CN113650320A - 一种微型透波罩及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型透波罩及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1.制备聚氨酯浇注体；S2.测试步骤S1得到的聚氨酯浇注体的热膨胀系数，根据热膨胀系数、产品的外形尺寸及工艺间隙确定聚氨酯弹性体芯模的尺寸，加工得到聚氨酯弹性体芯模；S3.以步骤S2得到的聚氨酯弹性体芯模为膨胀芯模，采用热膨胀成型工艺制备微型透波罩。该微型透波罩的制备方法采用聚氨酯弹性体芯模作为热膨胀成型工艺的芯模，聚氨酯弹性体芯模的弹性具有可设计性及可加工性，解决了传统硅橡胶芯模无法进行机械加工的问题；相比目前现有透波天线罩成型工艺，简化了工艺流程，降低了生产成本，产品可大批量生产；产品精度较高，满足产品技术条件要求。

Description

一种微型透波罩及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种微型透波罩及其制备方法。
背景技术
目前大多数的复合材料透波天线罩采用模压、真空袋压、热压罐等传统成型工艺，步骤繁琐、工艺条件复杂，生产成本难以降低。特别是对于薄壁小尺寸天线罩，以上成型工艺均不太适用。热膨胀成型工艺，虽在复合材料中有一定的应用，但大多以硅橡胶作为膨胀芯模，且未见薄壁透波天线罩类产品的应用。同时硅橡胶芯模只能通过浇筑成型，成型后硬度较低，加工性能较差，限制了其在热膨胀工艺中的应用发展。
发明专利CN109397724A 公布了一种耐高温复合材料及其高温热膨胀成型方法，通过氟橡胶与硫化剂混合均匀，倒入模具中进行硫化，得到氟橡胶芯模，将预浸料制备成预制件，置于氟橡胶芯模与阴模之间，通过加热固化制备了耐高温复合材料。发明专利CN111391362A 公布了一种硅橡胶热膨胀加压制备无人机平尾的成型工艺，首先通过模具制备硅橡胶芯模，采用主体成型模制备飞机平尾，表面包覆隔离膜、透气毡，用真空袋进行封装，加热完成固化，得到壁厚均匀的飞机平尾。
目前硅橡胶在热膨胀领域的应用较为广泛，但由于硅橡胶只能通过浇筑成型，硬度较低，无法进行机械加工，限制了其更全面的应用。而且大多数的薄壁透波天线罩常用热压罐、模压等成型工艺。
为了降低上述成型工艺的复杂性，提高其工艺适用性。需结合现有热膨胀工艺进行优化，选择更为适合本工艺的热膨胀芯模。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种微型透波罩及其制备方法，采用聚氨酯弹性体芯模作为透波天线罩热膨胀成型工艺的芯模，聚氨酯弹性体芯模的弹性具有可设计性及可加工性，解决了传统硅橡胶芯模无法进行机械加工的问题；相比目前现有透波天线罩成型工艺，简化了工艺流程，降低了生产成本，产品可大批量生产；产品精度较高，满足产品技术条件要求。
为了解决上述问题，本发明提供一种微型透波罩的制备方法，包括以下步骤：
S1. 制备聚氨酯浇注体；
S2. 测试步骤S1得到的所述聚氨酯浇注体的热膨胀系数，根据所述热膨胀系数、产品的外形尺寸及工艺间隙确定聚氨酯弹性体芯模的尺寸，加工得到聚氨酯弹性体芯模；
S3. 以步骤S2得到的所述聚氨酯弹性体芯模为膨胀芯模，采用热膨胀成型工艺制备微型透波罩。
本发明的微型透波罩的制备方法，采用热膨胀成型工艺，通过聚氨酯弹性体芯模的热膨胀可实现对预制件全方位、无死角的均匀加压，无论是规整结构或异性复杂结构件均可在加热过程中，全面稳定受压，可以保证产品的尺寸精度；成型压力由聚氨酯弹性体受热膨胀提供，无需外部压力，相比传统的透波罩工艺（热压罐、真空袋压、模压成型），操作复杂性大幅降低，生产效率得到提升；进一步地，本发明采用聚氨酯弹性体芯模作为微型透波罩热膨胀成型工艺的膨胀芯模，制备的聚氨酯弹性体芯模的弹性具有可设计性及可加工性，解决了传统硅橡胶芯模无法进行机械加工，只能浇注成型的问题。
优选地，步骤S1包括以下步骤：
将多异氰酸酯或胺与多元醇、α－烯丙基甘油醚混合，并熟化及硫化，得到所述聚氨酯浇注体。
优选地，步骤S1中各原料的质量份数为：
多异氰酸酯或胺30-50份；多元醇80-100份；α－烯丙基甘油醚0-20份。
优选地，所述多元醇为聚己内酯二醇（PCL）、聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）、聚碳酸酯二醇（PCDL）中的一种或几种的混合；例如可以是PCL 1000、PCL 2000、PTMG 1000、PTMG2000、PCDL 1000、PCDL 2000中的一种或几种的混合。
所述多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯中的一种或两种的混合；
所述胺为二苯基甲烷二胺、N-甲基二乙醇胺中的一种或两种的混合。
优选地，步骤S1具体包括以下步骤：
将多元醇与α－烯丙基甘油醚混合，加热搅拌至120℃，恒温抽真空，然后与多异氰酸酯或胺于70-90℃下混合，凝胶后于80-120℃下熟化及硫化，得到所述聚氨酯浇注体。
优选地，步骤S2中依据以下公式确定所述聚氨酯弹性体芯模的尺寸：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
其中，L 为所述聚氨酯弹性体芯模室温下未膨胀时的尺寸；△L为所述聚氨酯弹性体芯模受热膨胀后的尺寸增量；△T为所述聚氨酯弹性体芯模受热前后的温差；α 为所述聚氨酯浇注体的热膨胀系数。
优选地，步骤S2中，所述聚氨酯弹性体芯模的加工方法为车、钻、镗、铣、刨、拉、磨中的一种或几种的组合。
优选地，步骤S3具体包括以下步骤：
S3. 将预浸料铺覆在步骤S2得到的所述聚氨酯弹性体芯模上，制备成预制件，然后合模，将模具及所述预制件加热固化，最后冷却至50-90℃脱模，得到所述微型透波罩。
优选地，所述预浸料包括树脂基体和纤维增强体；
所述树脂基体为不饱和聚酯树脂（UP）、环氧树脂（EP）、改性酚醛树脂（PF）、氰酸酯树脂（CE）、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂（BMI）、聚酰亚胺（PI）、聚四氟乙烯树脂（PTFE）中的一种或几种的混合；
所述纤维增强体为玻璃纤维布、玻璃纤维织物、石英纤维布、玻璃纤维、石英纤维中的一种或几种的混合。
优选地，所述将模具及所述预制件加热固化包括：所述聚氨酯弹性体芯模受热膨胀压缩所述预浸料；所述预浸料压制密实；树脂基体达到凝胶点时所述聚氨酯弹性体芯模均匀给压、产品固化完成。
本发明的另一目的是提供上述的微型透波罩的制备方法制备得到的微型透波罩。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的微型透波罩的制备方法，采用热膨胀成型工艺，通过聚氨酯弹性体芯模的热膨胀可实现对预制件全方位、无死角的均匀加压，无论是规整结构或异性复杂结构件均可在加热过程中，全面稳定受压，可以保证产品的尺寸精度；成型压力由聚氨酯弹性体受热膨胀提供，无需外部压力，相比传统的透波罩工艺（热压罐、真空袋压、模压成型），操作复杂性大幅降低，生产效率得到提升；进一步地，本发明采用聚氨酯弹性体芯模作为微型透波罩热膨胀成型工艺的膨胀芯模，制备的聚氨酯弹性体芯模的弹性具有可设计性及可加工性，解决了传统硅橡胶芯模无法进行机械加工，只能浇注成型的问题。本发明的微型透波罩的制备方法，模具设计简单，高效，单人即可完成生产工艺的全部流程，提升了生产效率；加热设备仅需使用普通烘箱加热即可，模具简单，可大批量生产，生产成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例所述的微型透波罩的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例所述的微型透波罩的制备方法中预制体固化工序示意图；
图3是本发明实施例所述的微型透波罩的制备方法中模具的结构示意图。
其中：1-阴模；2-预制体；3-聚氨酯弹性体芯模；4-微型透波罩；5-阴模盖；6-反顶块。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备一种微型透波罩，产品为圆柱形盖，主要控制尺寸如下，总高40±0.1mm，外径
Figure 336727DEST_PATH_IMAGE002
mm，内径44±0.1mm，内高38.5±0.1mm。
如图1为本实施例的微型透波罩的制备方法的流程图；图2为其中预制体固化工序示意图；图3为透波天线罩模具示意图。本实施例的微型透波罩的制备方法具体为：
S1. 制备聚氨酯浇注体，具体包括：
S101. 聚氨酯浇注体配方：将按质量份数计算92份的聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）与8份的α－烯丙基甘油醚一起加入到反应容器中加热搅拌；
S102. 加热搅拌至120℃恒温抽真空，至无气泡产生；
S103. 加入38质量份的二苯基甲烷二胺（MOCA），在85℃下混合搅拌均匀；
S104. 倒入模具中；
S105. 待凝胶后，将模具置于烘箱中于110℃下熟化16h；
S106. 得到聚氨酯浇注体。
S2. 测试步骤S1得到的所述聚氨酯浇注体的热膨胀系数，根据所述热膨胀系数、产品的外形尺寸及工艺间隙确定聚氨酯弹性体芯模的尺寸，加工得到聚氨酯弹性体芯模，具体包括：
S201.依据GJB332A-2004，制备线膨胀系数测试试样，得到聚氨酯弹性体线膨胀系数α为220×10-6/K；
S202.根据产品的外形尺寸及材料固化工艺，依据以下公式设计聚氨酯弹性体阳模尺寸；
Figure 619941DEST_PATH_IMAGE001
其中，L 为所述聚氨酯弹性体芯模室温下未膨胀时的尺寸；△L为所述聚氨酯弹性体芯模受热膨胀后的尺寸增量；△T为所述聚氨酯弹性体芯模受热前后的温差；α 为所述聚氨酯浇注体的热膨胀系数；
△L =（43.6 - L）；△T = 90 – 25=65℃；α=220×10-6
得到L= 42.98mm，设计弹性体阳模外径为43±0.1mm；同理得到弹性体阳模高度为38.3±0.1mm。设计直径方向工艺间隙为4.6±1mm，高度方向工艺间隙为1.7±0.1mm；
S203.采用车、削等机械加工方式按照上述尺寸将聚氨酯浇注体加工得到聚氨酯弹性体芯模。
S3. 以步骤S2得到的所述聚氨酯弹性体芯模为膨胀芯模，采用热膨胀成型工艺制备微型透波罩，具体包括：
S301.使用丙酮溶液清理聚氨酯弹性体芯模及金属阴模，保证模具表面及模腔内无异物；
S302.在聚氨酯弹性体芯模外表面及金属阴模模腔内涂覆脱模剂；
S303.取出预先裁剪好的环氧玻纤预浸布，在聚氨酯弹性体芯模外面按照工艺要求进行铺覆形成预制体；
S304.将带有预制体的聚氨酯弹性体芯模装入金属阴模模腔中，合上阴模盖并旋紧；
S305.将模具整体置于加热烘箱中，由室温以3℃/min 的升温速率，升至90℃，在90℃恒温30min，继续由90℃升温至130℃，在130℃条件下恒温120min，完成产品固化；
S306.为了防止因热膨胀系数的不同，造成产品脱模困难，本微型透波罩采用热脱的方式进行，在模具温度为50~90℃时进行脱模，聚氨酯弹性体芯模自然冷却后，自行从产品中脱出，得到透波天线罩。
S307.检验产品尺寸，该工艺制备的微型透波罩总高为40.02mm，外径为48mm，内高为38.52mm，内径为44mm。
本实施例制备的微型透波罩内外表面质量好，壁厚均匀，尺寸精度高，满足产品技术指标要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微型透波罩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 制备聚氨酯浇注体；
S2. 测试步骤S1得到的所述聚氨酯浇注体的热膨胀系数，根据所述热膨胀系数、产品的外形尺寸及工艺间隙确定聚氨酯弹性体芯模的尺寸，加工得到聚氨酯弹性体芯模；
S3. 以步骤S2得到的所述聚氨酯弹性体芯模为膨胀芯模，采用热膨胀成型工艺制备微型透波罩。
2.根据权利要求1所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：
将多异氰酸酯或胺与多元醇、α－烯丙基甘油醚混合，并熟化及硫化，得到所述聚氨酯浇注体。
3.根据权利要求2所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于，步骤S1中各原料的质量份数为：
多异氰酸酯或胺30-50份；多元醇80-100份；α－烯丙基甘油醚0-20份。
4.根据权利要求2所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于：
所述多元醇为聚己内酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种的混合；
所述多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯中的一种或两种的混合；
所述胺为二苯基甲烷二胺、N-甲基二乙醇胺中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求2所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
将多元醇与α－烯丙基甘油醚混合，加热搅拌至120℃，恒温抽真空，然后与多异氰酸酯或胺于70-90℃下混合，凝胶后于80-120℃下熟化及硫化，得到所述聚氨酯浇注体。
6.根据权利要求1所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于：
步骤S2中依据以下公式确定所述聚氨酯弹性体芯模的尺寸：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，L 为所述聚氨酯弹性体芯模室温下未膨胀时的尺寸；△L为所述聚氨酯弹性体芯模受热膨胀后的尺寸增量；△T为所述聚氨酯弹性体芯模受热前后的温差；α 为所述聚氨酯浇注体的热膨胀系数。
7.根据权利要求1所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于：
步骤S2中，所述聚氨酯弹性体芯模的加工方法为车、钻、镗、铣、刨、拉、磨中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
S3. 将预浸料铺覆在步骤S2得到的所述聚氨酯弹性体芯模上，制备成预制件，然后合模，将模具及所述预制件加热固化，最后冷却至50-90℃脱模，得到所述微型透波罩。
9.根据权利要求8所述的微型透波罩的制备方法，其特征在于：
所述预浸料包括树脂基体和纤维增强体；
所述树脂基体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、改性酚醛树脂、氰酸酯树脂、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯树脂中的一种或几种的混合；
所述纤维增强体为玻璃纤维布、玻璃纤维织物、石英纤维布、玻璃纤维、石英纤维中的一种或几种的混合。
10.如权利要求1-9任一所述的微型透波罩的制备方法制备得到的微型透波罩。
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