[發明專利]一種薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備方法

有效

• 申請號: 201610251585.3
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105922703B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 劉鈞
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B32B37/00
• 分類號: B32B37/00;B32B37/10;B32B38/00;B32B38/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種泡沫夾層結構復合材料的成型方法，屬纖維增強樹脂基復合材料及加工領域。

背景技術

隨著電子通訊和電子對抗技術的發展，雷達，特別是機載雷達對天線罩的減重、透波性能要求越來越高。天線罩壁結構形式(圖1)主要有實心半波壁(單壁，如圖1(a)所示)、A夾層結構(蒙皮-夾層-蒙皮，如圖1(b)所示)、C夾層結構(蒙皮-夾層-蒙皮-夾層-蒙皮，如圖1(c)所示)。其中，實心半波壁的特點是在高入射角和兩種極化情況下具有較好的電性能，但主要缺點是透波頻帶窄、重量大；A夾層結構的特點是重量輕，剛性好，在低、中入射角情況下透波性能較好；C夾層結構比A夾層具有更寬的頻帶并且適應高入射角，但重復性較差和相位性能不佳是其主要缺點。總之，A夾層和C夾層結構引入了輕質夾芯，都具有重量輕、剛性好的特點。

夾層結構一般是由薄而強的面板與諸如蜂窩、泡沫、巴沙木等輕質芯材組成的一種“三明治”結構。夾層結構自20世紀40年代出現以來，因其抗彎剛度大，結構重量輕，即夾層結構具有高的比強度和比模量，而且耐疲勞、抗振動性能好，隔音、隔熱等性能優異，一直是工程應用中重要的結構材料。

夾層結構復合材料天線罩中，由于透波性能的要求，面板一般采用玻璃纖維增強樹脂基復合材料，除Nomex蜂窩外，芯材多采用聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫。幾種泡沫芯材的性能對比見表1。

表1相同密度下幾種泡沫芯材的力學性能及電性能

*f＝26GHz

泡沫夾層結構一般可以采用面板和芯材粘接成型，或是在封閉型腔中采用液體灌注膠料發泡粘接預成型面板成型。發泡料粘接復合材料面板中，密封于模腔內的膠料存在均勻發泡的困難，而發泡不均勻將嚴重影響制品的電性能。面板和固體泡沫芯材的粘接成型較為普遍，一般將泡沫芯材加工到所需形狀和尺寸后，與預成型面板粘接貼合。這種制備工藝中存在固(面板)-固(芯材)粘接界面，粘接面的型面吻合度、粘接膠膜、粘接壓力等因素對粘接質量影響很大，工藝控制復雜且周期較長。

薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩具有輕質、透波的優良特性，是直升機、無人機以及其他飛行器平臺首選的雷達等電子設備保護罩。但是，對于薄壁泡沫夾層，特別是非平板的薄壁泡沫夾層，如多為彎曲型面的天線罩用薄壁泡沫夾層，電性能要求對壁厚嚴格控制，但泡沫本體機械性能(見表1)不強，單面加工基本可行，通體加工則存在不便裝夾、加工過程中因薄壁結構剛度不足，易出現泡沫移位、變形、脆裂而導致無法加工的難題，無法得到合格尺寸的薄壁泡沫夾層用于制備夾層結構復合材料天線罩，限制了輕質、透波的夾層結構復合材料天線罩的批量推廣應用。

如何解決薄壁泡沫夾層結構天線罩制備過程中薄壁泡沫夾芯加工困難或是無法加工的難題，制備薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩是本領域技術人員極為關注的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是解決薄壁泡沫夾層結構天線罩制備過程中薄壁泡沫夾芯加工困難或是無法加工的難題，提供一種薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩的制備方法，

本發明的思路是將天線罩對薄壁泡沫夾層通體加工的要求拆解為內、外兩個表面分兩次進行加工，第一次加工直接在泡沫塊上進行，第二次加工則在增強增剛的泡沫塊上進行。具體方法是：①第一次加工：在初始泡沫塊上加工出泡沫夾層的單個工作面。此時泡沫塊形體寬大，厚度大，剛度高，泡沫塊在機加設備上的安裝、固定及單面機加都不困難。②泡沫塊的增強增剛：根據薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備要求，在泡沫塊的單個機加面上鋪疊增強纖維織物并浸漬樹脂(固化后即為夾層結構天線罩產品中的復合材料蒙皮)，套合到成型用剛性模具中，真空袋壓，固化成型。由此形成以剛性模具和復合材料蒙皮增強增剛的泡沫塊組合體。③第二次機加：在組合體基礎上加工泡沫夾層的其他工作面。此時泡沫層是和復合材料層固化在一起的，并且粘合在剛性模具上，結合體剛度大。即使將泡沫塊加工到天線罩夾層所需的薄壁結構，已有剛性模具和復合材料蒙皮增強增剛的泡沫塊仍可以保證機加的順利進行，機加完成后即得到天線罩所需的薄壁泡沫夾層。

在第二次機加的泡沫夾層上繼續采用液相浸漬袋壓法制備第二個復合材料層，即可形成A夾層結構(蒙皮-泡沫-蒙皮)天線罩(參考工藝流程圖2)：

第一步，剛性模具準備

根據薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩技術要求和工藝實施要求，準備薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備的單面剛性模具。此剛性模具工作面與天線罩產品中的內表面或外表面一致(與內表面一致即為陽模，與外表面一致即為陰模)。