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造船技术2013年第5期(总第315期)
潜用雷达天线罩材料及成型工艺研究
肖卫东1,黄一清1,蔡正燕
(1,沪东中华造船(集团)有限公司军事代表室,上海200129;2.上海船舶工艺研究所,上海200032)
提要综述潜用雷达天軍材料以及纤雠增据复合材料在雷达天早中的应用,介绍潜用复合材料典
型成型工艺及其发展趋势,指出高能需达天革的研究发展方向。
关键词潜用雷达天线罩复合材料成型工艺研究进展
中阳分美号TN957.2
文标识码A
Research Progress of Radome Materials and Moulding
Process for Submarine Application
XIAO Wei-dong HUANG Yi-qing, CAI Zheng-yan
(1. Navy Representative Office Stationed at Shanghai Hudong-zhonghua Shipbuilding(Group) Co., Ltd
Shanghai 00129, China Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute, Shanghai 200032, China)
Abstract Application of radome materials and fiber reinforced composites for submarine
were reviewed. The development trend of typical moulding process of composites for subma
rine was introduced. The research orientation of high performance radome was pointed out
Keywords Submarine radome Composites Moulding process Research progress
1引言
(2)介电性能。潜用天线罩材料要具有低的介电
常数,3.9~4.3(9370MHz),损耗角正切值小于0.02
天线罩是雷达系统的重要组成部分,被称作雷
(3)低吸水率。潜用天线罩由于长期工作于水
达系统的“电磁窗口”,是雷达通信系统的重要装置下,需要其材料具有低吸水率,其值应小于0.35。
之一,其除了具备优异的介电性能外,还必须具有较
4)优良的力学性能。潜用雷达天线罩在水下
高的力学性能。而对于潜艇天线罩来说要求更高
要承受较高的水压,因此其材料的拉伸强度大于
除了长期耐海水腐蚀之外,还具有极低吸水率和耐350MPa,拉伸模量大于18.5GPa,压缩强度大于
较高水压的能力。天线罩性能好坏直接影响到通信
235MPa,压缩模量大于13.5GPa。
系统的通信距离、效果、可靠性和使用寿命。天线單
接照结构形式可以分为蜂窝夹层结构和单层薄壁3潜用雷达天线軍材料体系
构,蜂窝夹层结构多用于地面及水面雷达系统中,由
先进潜用雷达天线罩所用的材料应具有优异的
于潜用雷达天线罩在水下要承受较高的水压,因此
力学性能和介电性能。随着深潜技术的发展,对材
般采用单层薄壁结构。
料的要求越来越高,如何选用低介电常数,低吸水率
2潜用雷达天线罩材料的性能要求
和高强度的树脂和增强纤维是制备先进潜用雷达天
线罩的基础。
制作潜用雷达天线罩的材料除了满足透波性能3.1树脂体系
之外还应具有优良的力学性能,主要包括:
传统雷达單的基体树脂有环氧树脂、酚醛树脂
(1)透波性能。一般情况下,制作雷达天线罩和不饱和聚酯树脂等。酚醛树脂是较早使用的雷达
的适鱼微波透波材料波长为1~100mm,即领率罩树脂,但其成形图难,性能较脆,目前很少使用;不
在0.3~300GH2范围内,电磁波的单向透过率大
枹和聚酯树脂成本低,成形容易,其力学性能较差
于70%的材料。
较多地使用于要求较低的地面雷达罩;环氧树脂力
作者简介:肖卫东(1969-),男,工程师
学性能和介电性能较好,是目前雷达罩最广泛使用
万方数据
肖卫东,等:潜用雷达天线罩材料及成型工艺研究
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的基体材料。但是传统基体树脂的主要缺点是介电粒与本体的键合力强,且具有多个活性官能团,极易
损耗正切较大,因此如何降低传统基体树脂降低介进行分子组装等特点。该材料所具有的特殊微观结
电常数,提高其力学性能是研究的热点。新型的树构,使其在宏观上的性能大大优于传统的两相掺混
脂主要有聚酰亚胺(P1)、氧酸酯树脂和有机一无机的纳米复合材料。其中具有代表性的是POSS材料
纳米杂化材料。聚酰亚胺树脂具有优异的力学性( polyhedral oligomeric silsesquioxane,笼形倍半硅
能、耐热性,是一种理想的髙性能雷达罩材料。氰酸氧烷),该材料具有较低的介电常数和优异的热稳定
酯树脂(CE)吸湿性低(<1.5%),介电性能好(介电性,将其引入环氧树脂等基体树脂中,POSS聚集形
常数为2.7~3.2)2。氯酸酯树脂是未来结构功能成具有介电性的纳米孔洞,有效地阻碍了电荷的传
一体化的候选材料,易与增强材料复合,固化过程中递,从而降低了树脂的介电常数。同时可以提高环
无低分子物析出,固化温度为177℃。目前,氧酸酯氧树脂的耐热稳定性和力学性能。因此POSS材料
树脂已成功地应用于雷达天线罩领域。有机一无机可以用于制造雷达天线單,提高其热变形温度、降低
纳米杂化材料是近年发展起来的新一代主导材吸水性和介电常数。表1列出了几种典型透波材料
料,它的无机纳米颗粒在有机本体中分散均匀、颗的介电常数们。
表1几种典型遗波材料的介电常数
类型
环氧树脂酚醛树脂不饱和聚氯酸树脂BMI材脂PCS材料
介电常数(10GHz)
3,0
3.2
3.0
2.9
3.0
2.7
3.2增强材料体系
种闭模成型工艺,通过利用高精度的阴阳匹配模
目前,潜用雷达天线罩的纤维增强材料采用的具较好地满足雷达天线罩罩壁厚度的高精度和介质
是玻璃纤维。芳纶纤维增强复合材料在高性能雷达均匀性的设计要求?。图1为RTM成型工艺示
天线罩上已获得应用,但其吸水率较高,因而很难应意图。
用到潜艇天线系统中。新型高模量聚乙烯纤维复合
材料将是未来发展的一个方向,但是国内刚刚处于
树脂
研制起步阶段。玻璃纤维的种类很多,如E玻纤、
闭模
S玻纤、D玻纤、高硅氧纤维和石英玻璃纤维等。S
纤维+树脂
玻纤是应用较为广泛的增强材料,其电性能和力学
灌注
性能较好;D玻纤由于具有较好的介电性能而被对
开模
电性能要求较高的雷达天线罩所使用,但其力学性
能较差,只有S玻纤的一半,对水下作业的天线罩不
图1RTM成型工艺示意图
适应;石英玻璃纤维是目前介电性能最好的雷达罩
卢斌等人详细研究了采用真空辅助RTM成型
材料,且在高温和高频条件下性能仍然很好,但石英工艺制造潜用雷达天线罩?。从模具材料的选择,
玻璃纤维价格昂贵,仅在高性能雷达天线罩上应用;模具的结构形式设计,材料体系以及铺层设计等方
高硅氧纤维性能与石英纤维差不多,但价格便宜,故面进行