CN1536710A - 一种水下潜艇用天线罩及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下潜艇用天线罩及其制备方法，其目的是为核动力潜艇提供一种具有高强度、高透波特性的水下潜艇用天线罩及其制备方法。其技术方案为：一种水下潜艇用天线罩，其特点为底座、天线罩主体与天线罩帽体为分体结构，粘结为一体构成。本发明的另一个技术方案是所述天线罩制备方法，其步骤为：1.采用树脂与纤维混合配制预浸料；2.将步骤1配制的预浸料分别加工底座、罩体及帽体；3.将步骤2成型的分体部件密封粘结为一体；4.将步骤3一体成型的天线罩固化且进行外表面憎水处理。采用上述技术方案其优点在于：有效降低电磁信号的衰减，增强透波性能；粘结强度高，不渗水；也可用于更换其他常规动力潜艇的天线罩，市场前景巨大。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线罩及其制备方法，特别是涉及一种具有高强度、高透波特性的水下潜艇用天线罩及其制备方法。
背景技术
我国新一代核动力潜艇，其战技指标和综合性能均达到或超过西方发达国家的武器装备水平，因此对其配套武器和装备提出了更高的要求。通信天线是潜艇对地通信的重要组成部分，潜艇水面超短波综合天线是该潜艇的超短波通信主用天线，它由三个波段复合，使用频带宽，全天候工作，由于潜艇是水下服役，因此，金属天线外面必须要有保护装置，这就是天线罩。天线罩的功能是保证天线不接触海水，并且让天线能正常的接收和发射电磁波。因此对天线罩提出了较高的技术要求。首先是电磁波穿透过时信号没有衰减或衰减非常小。其次，天线罩的强度要高，能承受450米水下的高压不破坏。要求天线罩还防腐、防渗和不吸水。因此，天线罩性能好坏直接影响到通信系统的通信距离、效果、可靠性和使用寿命，而且由于天线罩长期在海水中工作，工作时海况恶劣。传统的天线罩材料采用普通玻璃钢材料，即普通玻璃纤维增强环氧树脂或不饱和聚酯，其性能已经不能满足高强、耐腐蚀、高透波等一系列特殊要求。国外曾投入大量的人力和财力对该天线罩适用材料进行过深入研究，取得了较为满意的成果，但是工艺复杂，成本高。鉴于天线罩是潜艇通信系统的关键部件，尤其是具有超短波性能的天线系统，对于潜艇对地通信极为重要，而目前，国内无论在常规动力潜艇和核动力潜艇，使用的天线罩材料基本上还保留在传统树脂基复合材料，成型工艺也仅仪在性能水平较低的手糊工艺层次上，无论是通信效果还是使用寿命，都不能满足新一代潜艇的战技指标要求。
发明内容
以上提出的问题，正是本发明要解决的问题，本发明的目的就是要提供一种具有高透波性能，最大程度的减少电磁信号衰减的潜艇天线罩及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水下潜艇用天线罩，包括底座，天线罩主体与天线罩帽体，其特征在于：所述天线罩主体为半封闭的管状容器，管状体底端与一底座相连，所述底座为安装底座，由聚合物基复合材料与金属共同组成；所述帽体为与管状体顶端相接的封头；所述管状体与底座及封头粘接为一体，其外表面覆有憎水层。
所述底座由骨架、纤维缠绕层与表面层组成，其骨架为经表面处理的金属镶嵌件，其纤维为无碱玻璃纤维，表面层为树脂固化层。
所述管状体为模具铺料层成型，包括预浸布带缠绕层、所述预浸布袋缠绕层的层与层之间夹设有机毡防渗层。
所述帽体为预混料模压成型。
所述憎水层为有机硅树脂或氟树脂。
为实现上述目的，本发明还提供了一种水下潜艇用天线罩的制备方法，由以下工艺步骤实现：
1.采用树脂与纤维混合配制预浸料，其树脂与纤维的配比为：35～40∶60～65；
2.将步骤1配制的预浸料经模具分别成型为天线罩罩体、帽体及底座；
3.将步骤2成型的各个分部件采用粘结剂粘结为一体，包括结构粘结和密封粘结；
4.粘结后天线罩整体外表面憎水处理。
所述步骤1中的纤维采用玻璃纤维，树脂采用环氧树脂和氰酸酯树脂。
所述步骤2中的天线罩罩体采用预浸布袋缠绕成型，再经真空袋压固化，在预浸布袋缠绕层与真空袋压固化层之间加有防渗层。
所述预浸布袋置于60～90℃树脂液中热熔浸胶制备成胶膜，再与玻璃纤维布热熔浸胶，其纤维含量占总量的50-70％，浸胶后的预浸玻璃布加工成为30～50mm的布带，缠绕时，张力控制在30N/mm，当缠绕厚度达到产品厚度的2/3时，有机毡预浸料铺覆在缠绕件上。
所述结构粘结指采用结构胶粘结各分体表面，再将各分体表面进行化学处理；所述密封粘结是将处理后的各分体表面将分体粘接为一体。
所述结构胶由填料、环氧树脂与聚酰氨组成，其配方为(重量份数比)：填料70份，环氧树脂100份，聚酰氨100份；所述密封胶由橡胶改性树脂(XM23)、固化剂、硫化剂与填料组成，其配方为(重量份数比)：橡胶改性树脂(XM23)100份、固化剂1～2份、硫化剂1份、填料40份。
本发明由于采用以上方法，具有以下优点：
(1)在传统的环氧树脂中加入氰酸酯树脂与其混合使用，其介电常数小于3.5(1MHz)，介电损耗小于0.005(1MHz)，减少了电磁信号的衰减，增强其透波性能。
(2)改变了传统的底座手糊工艺，利用预浸纤维束缠绕固化，提高了金属与复合材料界面粘结强度，外水压由3Mpa提高到4.5Mpa不渗水，不产生破坏。
(3)采用船用胶衣和有机硅/氟树脂涂覆外表面，使其表面性能增强，材料的绝缘电阻为4.5×1013Ω，表面无任何改变。
由于天线罩是潜艇通信系统的关键部件，尤其是本发明的天线罩用于超短波天线系统，对于潜艇对地通信、以及对提高我军的武器装备水平具有至关重要的意义，其应用前景是核动力潜艇，它同样可以用于更换其他常规动力潜艇的天线罩，市场前景巨大。
附图说明
图1为本发明天线罩的结构示意图
图2为本发明天线罩成型工艺设计流程图
图3为本发明天线罩工艺流程图
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明由底座1、天线罩主体2与天线罩帽体3粘结为一体构成。天线罩主体2为两头开口的管状容器，管状容器为预浸布带缠绕真空袋压工艺成型，其两端分别设有Z状粘结面，通过Z状粘结面4、4’分别与底座1与帽体3相粘结；底座1为固定底座，它由底座骨架与复合材料层构成，底座骨架为金属镶嵌件5，金属镶嵌件5嵌装在底座1固定端，其上设有固定螺孔座，金属镶嵌件5与天线邻接的一侧为圆柱面，与复合材料覆盖层相接的一侧为齿状；在金属镶嵌件外覆的复合材料上也设有固定螺栓座；帽体3为一头开口的封头，封头通过Z状粘结面与管状容器顶端相接；天线罩主体2与底座1及帽体3粘接成一体后，其外表面再涂一层防水涂料，形成憎水层。
如图2、图3所示，本发明加工工艺流程如下：
第一步：天线罩底座、主体与帽体分部分加工；
采用树脂与纤维混合配制预浸料，其树脂与纤维的配比为：35∶65。
1.底座1：用金属件加工成带有镶嵌件的底座骨架；金属镶嵌件经表面处理后，再经过喷砂和酸洗两道工序；为了保证防渗的要求，在金属镶嵌件上用纤维缠绕及手糊方式，纤维采用玻璃纤维，树脂采用氰酸酯树脂和环氧树脂，在缠绕到产品指定厚度处，铺覆一层预浸有机毡，然后在室温下固化后加工成其为固定底座1；
2.天线罩主体2采用预浸布带缠绕真空袋压工艺，其成型步骤为：首先进行预浸布带加工，将树脂在60℃的温度下制备成胶膜，然后与玻璃纤维布热熔浸胶；将纤维含量控制在60％；将预浸玻璃纤维布裁成30mm的布带，进行布袋缠绕时，张力控制在30N/mm，在缠绕厚度达到产品厚度的2/3时，将预先手工制备的有机毡预浸料铺覆在缠绕件上，铺覆完成后继续布带缠绕直到达到预定的厚度。固化采用真空袋压。
真空袋压成型工艺分层实现，模具表面为制品，制品上层为透胶层，透胶层上为吸胶层，吸胶层上为透气层，透气层表面为真空袋。
(3)帽体部分采用模压，用预浸料模压出模压件，然后按照指定的尺寸进行加工。
第二步：将上述三个部分加工为一体。首先进行强度粘接，对产品进行受力分析，确定粘接参数。经过实验，粘接部位的剪切强度达到38MPA，粘接胶选用环氧树脂100份、填料70份与聚酰氨树脂100份(重量份数)混合制备成结构胶，用结构胶粘接后在室温固化后，将粘接面进行化学处理；然后再密封粘接，密封胶配方为(重量份数)：橡胶改性树脂(XM-23)100份，固化剂1份，硫化剂1份，填料40份混合而成，填料选用气相二氧化硅。
第三步：表面涂装工艺；将上述三部分粘结为一体的天线罩，先采用常规方法进行表面防腐蚀处理；其次进行表面憎水处理；为了达到憎水效果，本发明在上述富树脂表面再涂覆一层防水涂料，选用有机硅树脂，涂有有机硅树脂的产品放入水中15秒后出水，不粘任何水珠。产品经过打压试验，表面未出现任何改变。
实施例二
如图1所示，本发明由底座1、天线罩主体2与天线罩帽体3粘结为一体构成。天线罩主体2为两头开口的管状容器，管状容器为预浸布带缠绕真空袋压工艺成型，其两端分别设有Z状粘结面，通过Z状粘结面4、4’分别与底座1与帽体3相粘结；底座1为固定底座，它由底座骨架与复合材料层构成，底座骨架为金属镶嵌件5，金属镶嵌件5嵌装在底座1固定端，其上设有固定螺孔座，金属镶嵌件5与天线邻接的一侧为圆柱面，与复合材料覆盖层相接的一侧为齿状；在金属镶嵌件外覆的复合材料上也设有固定螺栓座；帽体3为一头开口的封头，封头通过Z状粘结面与管状容器顶端相接；天线罩主体2与底座1及帽体3粘接成一体后，其外表面再涂一层防水涂料，形成憎水层。
如图2、图3所示，本发明采用以下工艺流程加工制备天线罩。
第一步：天线罩底座、主体与帽体分部分加工；
采用树脂与纤维混合配制预浸料，其树脂与纤维的配比为：40∶60。
1.底座1成型：用金属件加工成带有镶嵌件的底座骨架；金属镶嵌件经表面处理后，再经过喷砂和酸洗两道工序；为了保证防渗的要求，在金属镶嵌件上用纤维缠绕及手糊方式，纤维采用玻璃纤维，树脂采用氰酸酯树脂和环氧树脂，在缠绕到产品指定厚度处，铺覆一层预浸有机毡，然后在室温下固化后加工成其为固定底座1；
2.天线罩主体2采用预浸布带缠绕真空袋压工艺，其成型步骤为：首先进行预浸布带加工，将树脂在80℃的温度下制备成胶膜，然后与玻璃纤维布热熔浸胶；将纤维含量控制在65％；将预浸玻璃纤维布裁成50mm的布带，进行布袋缠绕时，张力控制在30N/mm，在缠绕厚度达到产品厚度的2/3时，将预先手工制备的有机毡预浸料铺覆在缠绕件上，铺覆完成后继续布带缠绕直到达到预定的厚度。固化采用真空袋压。
真空袋压成型工艺分层实现，模具表面为制品，制品上层为透胶层，透胶层上为吸胶层，吸胶层上为透气层，透气层表面为真空袋。
(3)帽体部分采用模压，用预混料模压出模压件，然后按照指定的尺寸进行加工。
第二步：将上述三个部分加工为一体。首先进行强度粘接，对产品进行受力分析，确定粘接参数。经过实验，粘接部位的剪切强度达到38MPA，粘接胶选用环氧树脂100份、填料70份与聚酰氨树脂100份(重量份数)混合制备成结构胶，用结构胶粘接后在室温固化，然后将粘接面进行化学处理；然后再密封粘接，密封胶配方为(重量份数)：橡胶改性树脂(XM-23)100份，固化剂2份，硫化剂1份，填料40份(其中填料为气相二氧化硅)组成。
第三步：表面涂装工艺；将上述三部分为一体的天线罩，先采用常规方法对表面进行防腐蚀处理；其次进行表面憎水处理；为了达到憎水效果，本发明在上述富树脂表面再涂覆一层防水涂料，选用有机硅树脂，涂有有机硅树脂的产品放入水中15秒后出水，不粘任何水珠。产品经过打压试验，表面未出现任何改变。
实施例三
如图1所示，本发明由底座1、天线罩主体2与天线罩帽体3粘结为一体构成。天线罩主体2为两头开口的管状容器，管状容器为预浸布带缠绕真空袋压工艺成型，其两端分别设有Z状粘结面，通过Z状粘结面4、4’分别与底座1与帽体3相粘结；底座1为固定底座，它由底座骨架与复合材料层构成，底座骨架为金属镶嵌件5，金属镶嵌件5嵌装在底座1固定端，其上设有固定螺孔座，金属镶嵌件5与天线邻接的一侧为圆柱面，与复合材料覆盖层相接的一侧为齿状；在金属镶嵌件外覆的复合材料上也设有固定螺栓座；帽体3为一头开口的封头，封头通过Z状粘结面与管状容器顶端相接；天线罩主体2与底座1及帽体3粘接成一体后，其外表面再涂一层防水涂料，形成憎水层。
如图2、图3所示，本发明采用以下工艺流程加工制备天线罩。
第一步：天线罩底座、主体与帽体分部分加工；
采用树脂与纤维混合配制预浸料，其树脂与纤维的配比为：38∶62。
1.底座1成型：用金属件加工成带有镶嵌件的底座骨架；金属镶嵌件经表面处理后，再经过喷砂和酸洗两道工序；为了保证防渗的要求，在金属镶嵌件上用纤维缠绕及手糊方式，纤维采用玻璃纤维，树脂采用氰酸酯树脂和环氧树脂，在缠绕到产品指定厚度处，铺覆一层预浸有机毡，然后在室温下固化后加工成其为固定底座1；
2.天线罩主体2采用预浸布带缠绕真空袋压工艺，其成型步骤为：首先进行预浸布带加工，将树脂在70℃的温度下制备成胶膜，然后与玻璃纤维布热熔浸胶；将纤维含量控制在63％；将预浸玻璃纤维布裁成40mm的布带，进行布袋缠绕时，张力控制在30N/mm，在缠绕厚度达到产品厚度的2/3时，将预先手工制备的有机毡预浸料铺覆在缠绕件上，铺覆完成后继续布带缠绕直到达到预定的厚度。固化采用真空袋压。
真空袋压成型工艺分层实现，模具表面为制品，制品上层为透胶层，透胶层上为吸胶层，吸胶层上为透气层，透气层表面为真空袋。
(3)帽体部分采用模压，用预混料模压出模压件，然后按照指定的尺寸进行加工。
第二步：将上述三个部分加工为一体。首先进行强度粘接，对产品进行受力分析，确定粘接参数。经过实验，粘接部位的剪切强度达到38MPA，粘接胶选用环氧树脂100份、填料70份与聚酰氨树脂100份(重量份数)混合制备成结构胶，用结构胶粘接后在室温固化，然后将粘接面进行化学处理；然后再密封粘接，密封胶配方为(重量份数)：橡胶改性树脂(XM-23)100份，固化剂1～2份，硫化剂1份，填料40份，(其中填料为气相二氧化硅)。
第三步：表面涂装工艺；将上述三部分为一体的天线罩，采用常规方法进行表面防腐蚀处理；其次进行表面憎水处理；为了达到憎水效果，本发明在上述富树脂表面再涂覆一层防水涂料，选用有机硅树脂，涂有有机硅树脂的产品放入水中15秒后出水，不粘任何水珠。产品经过打压试验，表面未出现任何改变。
Claims (9)
1.一种水下潜艇用天线罩，包括底座，天线罩主体与天线罩帽体，其特征在于：底座、天线罩主体与天线罩帽体为分体结构，粘结为一体构成。
2.根据权利要求1所述的水下用天线罩，其特征在于：所述天线罩主体为管状容器，管状体底端与所述底座相连，所述底座为固定底座；所述帽体为与管状体顶端相接的封头，所述管状体上下端分别与底座及封头粘接成一体，其外表面覆有憎水层。
3.根据权利要求2所述的水下潜艇用天线罩，其特征在于：所述憎水层为有机硅或氟树脂层。
4.根据权利要求1或2或3所述的水下潜艇用天线罩，其特征在于：所述底座由金属骨架、纤维缠绕层与表面层组成；所述管状体为模具铺料层成型，所述铺料层由预浸布带缠绕层与有机毡防渗层组成，所述预浸布带缠绕层的层与层之间夹设有所述有机防渗层。
5.一种制备权利要求1所述水下潜艇用天线罩的方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
(1)采用树脂与纤维混合配制预浸料，其树脂与纤维的配比为：35～40∶60～65；
(2)将步骤1配制的预浸料分别加工底座、罩体及帽体；
(3)将步骤2成型的分体部件粘结为一体；
(4)将步骤3一体成型的天线罩固化且进行外表面憎水处理。
6.根据权利要求5所述的水下潜艇用天线罩制备方法，其特征在于：步骤1所述的纤维为无碱玻璃纤维，所述树脂为环氧树脂与氰酸酯树脂混合料。
7.根据权利要求5所述的水下潜艇用天线罩制备方法，其特征在于：步骤2所述底座为固定底座，固定底座采用纤维缠绕与手糊相结合的工艺成型，所述固定底座的骨架为金属镶嵌件，所述金属镶嵌件表面经喷砂和酸洗工序处理后，用预浸纤维布缠绕，在所述缠绕层外手糊一层有机毡，经固化成型；所述罩体采用预浸布袋缠绕真空袋压工艺，所述预浸布袋缠绕层的层与层之间加有防渗层；所述帽体为模压成型。
8.根据权利要求7所述的水下潜艇用天线罩制备方法，其特征在于：所述固化成型温度设为20-25℃。
9.根据权利要求7所述的水下潜艇用天线罩制备方法，其特征在于：所述预浸树脂液温度为60-90℃，使其热熔浸胶制备成胶膜，再与无碱玻璃纤维布热熔浸胶，其纤维含量占总量的50-70％。固化工艺采取真空辅助袋压工艺。
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