氰酸酯預(yù)浸料力學(xué)性能及介電性能研究論文
摘要：雷達(dá)天線罩能提高雷達(dá)天線的使用壽命，簡化天線的結(jié)構(gòu)，需求量不斷增加。以改性的熱固性氰酸酯樹脂為基體，石英纖維為增強(qiáng)材料制成預(yù)浸料產(chǎn)品，并測試相關(guān)性能。測試結(jié)果表明：石英纖維/氰酸酯樹脂的力學(xué)性能優(yōu)異，介電常數(shù)小，介質(zhì)損耗角正切值低，具備在高性能寬頻天線雷達(dá)罩上應(yīng)用的條件。
關(guān)鍵詞：氰酸酯；石英纖維；復(fù)合材料；天線罩
隨著新能源材料的快速發(fā)展，先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、國防科技、風(fēng)力發(fā)電、汽車制造、建筑工程等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣[1]，尤其是在國防科技軍工領(lǐng)域。先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)成為衡量國家武器裝備先進(jìn)性的主要指標(biāo)[2]，很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把復(fù)合材料作為戰(zhàn)略物資儲備，而我國也把復(fù)合材料的研究列為國防重點的科研項目。隨著國防應(yīng)用的多元化，產(chǎn)品需求也逐漸向輕質(zhì)化、高端化、功能化的方向發(fā)展[3]。目前，由于國際新形勢的變化，國內(nèi)外市場對雷達(dá)的需求量不斷增加，激烈的競爭環(huán)境要求正確合理地使用雷達(dá)。雷達(dá)天線罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要零部件，具有保護(hù)雷達(dá)天線正常工作，抵抗外界環(huán)境干擾的`作用，先進(jìn)的雷達(dá)罩更要具備優(yōu)異的電絕緣性、高頻透波性、耐熱性和耐環(huán)境性等性能[4]。
1天線罩材料
1.1增強(qiáng)材料
雷達(dá)天線罩是航空航天領(lǐng)域的重要裝備，天線罩的材料選擇除了需考慮結(jié)構(gòu)質(zhì)量、壽命、工藝性要求外，更需要滿足介電性能、力學(xué)性能等指標(biāo)[5]。芳綸力學(xué)性能優(yōu)異，但易吸潮，影響其介電性能；高模量聚乙烯纖維、玻璃纖維介電性能優(yōu)異，但聚乙烯纖維與樹脂結(jié)合性差，玻璃纖維的力學(xué)性能低[6]；石英纖維具有較高的力學(xué)性能及優(yōu)異的介電性能，但價格相對較高[7]。幾種增強(qiáng)纖維的具體性能數(shù)據(jù)見表1。
1.2樹脂基體
由于高端雷達(dá)天線罩對全頻帶、高溫環(huán)境、介電性能(介電常數(shù)≤3.5、介質(zhì)損耗角正切值≤0.01)等指標(biāo)要求嚴(yán)格，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂無法同時滿足要求[8]。氰酸酯樹脂的分子結(jié)構(gòu)官能團(tuán)(—OCN)在固化過程中生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有極低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，且對外界的頻率及溫度變化不敏感，具有耐熱、吸濕性低、加工工藝性好等優(yōu)勢，適合于天線雷達(dá)罩的制作。具體的樹脂數(shù)據(jù)對比見表2。
2試驗及結(jié)果
2.1樹脂簡介
氰酸酯樹脂因具有優(yōu)異的性能指標(biāo)及廣闊的應(yīng)用前景，已成為國內(nèi)外研究的熱點。本試驗中采用了威海光威復(fù)合材料股份有限公司研發(fā)的一種使用熱熔法生產(chǎn)的熱固性雙酚A型氰酸酯樹脂(16423CE)[9]。16423CE是一種基于180℃中高溫固化的增韌樹脂體系，Tg≥230℃，適用于注塑、模壓、纏繞、熱壓罐、真空袋壓等多種成型工藝，現(xiàn)已成功應(yīng)用在高溫膠黏劑、高頻電子產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域。
2.2性能數(shù)據(jù)
以16423CE為樹脂基體，分別以石英纖維QW100、玻璃纖維SW100為增強(qiáng)材料制成預(yù)浸料，手工鋪貼制作標(biāo)準(zhǔn)的測試樣件，按照特定的固化工藝曲線，使用熱壓罐—真空袋壓固化工藝，固化完成后對產(chǎn)品進(jìn)行性能測試，結(jié)果見表3．表3測試結(jié)果表明：石英纖維QW100/16423CE的性能指標(biāo)優(yōu)于玻璃纖維SW100/16423CE，且介電常數(shù)為3.07，介質(zhì)損耗角正切值為0.006，完全符合高性能雷達(dá)天線罩的材料指標(biāo)要求[10]。
3結(jié)語
(1)氰酸酯樹脂(16423CE)采用中高溫固化體系，耐熱性好(Tg≥230℃），具有良好的流動性、黏性及優(yōu)異的介電性能。(2)石英纖維/氰酸酯樹脂產(chǎn)品的透波性好，介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切值低，力學(xué)性能優(yōu)異，完全符合雷達(dá)罩的指標(biāo)要求，適合制作寬頻天線雷達(dá)罩等航空航天產(chǎn)品。
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