CN111057371A - 一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材及其制备方法 - Google Patents

一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空复合材料技术领域，具体涉及一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材及其制备方法。所述雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材包括纸基材料、芯条胶、低介电浸渍树脂，其中，所述纸基材料通过芯条胶粘并拉伸成蜂窝结构，所述低介电浸渍树脂浸渍固化在蜂窝结构上，所述低介电浸渍树脂由氰酸酯树脂、增韧剂、催化剂和溶剂混合而成，其中，所述氰酸酯树脂质量比不少于60％。本发明制备的蜂窝芯材具有轻质、高强、低介电损耗的特性，可以满足雷达天线罩等结构/透波功能一体化化部件的使用需求，将使雷达天线罩的透波频域和角域显著提高。

Description

一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材及其制备方法
技术领域
本发明属于航空复合材料技术领域，具体涉及一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材及其制备方法。
背景技术
雷达天线罩一般由功能透波蒙皮材料和夹芯材料通过适当的成型、加工工艺制造，是是航空飞行器最主要的电磁透波窗口。用于制造雷达天线罩的蒙皮复合材料和蜂窝芯材的介电性能(介电常数ε和损耗角正切tgδ)直接影响其透波性能。介电损耗角正切越大，电磁波能量在透过雷达罩过程中转化为热量而损耗掉的能量就越多。介电常数越大，则电磁波在空气与介质罩壁分界面上的反射就越大，这将增加镜象波瓣电平并降低传输效率。因此，为达到最大传输和最小反射的目的，要求雷达罩材料的介电损耗角正切tgδ接近于零，介电常数ε尽可能低。
芳纶纸蜂窝具有高的比强度、比模量、低介电、耐候性好及阻燃等优良特性在夹层结构雷达天线罩中应用广泛。常用蜂窝容重80kg/m3～100kg/m3，介电常数1.15，介电损耗角正切0.005(10GHz)，难以满足新型、多功能化飞机雷达天线罩减重、进一步拓宽频带和角域的要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种同时满足雷达天线罩用蜂窝芯材轻质、高强和更低介电损耗的需求的轻质低介电损耗的蜂窝芯材。
另外，提供该轻质低介电损耗的蜂窝芯材制备方法。
本发明的技术方案是：一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其包括纸基材料、芯条胶、低介电浸渍树脂，其中，所述纸基材料通过芯条胶粘并拉伸成蜂窝结构，所述低介电浸渍树脂浸渍固化在蜂窝结构上，所述低介电浸渍树脂由氰酸酯树脂、增韧剂、催化剂和溶剂混合而成，其中，所述氰酸酯树脂质量比不少于60％。
所述的氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯、酚醛氰酸酯、双环戊二烯双酚型氰酸酯、双酚F型氰酸酯、双酚M型氰酸酯中的一种，或几种熔融混合。
所述的增韧剂为环氧树脂与聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚醚酰亚胺任意一种或几种的混合物。
所述的催化剂为酚类、胺类和咪唑催化剂含活泼氢的化合物与过渡金属有机化合物中的任意一种或者几种混合物。
所述纸基材料由对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维中一种或几种混合纤维经过造纸工艺制得的纸基材料，厚度为40～200微米。
所述蜂窝芯材孔格形状为正六边形或矩形；蜂窝格孔边长1.83mm～5.5mm；蜂窝容重48kg/m3～150kg/m3。
所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法，其包括如下步骤：
步骤1：纸张印胶及叠层固化
在纸基材料表面周期性涂印芯条胶，将涂有芯条胶的纸基材料按芯条胶位置错层叠合，密封真空袋后放入热压罐固化，固化温度150～200℃，时间2～5h，压力0.3～1MPa，制得蜂窝叠层板；
步骤2：叠层切条拉伸
将叠层板裁切成符合使用厚度要求的蜂窝条，并将蜂窝条拉伸固定，形成蜂窝芯结构；
步骤3：蜂窝浸胶
将拉伸后的蜂窝条在低介电浸渍树脂中多次浸胶并固化，浸胶过程浸渍胶粘度10s～30s，浸胶次数1～5次，每次浸胶后置于50～80℃烘箱中干燥30～90min；
步骤4：定型
将浸胶后的蜂窝固定于蜂窝定型模具或平板模具表面，经150℃～180℃，2～5h，定型出符合产品型面要求的蜂窝芯材。
所述浸渍胶粘度是通过丙酮、1,2二氯乙烷，环己烷，N’N-二甲基甲酰胺，N’N二甲基乙酰胺一种或几种混合调节而成。
所述纸基材料由对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维中一种或几种混合纤维经过造纸工艺制得的纸基材料。
本发明的技术效果是：本发明采用对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维等低介电纤维制备的纸基材料，浸渍氰酸酯类低介电浸渍胶，制备的蜂窝芯材具有轻质、高强、低介电损耗的特性，可以满足雷达天线罩等结构/透波功能一体化化部件的使用需求，将使雷达天线罩的透波频域和角域显著提高。
附图说明
图1是蜂窝芯材结构示意图；
图2是本发明雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，其中，未详尽部分均为常规技术。
请参阅图1，本发明雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材由纸基材料、芯条胶、低介电浸渍树脂组成。其中，所述纸基材料由对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维中一种或几种混合纤维，经过造纸工艺制得的纸基材料，厚度为40～200微米，具有良好的介电和耐温性能。本实施例中，优选采用对位芳纶纤维，厚度为70微米。
所述纸基材料为卷材或片材通过芯条胶粘并拉伸成蜂窝结构，其中，所述芯条胶是由环氧树脂、橡胶弹性体、固化剂和溶剂组成；芯条胶的涂胶粘度为20s～50s，能够形成较高的节点强度。
所述蜂窝结构孔格形状为正六边形或矩形；蜂窝格孔边长1.83mm～5.5mm；蜂窝容重48kg/m3～150kg/m3，本实施例中，优选为正六边形，蜂窝格孔边长2.0mm；蜂窝容重80kg/m3，具有较高的尺寸稳定性。
所述蜂窝结构再通过所述低介电浸渍树脂浸渍固化，其中，所述低介电浸渍树脂由氰酸酯树脂、增韧剂、催化剂和溶剂混合而成。其中，所述氰酸酯树脂质量比不少于60％，且所述的氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯、酚醛氰酸酯、双环戊二烯双酚型氰酸酯、双酚F型氰酸酯、双酚M型氰酸酯中的一种，或几种熔融混合。本实施例中，氰酸酯树脂优选为双酚A型氰酸酯，质量比为70％，采用该氰酸酯树脂进行浸渍，能够提供较高的强度模量和低损耗性能，较常用酚醛类浸渍胶，介电常数降低50％，介电损耗角正切降低近50％，可以有效增强蜂窝芯材的平压强度和模量。
所述的增韧剂为环氧树脂与聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚醚酰亚胺任意一种或几种的混合物，本实施例优选为环氧树脂E20与聚醚砜的混合物，用于提高氰酸酯树脂的韧性。
所述的催化剂为酚类、胺类和咪唑催化剂含活泼氢的化合物与过渡金属有机化合物中的任意一种或者几种混合物，本实施例中，优选为含活泼氢酚与二月桂酸二丁基锡的混合物，用于提高氰酸酯树脂反应活性，降低其固化温度，本实施例中，其固化温度在180℃。
请参阅图2，下面给出本发明雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法流程图,其具体实施时，过程如下：
步骤1：在对位芳纶纤维制备的纸基材料表面周期性涂印芯条胶，将涂有芯条胶的对位芳纶纸按芯条胶位置错层叠合，密封真空袋后放入热压罐固化，固化温度180℃×2h，压力0.5MPa，制得蜂窝叠层板；
步骤2：采用E44环氧增韧双酚A型氰酸酯树脂配制低介电浸渍胶，催化剂采用二月桂酸二丁基锡、添加量为树脂质量的2％，采用丙酮做溶剂将浸渍胶粘度调整至20s(涂-4杯测试)
步骤3：将拉伸固定后的蜂窝在低介电浸渍胶中浸渍3遍，每次浸胶后置于70℃烘箱中干燥60min；
步骤4：将浸胶后的蜂窝固定在平板模具上预定型，预定型工艺180℃×2h。
制得蜂窝的性能测试结果见表1。
表1实施例1制得蜂窝芯材的力学、介电性能
Figure BDA0002321818910000061
综上所述，本发明雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法所制备的轻质低损耗蜂窝芯材质量轻，在同样容重下，相对现有蜂窝芯材，具有更高的平压强度、剪切强度、剪切模量以及更低的介电常数和介电损耗，满足雷达天线罩用蜂窝芯材轻质、高强和更低介电损耗的需求，有利于雷达天线罩的减重和进一步提高宽频透波性能。

Claims (9)

1.一种雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其特征在于，包括纸基材料、芯条胶、低介电浸渍树脂，其中，所述纸基材料通过芯条胶粘并拉伸成蜂窝结构，所述低介电浸渍树脂浸渍固化在蜂窝结构上，所述低介电浸渍树脂由氰酸酯树脂、增韧剂、催化剂和溶剂混合而成，其中，所述氰酸酯树脂质量比不少于60％。
2.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其特征在于，所述的氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯、酚醛氰酸酯、双环戊二烯双酚型氰酸酯、双酚F型氰酸酯、双酚M型氰酸酯中的一种，或几种熔融混合。
3.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其特征在于，所述的增韧剂为环氧树脂与聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚醚酰亚胺任意一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其特征在于，所述的催化剂为酚类、胺类和咪唑催化剂含活泼氢的化合物与过渡金属有机化合物中的任意一种或者几种混合物。
5.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其特征在于，所述纸基材料由对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维中一种或几种混合纤维经过造纸工艺制得的纸基材料，厚度为40～200微米。
6.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材，其特征在于，所述蜂窝芯材孔格形状为正六边形或矩形；蜂窝格孔边长1.83mm～5.5mm；蜂窝容重48kg/m3～150kg/m3。
7.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：纸张印胶及叠层固化
在纸基材料表面周期性涂印芯条胶，将涂有芯条胶的纸基材料按芯条胶位置错层叠合，密封真空袋后放入热压罐固化，固化温度150～200℃，时间2～5h，压力0.3～1MPa，制得蜂窝叠层板；
步骤2：叠层切条拉伸
将叠层板裁切成符合使用厚度要求的蜂窝条，并将蜂窝条拉伸固定，形成蜂窝芯结构；
步骤3：蜂窝浸胶
将拉伸后的蜂窝条在低介电浸渍树脂中多次浸胶并固化，浸胶过程浸渍胶粘度10s～30s，浸胶次数1～5次，每次浸胶后置于50～80℃烘箱中干燥30～90min；
步骤4：定型
将浸胶后的蜂窝固定于蜂窝定型模具或平板模具表面，经150℃～180℃，2～5h，定型出符合产品型面要求的蜂窝芯材。
8.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法，其特征在于，所述浸渍胶粘度是通过丙酮、1,2二氯乙烷，环己烷，N’N-二甲基甲酰胺，N’N二甲基乙酰胺一种或几种混合调节而成。
9.根据权利要求1所述的雷达天线罩用轻质低损耗蜂窝芯材制备方法，其特征在于，所述纸基材料由对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维中一种或几种混合纤维经过造纸工艺制得的纸基材料。
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