CN106853707B - 一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件及其制备方法 - Google Patents

一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件，透波构件由外到内包括有外防护层、外增强层、周期性叠层结构以及内增强层；周期性叠层结构由多个单元结构层叠加组成，单元结构层是由上、下增强层及泡沫夹芯层叠加形成；前述外、内增强层以及上、下增强层均采用纤维增强环氧树脂基复合材料，泡沫夹芯层采用聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。制备时先制作单元结构层；然后周期性叠加已制作好的单元结构层；再用增强纤维将叠层结构的各层缝合成一整体；铺设外增强层纤维，环氧树脂真空灌注成型得到外增强层；再铺设内增强层纤维，环氧树脂真空灌注成型；最后喷涂功能涂料得到透波构件。本发明产品力学性能优异，可满足双波段、多频段使用要求。

Description

一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构 件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种透波构件及其制备方法，尤其涉及一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的透波构件及其制备方法。
背景技术
随着现代高科技的发展，雷达大量应用于飞机、导弹、航海等领域，雷达罩的运用也日趋广泛。雷达罩是电磁波的窗口，其作用是保护天线，防止环境对雷达天线工作状态造成影响和干扰，从而减少驱动天线运转的功率，提高其工作可靠性，保证雷达天线全天候工作。雷达罩的存在，延长了天线的使用寿命，简化了天线的结构，减轻了结构的重量。雷达罩作为雷达系统的重要组成部分，其性能好坏直接影响到雷达系统的功能。可以说，雷达罩与天线同等重要。一般要求雷达罩对天线的电磁辐射特性的影响最小，并且满足相关技术指标的要求。
现有泡沫夹芯结构的雷达罩或天线罩均为单层泡沫夹芯结构，结构形式为：防护层/增强层/泡沫夹芯层/增强层。该结构得到了广泛使用，但该结构也存在严重不足：例如不能满足双波段、多频段的使用要求；增强层容易分层，产品力学性能不足等。
寻求一种可替代现有单层泡沫夹芯结构的雷达罩或天线罩以解决上述技术问题，这对本领域技术人员来说具有重要意义。
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，提供一种结构简单、可满足双波段、多频段使用要求、力学性能优异的多层泡沫夹芯的透波构件；还相应提供一种工艺可靠、效率高、成本低、易于操作和批量化生产的多层泡沫夹芯的透波构件的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件，所述透波构件由外到内包括有外防护层、外增强层、周期性叠层结构以及位于最内侧的内增强层；所述周期性叠层结构主要由多个单元结构层叠加组成，所述单元结构层是由上增强层、泡沫夹芯层、下增强层叠加组合形成；所述外增强层、内增强层、上增强层和下增强层均采用纤维增强环氧树脂基复合材料，所述泡沫夹芯层采用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料。
上述的多层泡沫夹芯的透波构件，优选的，所述周期性叠层结构的各单元结构层之间是通过采用缝合工艺连接成一整体，以便于提高产品的力学性能。更优选的，所述缝合时开设的缝合孔的孔径为0.6～2.0mm，孔距为30～70mm。
上述的多层泡沫夹芯的透波构件，优选的，所述纤维增强环氧树脂基复合材料中的增强纤维选用石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维中的一种。
上述的多层泡沫夹芯的透波构件，优选的，所述外增强层、内增强层、上增强层和下增强层的厚度均控制在0.06～0.6mm(各增强层厚度可以相同，也可以不同)；所述各泡沫夹芯层的厚度均控制在1～6mm(各泡沫夹芯层厚度可以相同，也可以不同)。
上述的多层泡沫夹芯的透波构件，优选的，所述周期性叠层结构中单元结构层的叠加个数为2～6个。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的多层泡沫夹芯的透波构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)制作单元结构层：依次铺设下增强层的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化(固化方式为在助剂的辅助下常温固化)；
(2)叠加制作单元结构层：以已经制作的单元结构层为基础，去除其上铺设的辅助层，然后在其上依次铺设下增强层的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化；
(3)按照周期性叠层结构中设计的单元结构层的叠加个数，重复上述叠加制作单元结构层的操作直至满足要求；
(4)将步骤(3)后得到的叠层结构从模具中脱出，去除辅助层；在叠层结构上钻缝合孔，然后用增强纤维将所述叠层结构的各层缝合成一整体，得到周期性叠层结构，缝合时可以在产品的上下表面再铺设纤维增强层，此时也要将上下表面再铺设的纤维增强层缝合成一整体；
(5)在终产品成型模具上铺设外增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型得到外增强层；
(6)将步骤(5)的辅助层去除，将步骤(4)得到的周期性叠层结构放入终产品成型模具，再铺设内增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型；
(7)对上述步骤(6)获得的半成品的外层进行表面处理和外围尺寸加工，喷涂功能涂料，得到多层泡沫夹芯的透波构件。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，所述泡沫夹芯上开设有导胶通孔，真空导入环氧树脂时是以所述导胶通孔作为泡沫夹芯的上、下增强层的进胶通路，所述导胶通孔的孔径为0.6～2.0mm，孔距为30～70mm。
上述的制备方法，优选的，将所述导胶通孔同时作为所述步骤(4)中各层缝合时的缝合孔。
上述的制备方法，优选的，所述泡沫夹芯的分割通过电脑设计进行分割，泡沫夹芯的随形(和模具的型面一致)变形采用外力或热变形的方式；所述真空导入环氧树脂的进胶方式为四周进胶-中间抽气方式或者四周抽气-中间进胶方式。
本发明的上述技术方案主要基于以下原理和思路：为了解决现有透波构件存在的种种问题，尤其是需要满足透波性能和常温固化的要求，并进一步提高产品的力学性能，经过我们反复的研究和试验，我们总结得出，应用于透波构件的材料至少需满足以下技术要求：1)满足双波段、多频段的使用要求；2)具有较好的力学性能；3)具有较小的面密度，确保构件质量不超过设计要求；4)构件满足耐候性要求；5)加工成型工艺简单。经过我们反复探索、设计和对比试验分析，我们最终提出了上述“结构改进+匹配新的材料体系+设计新的内外增强层的连接方式”的综合性改进方案，提出采用多层式、周期性、复式泡沫夹芯结构来作为透波构件的结构主体，此种结构的选材、加工及应用方式在本领域尚属首次。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)采用本发明的透波构件，其透波性能要明显优于现有的单层泡沫夹芯结构；
(2)采用本发明的透波构件，其产品的力学性能明显优于现有的单层泡沫夹芯结构。
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为本发明多层泡沫夹芯的透波构件的结构示意图。
图2为本发明实施例1中周期性叠层结构的照片。
图3为本发明实施例2中周期性叠层结构的照片。
图4为本发明实施例2中透波构件产品的照片。
图例说明
1、外防护层；2、外增强层；3、周期性叠层结构；4、单元结构层；41、上增强层；42、泡沫夹芯层；43、下增强层；5、内增强层。
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。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
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所示可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件(平板构件)，该透波构件由外到内包括有外防护层1、外增强层2、周期性叠层结构3以及位于最内侧的内增强层5；该周期性叠层结构3主要由多个单元结构层4叠加组成，每个单元结构层4是由上增强层41、泡沫夹芯层42、下增强层43叠加组合形成；外增强层2、内增强层5、上增强层41和下增强层43均采用纤维增强环氧树脂基复合材料，泡沫夹芯层采用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料。如图2所示，本实施例的周期性叠层结构3的各单元结构层4之间是通过采用缝合工艺连接成一整体，以便于提高产品的力学性能。缝合时开设的缝合孔的孔径为1.5mm，孔距为50mm。本实施例的纤维增强环氧树脂基复合材料中的增强纤维选用石英纤维。
本实施例的多层泡沫夹芯的透波构件中，外增强层2、内增强层5、上增强层41和下增强层43的厚度均控制在0.18mm；各泡沫夹芯层42的厚度均控制在3.2mm。
本实施例的多层泡沫夹芯的透波构件，周期性叠层结构3中单元结构层4的叠加个数为4个。
上述本实施例的多层泡沫夹芯的透波构件的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)制作单元结构层：依次铺设下增强层43的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层41的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化(固化方式为在助剂的辅助下常温固化)；泡沫夹芯上开设有导胶通孔，真空导入环氧树脂时是以导胶通孔作为泡沫夹芯的上、下增强层的进胶通路，导胶通孔的孔径为1.5mm，孔距为50mm；泡沫夹芯的分割通过电脑设计进行分割，泡沫夹芯的随形(和模具的型面一致)变形采用外力或热变形的方式；真空导入环氧树脂的进胶方式为四周进胶、中间抽气；
(2)叠加制作单元结构层：以已经制作的第一个单元结构层4为基础，去除其上铺设的辅助层，然后在其上依次铺设下增强层43的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层41的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化；
(3)按照周期性叠层结构中设计的单元结构层4的叠加个数，重复上述叠加制作单元结构层4的操作直至满足要求；
(4)将步骤(3)后得到的叠层结构从模具中脱出，去除辅助层；在叠层结构上钻缝合孔，本实施例中直接将上述导胶通孔同时作为各层缝合时的缝合孔，然后用增强纤维将叠层结构的各层缝合成一整体，得到如图2所示的周期性叠层结构3，缝合时可以在产品的上下表面再铺设纤维增强层；
(5)在终产品成型模具上铺设外增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型得到外增强层2；
(6)将步骤(5)的辅助层去除，将步骤(4)得到的周期性叠层结构放入终产品成型模具，再铺设内增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型；
(7)对上述步骤(6)获得的半成品的外层进行表面处理和外围尺寸加工，喷涂功能涂料，得到多层泡沫夹芯的透波构件。
我们以本发明实施例1的产品与单层泡沫夹芯的产品进行透波率的对比，对比结果如下表1所示：
表1：两种构件的透波率对比
序号 结构的主要区别 频率(GHz) 透波率
对比例 单层泡沫夹芯 2～18 85％
本发明 多层泡沫夹芯 0～32 90％
我们以本发明实施例1的产品与单层泡沫夹芯的产品进行力学性能的对比，对比结果如下表2所示：
表2：两种构件的力学性能对比
实施例2：
一种如图1、图4所示可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件(圆形模拟构件)，该透波构件由外到内包括有外防护层1、外增强层2、周期性叠层结构3以及位于最内侧的内增强层5；该周期性叠层结构3主要由多个单元结构层4叠加组成，每个单元结构层4是由上增强层41、泡沫夹芯层42、下增强层43叠加组合形成；外增强层2、内增强层5、上增强层41和下增强层43均采用纤维增强环氧树脂基复合材料，泡沫夹芯层采用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料。如图3所示，本实施例的周期性叠层结构3的各单元结构层4之间是通过采用缝合工艺连接成一整体，以便于提高产品的力学性能。缝合时开设的缝合孔的孔径为1.2mm，孔距为40mm。本实施例的纤维增强环氧树脂基复合材料中的增强纤维选用石英纤维。
本实施例的多层泡沫夹芯的透波构件中，外增强层2、内增强层5、上增强层41和下增强层43的厚度均控制在0.25mm；各泡沫夹芯层42的厚度均控制在4.0mm。
本实施例的多层泡沫夹芯的透波构件，周期性叠层结构3中单元结构层4的叠加个数为3个。
上述本实施例的多层泡沫夹芯的透波构件的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)制作单元结构层：依次铺设下增强层43的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层41的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化(固化方式为在助剂的辅助下常温固化)；泡沫夹芯上开设有导胶通孔，真空导入环氧树脂时是以导胶通孔作为泡沫夹芯的上、下增强层的进胶通路，导胶通孔的孔径为1.2mm，孔距为40mm；泡沫夹芯的分割通过电脑设计进行分割，泡沫夹芯的随形(和模具的型面一致)变形采用外力或热变形的方式；真空导入环氧树脂的进胶方式为四周抽气、中间进胶；
(2)叠加制作单元结构层：以已经制作的第一个单元结构层4为基础，去除其上铺设的辅助层，然后在其上依次铺设下增强层43的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层41的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化；
(3)按照周期性叠层结构中设计的单元结构层4的叠加个数，重复上述叠加制作单元结构层4的操作直至满足要求；
(4)将步骤(3)后得到的叠层结构从模具中脱出，去除辅助层；在叠层结构上钻缝合孔，本实施例中直接将上述导胶通孔同时作为各层缝合时的缝合孔，然后用增强纤维将叠层结构的各层缝合成一整体，得到如图3所示的周期性叠层结构3，缝合时可以在产品的上下表面再铺设纤维增强层；
(5)在终产品成型模具上铺设外增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型得到外增强层2；
(6)将步骤(5)的辅助层去除，将步骤(4)得到的周期性叠层结构放入终产品成型模具，再铺设内增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型；
(7)对上述步骤(6)获得的半成品的外层进行表面处理和外围尺寸加工，喷涂功能涂料，得到如图4所示的多层泡沫夹芯的透波构件。

Claims (8)

1.一种可应用于雷达罩或卫星天线罩的多层泡沫夹芯的透波构件，其特征在于，所述透波构件由外到内包括有外防护层、外增强层、周期性叠层结构以及位于最内侧的内增强层；所述周期性叠层结构主要由多个单元结构层叠加组成，所述单元结构层是由上增强层、泡沫夹芯层、下增强层叠加组合形成；所述外增强层、内增强层、上增强层和下增强层均采用纤维增强环氧树脂基复合材料，所述泡沫夹芯层采用聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料；所述外增强层、内增强层、上增强层和下增强层的厚度均控制在0.06～0.6mm；所述各泡沫夹芯层的厚度均控制在1～6mm；所述周期性叠层结构的各单元结构层之间是通过采用缝合工艺连接成一整体；所述外增强层、内增强层均通过环氧树脂真空灌注与周期性叠层结构连接。
2.根据权利要求1所述的多层泡沫夹芯的透波构件，其特征在于，所述缝合时开设的缝合孔的孔径为0.6～2.0mm，孔距为30～70mm。
3.根据权利要求1所述的多层泡沫夹芯的透波构件，其特征在于，所述纤维增强环氧树脂基复合材料中的增强纤维选用石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维中的一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的多层泡沫夹芯的透波构件，其特征在于，所述周期性叠层结构中单元结构层的叠加个数为2～6个。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的多层泡沫夹芯的透波构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作单元结构层：依次铺设下增强层的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化；
(2)叠加制作单元结构层：以已经制作的单元结构层为基础，去除其上铺设的辅助层，然后在其上依次铺设下增强层的增强纤维、泡沫夹芯、上增强层的增强纤维和辅助层，真空导入环氧树脂，固化；
(3)按照周期性叠层结构中设计的单元结构层的叠加个数，重复上述叠加制作单元结构层的操作直至满足要求；
(4)将步骤(3)后得到的叠层结构从模具中脱出，去除辅助层；在叠层结构上钻缝合孔，然后用增强纤维将所述叠层结构的各层缝合成一整体，得到周期性叠层结构；
(5)在终产品成型模具上铺设外增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型得到外增强层；
(6)将步骤(5)的辅助层去除，将步骤(4)得到的周期性叠层结构放入终产品成型模具，再铺设内增强层纤维和辅助层，环氧树脂真空灌注成型；
(7)对上述步骤(6)获得的半成品的外层进行表面处理和外围尺寸加工，喷涂功能涂料，得到多层泡沫夹芯的透波构件。
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)、步骤(2)、步骤(3)中，所述泡沫夹芯上开设有导胶通孔，真空导入环氧树脂时是以所述导胶通孔作为泡沫夹芯的上、下增强层的进胶通路，所述导胶通孔的孔径为0.6～2.0mm，孔距为30～70mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将所述导胶通孔同时作为所述步骤(4)中各层缝合时的缝合孔。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫夹芯的分割通过电脑设计进行分割，泡沫夹芯的随形变形采用外力或热变形的方式；所述真空导入环氧树脂的进胶方式为四周进胶-中间抽气方式或者四周抽气-中间进胶方式。
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