CN107244082A - 一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法 - Google Patents

一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法，其包含：步骤1，分别制备增强体织物：外等厚增强体、内等厚增强体、顶部变厚度增强体及根部变厚度增强体；步骤2，将增强体织物装入成型模具阳模，用与增强体织物材料相同的纤维纱线进行整体缝合；步骤3，合模，模具抽真空后加热至树脂注射温度；步骤4，加热树脂至注射温度，将树脂注入模具型腔；步骤5，在烘箱内对天线罩进行固化成型；步骤6，拆开模具，取出天线罩；步骤7，对脱模后的天线罩进行加工处理。本发明的方法解决了薄壁变厚度天线罩的精密成型的问题，并且实现方便、制造成本低；采用整体缝合方法，实现了加厚区域织物的可靠固定，并增加了天线罩的层间剪切强度。

Description

一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法
技术领域
本发明涉及树脂基复合材料天线罩制备技术领域，具体涉及一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法。
背景技术
天线罩是制导系统上的关键部件，是用于保证罩内天线系统在各种股役环境下正常工作的一种多功能透波结构。天线罩不仅要在天线工作频段内具有良好的电气性能，同时又需要具有承载、抗冲击、隔热和抗雨蚀等功能。
为提高抗干扰能力和制导精度，制导技术朝着毫米波制导的方向发展，而在毫米波频段，按半波壁方法设计，所用天线罩的壁厚较薄，在1mm～5mm之间，由于石英陶瓷等无机材料在该薄壁结构下存在着强度低、加工困难和易碎等问题，而有机复合材料以其高强度、抗冲击等特点在毫米波天线罩领域具有显著优势。
由于天线罩有着严格的瞄准线误差和瞄准线误差斜率要求，通常采用变厚度结构设计，会在天线罩头部进行加厚设计；而在根部区域，为保证根部强度与连接性能，根部也通常需要进行加厚设计；因此薄壁天线罩多呈现着头部厚、中间薄、根部厚的结构特征，最厚区域的厚度可能达到10mm～15mm以上，而最薄区域的厚度可能仅为1mm～2mm左右，厚度上的巨大差异给薄壁复合材料天线罩的成型带来很大困难。
增强体制备是变厚度复合材料天线罩成型中的关键问题，第一种解决方案是采用三维整体编织增强体，专利CN201510735345.6《一种天线罩结构、其成型方法及模具》介绍了一种三维整体编织增强体的制备方法，其天线罩结构整体上为等厚结构，但整体编织增强体多采用手工或半自动化方法制备，成本高、制备周期长，同时对于大变厚度增强体的制备也存在较大难度；第二种解决方案是采用预成型体，专利CN 2010102888832.X《一种适于局部厚度差异大的复合材料天线罩的成型方法》和CN 201310181001.6《树脂基复合材料天线罩体的制备方法》对于顶部变厚度天线罩均采用预成型体方法制备，即对变厚度区域先用采模压方法制备成预成型体，在铺设天线罩增强体时将预成型体置入等厚度增强体中间，进行第二次成型固化，该方法采用二次成型，操作上较为复杂，且预成型体与二次成型的天线罩在材料分布均匀性上会存在差异，不能满足高性能毫米波天线罩的制备要求；第三种解决方案是采用树脂与纤维混合预浸料进行手糊成型，专利CN03109817.7《一种水下潜艇用天线罩及其制备方法》采用了手糊成型，但手糊成型方法存在搭接、树脂含量不均匀等问题，一般不用于性能要求较高的天线罩的成型制备。
变厚度复合材料天线罩也可单独采用多层机织2D单元套织物或机织2.5D织物，机织2D/2.5D织物可采用自动化设备批量生产，生产效率高，但机织2D单元套织物单层厚度较薄，对于壁厚较厚的区域需要采用多达数十层织物，套模和定位困难；而机织2.5D织物强度低，且存在两条明显的接缝，会影响天线罩材料的均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法，采用机织2D织物+机织2.5D织物+整体编织封顶织物的组合增强体结构，解决了薄壁变厚度天线罩的精密成型的问题，并且实现方便、制造成本低。
为了达到上述目的，本发明提供了一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法，该天线罩包含等厚度区域和变厚度区域，该等厚度区域包含外等厚增强体及内等厚增强体，该变厚度区域包含顶部变厚度增强体及根部变厚度增强体，该成型方法包含如下步骤：
步骤1，分别制备增强体织物：外等厚增强体、内等厚增强体、顶部变厚度增强体及根部变厚度增强体；
步骤2，将增强体织物装入成型模具阳模，用与增强体织物材料相同的纤维纱线进行整体缝合；
步骤3，合模，模具抽真空后加热至树脂注射温度；
步骤4，加热树脂至注射温度，将树脂注入模具型腔，使树脂充分浸润增强体织物；
步骤5，对天线罩进行固化成型；
步骤6，拆开模具，取出天线罩；
步骤7，对脱模后的天线罩进行加工处理。
上述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，步骤1中，所述的增强体织物材料为透波纤维，如石英纤维、E玻璃纤维、D玻璃纤维等；步骤4中，所述的树脂为有机透波树脂，如环氧树脂、氰酸酯树脂、含硅芳炔树脂等。
上述的复合材料天线罩的成型方法，其中，步骤1中，外等厚度增强体及内等厚度增强体均采用多层(优选2～3层)机织斜纹2D单元套织物，单层厚度为0.2mm，纱线规格为72Tex；顶部变厚度增强体，采用整体编织封顶织物，纱线规格为72Tex；根部变厚度增强体，采用机织2.5D织物，纱线规格为190Tex。
上述的复合材料天线罩的成型方法，其中，所述的内等厚增强体由若干层织物构成，所述的外等厚增强体由若干层织物构成，所述的步骤2具体包含：
步骤2.1：在成型模具阳模上逐层装入内等厚增强体，层与层之间的接缝均匀错开；
步骤2.2：在成型模具阳模根部装入根部变厚度增强体，将根部变厚度增强体与内等厚增强体进行缝合，以保证根部变厚度增强体位置固定；
步骤2.3：在成型模具阳模顶部装入顶部变厚度增强体，将顶部变厚度增强体与内等厚增强体进行缝合，以保证顶部变厚度增强体位置固定；
步骤2.4：在内等厚增强体(3)、顶部变厚度增强体(1)及根部变厚度增强体(4)的外部逐层装入外等厚增强体(2)，层与层之间的接缝均匀错开；
步骤2.5：对天线罩增强体进行整体缝合。
上述的复合材料天线罩的成型方法，其中，所述的根部变厚度增强体由内根部变厚度增强体和外根部变厚度增强体构成，内根部变厚度增强体和外根部变厚度增强体在安装时接缝间隔90°相互错开，以免影响天线罩的成型质量和均匀性。
上述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，步骤4采用树脂传递模塑工艺将树脂注入模具型腔，工艺步骤为：加热烘箱和反应釜至树脂注射温度，保持树脂充分流动，在管道真空度＜40mmHg的状态下，逐步升压到树脂注射压力后持续注入树脂，直至树脂充分浸润纤维后，停止注入树脂。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.通过采用机织2D+机织2.5D+编织2.5D的组合织物结构，充分利用了各种织物结构的优点，实现方便、制造成本低；
2.可通过一次成型实现薄壁变厚度天线罩的制备，成型精度高；
3.采用整体缝合方法，实现了加厚区域织物的可靠固定，并增加了天线罩材料的层间剪切强度；
4.采用本发明获得的天线罩产品材料均匀，外观质量好。
附图说明
图1为本发明中天线罩用增强体的结构分解示意图。
图2为本发明的一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法的工艺流程图。
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。
本实施例所选增强体织物材料为石英纤维，树脂为含硅芳炔树脂。
如图1所示，按照天线罩罩壁结构进行分解，将天线罩增强体分为四部分：
外等厚度增强体2，采用若干层(优选2-10层，如8层)机织斜纹2D单元套织物，单层厚度为0.2mm，纱线规格为72Tex，经纬纱线密度为14×14根/cm，高度为680mm，预留30mm工艺块；
内等厚度增强体3，采用若干层(优选2-10层，如2层)机织斜纹2D单元套织物，单层厚度为0.2mm，纱线规格为72Tex，经纬纱线密度为14×14根/cm，高度为680mm，预留30mm工艺块；
顶部变厚度增强体1，采用整体编织封顶织物，纱线规格为72Tex，厚度为从1.5mm变厚度至0.2mm，高度为28mm；
根部变厚度增强体4，采用机织2.5D织物，纱线规格为190Tex，厚度为从0.4mm变厚度至8.6mm，高度为180mm，预留30mm工艺块。
实施例
如图2所示，本发明的薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法包含如下步骤：
S1、按天线罩结构进行分解，并分别制备增强体织物：根据天线罩结构，将天线罩罩壁分为等厚度区域和变厚度区域，并分别制备不同结构的增强体织物(顶部变厚度增强体1、外等厚度增强体2、内等厚度增强体3及根部变厚度增强体4)；
S2、在阳模上装入增强体，并进行缝合：将增强体织物装入成型模具阳模，并用纱线进行整体缝合；
S3、合模，模具抽真空后连接注胶、出胶管道；
S4、在一定压力和温度下注胶，至树脂充分浸润纤维后，停止注胶：采用树脂传递模塑工艺将树脂注入模具型腔，其中，所述的树脂传递模塑(Resin Transfer Molding,简称RTM)是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法；
S5、使产品在烘箱内升温固化；
S6、使成型的罩体脱模：拆开模具，取出天线罩；
S7、对脱模后的罩体进行加工：加工去除天线罩根部的工艺块。
本实施例所制备的天线罩产品尺寸如下表1所示：
表1：天线罩产品尺寸
产品高度 650mm
产品直径 300mm
顶部 2mm～3.5mm变厚度，高度30mm
中部区域 2mm等厚，高度470mm
根部区域 2mm～10.6mm变厚度，高度150mm
其中，所述的步骤S2具体包含：
S21：在成型模具阳模上逐层装入内等厚增强体3，各层接缝相隔36°；
S22：在成型模具阳模根部装入根部变厚度增强体4，用石英纤维纱线将根部变厚度增强体4与内等厚增强体3进行缝合，以保证根部变厚度增强体4位置固定；
S23：在成型模具阳模顶部装入顶部变厚度增强体1，用石英纤维纱线将顶部变厚度增强体1与内等厚增强体3进行缝合，以保证顶部变厚度增强体1位置固定；
S24：在成型模具上逐层装入外等厚增强体2，层与层之间的接缝相隔36°，并与步骤S21的接缝位置相互错开；
S25：用石英纤维纱线对天线罩增强体进行整体缝合。
所述的复合材料天线罩的成型方法，根部变厚度增强体4分为内根部变厚度增强体41和外根部变厚度增强体42，单层厚度均为从0.4mm变厚至4.3mm，内根部变厚度增强体41高度为180mm，预留30mm工艺块，外根部变厚度增强体42高度为110mm，预留30mm工艺块，内根部变厚度增强体41和外根部变厚度增强体42在安装时接缝间隔90°相互错开。
所述的复合材料天线罩的成型方法，缝合纱线采用72Tex×2股石英纤维，缝合间距为10mm×10mm，从顶部向根部进行缝合。
所述的复合材料天线罩的成型方法，内等厚度增强3上设有标记线，在安装内根部变厚度增强体41时可按标记线位置进行定位，在内根部变厚度增强体41上也设有标记线，用于对外根部变厚度增强体42进行定位，定位完成后拆除标记线。
所述的复合材料天线罩的成型方法，步骤S4的注射成型具体包含：保持烘箱和反应釜温度在110℃±5℃(烘箱用于加热模具，反应釜用于加热树脂，模具置于烘箱中)，在管道真空度＜40mmHg的状态下，逐步升压到1.5MPa±0.1MPa后持续注入树脂；当出胶装置流出树脂后(树脂由反应釜流出后，注入模具，然后浸满模具，最后由出胶装置出，树脂从出胶装置流出，表明树脂已基本注满模具型腔)，升压至1.8MPa±0.1MPa，并继续注射直至树脂充分浸润纤维后，停止注入树脂。
所述的复合材料天线罩的成型方法，步骤S4的固化过程具体包括：在170℃±5℃保温2h±10min，再升温至210℃±5℃保温2h±10min，最后在250℃±5℃保温4h±10min，固化后关闭烘箱，使模具自然冷却至室温。
综上所述，本发明采用了机织2D+机织2.5D+编织2.5D的组合织物结构，解决了薄壁变厚度天线罩的精密成型的问题，并且实现方便、制造成本低；采用整体缝合方法，实现了加厚区域织物的可靠固定，并增加了天线罩的层间剪切强度。
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)

1.一种薄壁变厚度复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，该天线罩包含等厚度区域和变厚度区域，该等厚度区域包含外等厚增强体（2）及内等厚增强体（3），该变厚度区域包含顶部变厚度增强体（1）及根部变厚度增强体（4），该成型方法包含如下步骤：
步骤1，分别制备增强体织物：外等厚增强体（2）、内等厚增强体（3）、顶部变厚度增强体（1）及根部变厚度增强体（4）；
步骤2，将增强体织物装入成型模具阳模，用与增强体织物材料相同的纤维纱线进行整体缝合；
步骤3，合模，模具抽真空后加热至树脂注射温度；
步骤4，加热树脂至注射温度，将树脂注入模具型腔，使树脂充分浸润增强体织物；
步骤5，对天线罩进行固化成型；
步骤6，拆开模具，取出天线罩；
步骤7，对脱模后的天线罩进行加工处理。
2.如权利要求1所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，步骤1中，所述的增强体织物材料为透波纤维，该透波纤维选择石英纤维、E玻璃纤维及D玻璃纤维中的任意一种。
3.如权利要求1所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，步骤1中，外等厚度增强体（2）及内等厚度增强体（3）分别由若干层机织2D织物构成；顶部变厚度增强体（1）为整体编织封顶织物；根部变厚度增强体（4）为机织2.5D织物。
4.如权利要求1所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，所述的外等厚增强体（2）由若干层织物构成，所述的内等厚增强体（3）由若干层织物构成。
5.如权利要求4所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，所述的步骤2具体包含：
步骤2.1：在成型模具阳模上逐层装入内等厚增强体（3），层与层之间的接缝均匀错开；
步骤2.2：在成型模具阳模根部装入根部变厚度增强体（4），将根部变厚度增强体（4）与内等厚增强体（3）进行缝合，以保证根部变厚度增强体（4）位置固定；
步骤2.3：在成型模具阳模顶部装入顶部变厚度增强体（1），将顶部变厚度增强体（1）与内等厚增强体（3）进行缝合，以保证顶部变厚度增强体（1）位置固定；
步骤2.4：在内等厚增强体（3）、顶部变厚度增强体（1）及根部变厚度增强体（4）的外部逐层装入外等厚增强体（2），层与层之间的接缝均匀错开；
步骤2.5：对天线罩增强体进行整体缝合。
6.如权利要求1所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，所述的根部变厚度增强体（4）由内根部变厚度增强体（41）和外根部变厚度增强体（42）构成，内根部变厚度增强体（41）和外根部变厚度增强体（42）在安装时接缝间隔90°相互错开。
7.如权利要求1所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，步骤4中，所述的树脂为有机透波树脂，该有机透波树脂选择环氧树脂、氰酸酯树脂及含硅芳炔树脂中的任意一种。
8.如权利要求1所述的复合材料天线罩的成型方法，其特征在于，步骤4采用树脂传递模塑工艺将树脂注入模具型腔，该工艺是指：加热烘箱和反应釜至树脂注射温度，保持树脂充分流动，在管道真空度＜40mmHg的状态下，逐步升压到树脂注射压力后持续注入树脂，直至树脂充分浸润纤维后，停止注入树脂。
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