。塑性体层被设计为：覆盖织物的一个表面的AD为约0.175kg/m2的第一部分；在纱线和其纤维之间浸渍穿过所述织物的第二部分；和覆盖织物的另一表面的AD为约0.175kg/m2的第三部分。结果示于表1中。
对比实验
使用可从L-3ESSCO商购获得的Esscolam-6TM片材。Esscolam-6TM片材是由浸渍有聚酯树脂并涂覆有涂层的聚酯纤维制成的织物。是可从DuPont商购的聚氟乙烯疏水性膜。结果示于表1中。
表1
上表1中的结果显示：与已知片材相比，根据本发明使用的片材显示出更好的电磁性能；更大的抗张强度值，这导致具有更高电磁波透过性的更坚固的空间框架天线罩；和在更长使用期限期间更好的疏水性，而不使用任何额外的独立疏水性涂层，从而导致天线罩壁更高的耐久性且更容易维护。

Claims (15)

1.包含片材的空间框架天线罩，所述片材包含高强度聚合物纤维和塑性体，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。
2.权利要求1所述的空间框架天线罩，其中所述聚合物纤维是聚烯烃纤维。
3.权利要求1所述的空间框架天线罩，其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多300％。
4.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述聚合物纤维是聚乙烯纤维、优选地高分子量聚乙烯(HMWPE)纤维、更优选地超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维。
5.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述聚合物纤维是聚合物带材。
6.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述聚合物纤维具有大于84.5°的接触角。
7.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述片材包含选自包括机织织物、针织织物、交织织物、编织织物、无纺织物和/或其组合的组的织物。
8.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述片材包含织物，且其中所述塑性体浸渍整个所述织物。
9.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述塑性体具有至多0.6GPa的抗张模量。
10.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种共聚单体的共聚物，所述共聚单体选自包括乙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯的组。
11.在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述片材的厚度在0.2mm和10mm之间、优选地在0.3mm和1mm之间。
12.根据在前权利要求中任一项所述的空间框架天线罩，其中所述片材具有低于3.2的介电常数和低于0.023的损耗因数，所述介电常数和所述损耗因数是在至少0.5GHz并且至多130GHz之间的频率下测量的。
13.制造根据在前权利要求1至12中任一项所述的空间框架天线罩壁的方法，所述方法包括以下步骤：使根据权利要求1-12中任一项所述的片材与互连型材相连。
14.系统，其包括天线和根据在前权利要求1至12中任一项所述的空间框架天线罩。
15.包含高强度聚合物纤维和塑性体的片材在构建空间框架天线罩壁中的用途，其中所述塑性体是乙烯或丙烯与一种或多种C2-C12α-烯烃共聚单体的共聚物且其中所述塑性体具有根据ISO1183测量的介于860-940kg/m3之间的密度，并且其中所述片材的面密度比所述高强度聚合物纤维的面密度高至多500％。
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