CN113927922A - 一种用于快速制备天线罩的模具和其制备宽频天线罩的方法及所得材料 - Google Patents

一种用于快速制备天线罩的模具和其制备宽频天线罩的方法及所得材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于快速制备天线罩的模具，包括阳模、阴模和垫块，阳模和阴模结合形成的空腔与宽频透波低介天线罩形状匹配，垫块设置在阳模和阴模结合部的端口以控制宽频透波低介天线罩的厚度；阳模和阴模的材质为耐热钢，且阳模的厚度大于阴模的厚度；阴模的边缘设置有多个螺栓，阳模的边缘与阴模上螺栓对应位置设置有螺栓孔，还包括与螺栓匹配的螺帽、以及与螺栓匹配的压紧扳手，阳模与阴模结合后通过螺帽紧固连接；阳模与阴模结合后通过压紧扳手紧固连接且阳模的重量大于阴模的重量。本发明的模具用于快速制备快天线罩，其设计能保证阴模与阳模压合时模具各处受力均匀、一次受压成型。

Description

一种用于快速制备天线罩的模具和其制备宽频天线罩的方法 及所得材料
技术领域
本发明总体地属于天线罩复合材料技术领域，具体涉及到一种用于快速制备天线罩的模具和其制备宽频天线罩的方法及所得材料。
背景技术
天线罩作为机体结构的一部分，起着保护内置天线的作用，既要具备高强度透波功能，又要满足特定环境使用条件，例如防热、隔热，承受相应的机体载荷，保障机体安置天线的正常通讯工作等等。这对天线罩材料体系提出了更高的要求。
考虑到天线罩对承载、透波和防热等性能的要求，可用作复合材料增强体的候选增强纤维主要有各种玻璃纤维、石英纤维、Si3N4纤维和BN纤维等。在这些候选纤维中，石英纤维的介电常数和介电损耗最低，表现出最好的介电性能。此外，石英纤维还具有优异的抗热震、耐烧蚀性能和化学稳定性，且易于编织，是制备耐高温天线罩重要的增强材料。与实心石英纤维相比，空心石英纤维增强的陶瓷基复合材料中由于空心(类似于孔隙)的存在，进一步降低了材料的介电常数和介电损耗。
随着航空航天事业的发展，对天线罩材料提出更高的要求的同时，对天线罩的制备工艺也提出了新的挑战。不同的制备工艺对材料的性能具有不同的影响，树脂模压成型工艺具备原料易得、分散性好、工艺成熟、操作简便、适合制备大型复杂厚壁构件的制备。在现有技术中，制作天线罩一般采用单体模具(凹模或凸模)，配合真空袋加压，烘箱固化成型。这种工艺的模具结构简单，成本较低，但是真空袋一侧表面会出现褶皱，影响表面质量，后续的钳修工作费时费力。
因此，如何利用该制备工艺制备宽频透波低介电天线罩材料仍有待研究和开发。
发明内容
因此，本发明的目的是，针对现有技术不足，设计一种用于快速制备的模具，并提供一种用于快速制备天线罩材料的树脂模压成型工艺方法及其所得材料，该制备方法配方简单、原料易得、使用方便、工艺周期短，适合工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明设计一种用于快速制备宽频透波低介天线罩的模具，并提供一种用于快速制备天线罩材料的树脂模压成型工艺方法，采用树脂模压成型工艺制备宽频透波低介电天线罩材料。
首先提供了一种用于快速制备宽频透波低介天线罩的模具，包括阳模、阴模和垫块，阳模和阴模结合形成的空腔与所述宽频透波低介天线罩形状匹配，材质均为耐热钢，且阳模的厚度大于阴模的厚度，垫块用于设置在阳模和阴模结合部的端口以控制宽频透波低介天线罩的厚度；阳模与阴模的边缘设置有多个螺栓孔，通过螺帽可以将阳模与阴模合模后紧固。阳模的重量大于阴模的重量，通过模具的均匀设计，使得模具边缘各处受力相等，通过与螺栓匹配的螺帽实现紧固，首先轻拧螺帽使螺栓不脱落，后通过上螺栓到对角线下螺栓的拧紧方式依次紧固螺栓，实现一次快压到位。
树脂模压成型工艺，与传统的模压法不同，利用阳模的重量和螺栓固定，模具设计的安装螺栓孔，可以利用螺栓固定加压，形成一定的压力，无需压机，生产成本显著降低。
其次本发明提供了一种快速制备宽频天线罩材料的方法，它包括以下步骤：
a)将宽频透波石英纤维布按产品要求尺寸裁剪到位；
b)将氰酸酯树脂在烘箱中加热，加热温度为120-160℃，以形成氰酸酯树脂液；
c)将用于快速制备宽频透波低介天线罩的模具表面喷涂四氟乙烯涂层，再将模具加热至预定温度，温度为80-120℃，然后将经步骤a)处理后的宽频透波石英纤维布放置在模具的阴模表面上；
d)将步骤b)得到的氰酸酯树脂液涂刷至步骤c)中放置在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，涂刷均匀；然后将模具阳模压合在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，连接并压紧模具阳模与阴模；
e)使模具中宽频透波石英纤维布上涂刷的氰酸酯树脂液固化，固化的时间为2h，然后冷却、使固化后的材料从模具上脱模，脱模后再对材料行热处理，以10℃/min的速率加热升温至预定温度，并在所述预定温度保持指定时间，其中所述预定温度为200-300℃范围内的温度、指定时间为3h；最后缓慢冷却至室温，得到宽频透波低介电天线罩材料。
本发明的树脂模压成型工艺，与传统的模压法不同，利用阳模的重量和螺丝固定，模具设计的安装螺栓孔，可以利用螺栓固定加压，形成一定的压力，无需压机，生产成本显著降低。该工艺区别与传统的制备工艺：1)工艺简单快速，整体一次成型，对设备要求低(对比真空法)；2)模具制造简单，无需模具压机，且制品尺寸不受限制(对比模压法)。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
附图1为本发明实施例的用于快速制备天线罩的模具的剖面示意图；
附图2为本发明实施例的用于快速制备天线罩的模具的俯视示意图；
附图3和图4为本发明实施例的宽频透波低介电天线罩材料快速制备方法用模具实物图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种宽频透波低介电天线罩材料，首先设计图1-4所示的模具，阳模和阴模结合形成的空腔与所述宽频透波低介天线罩形状匹配，材质均为耐热钢，且阳模的厚度大于阴模的厚度，垫块用于设置在阳模和阴模结合部的端口以控制宽频透波低介天线罩的厚度；阳模与阴模的边缘设置有多个螺栓孔，通过螺帽可以将阳模与阴模合模后紧固。
开展天线罩材料制备，其制备方法包括以下步骤：
(1)石英纤维布按要求裁剪到位，每层0.28mm厚，平铺10层；
(2)将氰酸酯树脂在烘箱中操作，加热至150℃形成溶液；
(3)将用于快速制备宽频透波低介天线罩的模具表面喷涂四氟乙烯涂层，再将模具加热至预定温度，温度为80-120℃，然后将经步骤a)处理后的宽频透波石英纤维布放置在模具的阴模表面上；
(4)将步骤2)得到的氰酸酯树脂液涂刷至步骤3)中放置在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，涂刷均匀；然后将模具阳模压合在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，连接并压紧模具阳模与阴模；通过与螺栓匹配的螺帽实现紧固，首先轻拧螺帽使螺栓不脱落，后通过上螺栓到对角线下螺栓的拧紧方式依次紧固螺栓，实现一次快压到位。
(5)使模具中宽频透波石英纤维布上涂刷的氰酸酯树脂液固化，固化的时间为2h，然后冷却、使固化后的材料从模具上脱模，脱模后再对材料行热处理，以10℃/min的速率加热升温至200℃，并保持3h；最后缓慢冷却至室温，得到宽频透波低介电天线罩材料。
得到的宽频透波低介电天线罩材料中，宽频透波石英纤维布为石英纤维布，设计厚度为3mm，该天线罩材料作为机体结构的一部分，起着保护内置天线的作用，又具备高强度透波功能，满足特定环境使用条件，承受相应的机体载荷，保障机体安置天线的正常通讯工作。
本实施例获得的宽频透波低介电天线罩材料的基本性能和透波率分别见表1和表2。
表1实施例1获得的宽频透波低介电天线罩材料基本性能
Figure BDA0003306822860000051
表2实施例1获得的宽频透波低介电天线罩材料透波率
Figure BDA0003306822860000052
可以看出，本发明的用于快速制备宽频天线罩材料的树脂模压成型工艺方法，具有制备周期短(一次成型)、使用的原料来源广泛，配制容易，操作简单等优势，该方法提供的天线罩材料产品具宽频透波低介电性能好(介电常数2.52，损耗角正切0.0067(7GHz，25℃))、弯曲强度高(≥300MPa)、韧性好(≥20MPa·m1/2)、承载能力强(压缩强度≥100MPa)等性能优势，本发明方法有望在工业领域成为大规模生产制备宽频透波低介电天线罩材料的有效方法，所获得的产品应用前景广阔。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于快速制备天线罩的模具，其特征在于，包括阳模、阴模和垫块，所述阳模和阴模结合形成的空腔与所述宽频透波低介天线罩形状匹配，所述垫块设置在阳模和阴模结合部的端口以控制宽频透波低介天线罩的厚度；
所述阳模和阴模的材质为耐热钢，且所述阳模的厚度大于阴模的厚度。
2.如权利要求1所述的用于快速制备天线罩的模具，其特征在于，所述阴模的边缘设置有多个螺栓，所述阳模的边缘与阴模上螺栓对应位置设置有螺栓孔。
3.如权利要求2所述的用于快速制备天线罩的模具，其特征在于，还包括与螺栓匹配的螺帽，所述阳模与阴模结合后通过螺帽紧固连接。
4.如权利要求2所述的用于快速制备天线罩的模具，其特征在于，还包括与螺栓匹配的压紧扳手，所述阳模与阴模结合后通过压紧扳手紧固连接。
5.如权利要求2所述的用于快速制备天线罩的模具，其特征在于，
所述阳模的重量大于阴模的重量。
6.一种快速制备宽频天线罩的方法，其特征在于，它使用如权利要求1-5中任一权利要求所述的用于快速制备宽频透波低介天线罩的模具，它包括以下步骤：
a)将宽频透波石英纤维布按产品要求尺寸裁剪到位；
b)将氰酸酯树脂在烘箱中加热，以形成氰酸酯树脂液；
c)将权利要求1-5中任一权利要求所述的用于快速制备宽频透波低介天线罩的模具表面喷涂四氟乙烯涂层，再将模具加热至预定温度，然后将经步骤a)处理后的宽频透波石英纤维布放置在模具的阴模表面上；
d)将步骤b)得到的氰酸酯树脂液涂刷至步骤c)中放置在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，涂刷均匀；然后将模具阳模压合在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，连接并压紧模具阳模与阴模；
e)使模具中宽频透波石英纤维布上涂刷的氰酸酯树脂液固化，然后冷却、使固化后的材料从模具上脱模，脱模后再对材料行热处理；最后缓慢冷却至室温，得到宽频透波低介电天线罩材料。
7.如权利要求6所述的快速制备宽频天线罩的方法，其特征在于，
所述步骤d)中，将模具阳模压合在模具阴模表面的宽频透波石英纤维布表面，连接并压紧模具阳模与阴模的具体操作如下：
所述阳模和阴模合模时，将阳模从垂直方向下压至阴模上，使得模具边缘各处受力相等；
所述阳模从垂直方向下压至阴模上之后，首先将螺帽套于螺栓上，实现螺帽与螺栓一一对应且相互不脱落，然后再通过同步拧紧位于对角线位置的两组螺栓的方式依次紧固帽与螺栓的紧固，实现一次快压到位。
8.如权利要求6所述的快速制备宽频天线罩的方法，其特征在于，所述步骤a)中的宽频透波石英纤维布为石英纤维或空心石英纤维；
所述步骤a)中还包括对宽频透波石英纤维布进行多层铺层或穿刺处理的步骤；所述宽频透波石英纤维布的单层厚度为0.1-2.0mm；
所述步骤b)中氰酸酯树脂的加热温度为120-160℃；
所述步骤c)中的预定温度为80-120℃；
所述步骤e)中天线罩模具固化的时间为2h；脱模后再进行热处理的具体操作为：以10℃/min的速率加热升温至预定温度，并在所述预定温度保持指定时间，其中所述预定温度为200-300℃范围内的温度、指定时间为3h。
9.一种宽频透波低介电天线罩材料，其特征在于，它利用如权利要求6所述的制备方法获得，结构为氰酸酯树脂均匀浸渍宽频透波石英纤维布的内部和表面而形成的包覆有氰酸酯树脂材料的宽频透波石英纤维布，其中宽频透波石英纤维布与氰酸酯树脂的质量比为5:1-1:1。
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