某蜂窩夾芯天線罩成形工藝研究

許　磊

(西安電子工程研究所，陜西 西安 710100)

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某蜂窩夾芯天線罩成形工藝研究

許磊

(西安電子工程研究所，陜西 西安 710100)

針對某雷達蜂窩夾芯的結構，選擇了合適的蜂窩、填充膠和蒙皮等結構材料，對其成形工藝進行了研究，設計了合適的模具及工裝夾具，確定了合適的工藝成形方法及工藝加工參數，解決了加工中影響天線罩性能指標的工藝問題。

復合材料；蜂窩夾芯結構；模壓

天線罩是雷達天線結構的一個重要部件，其作用是保護天線不受損傷，防止雨淋或外界環境灰塵、潮氣進入，而且保證雷達波不受干擾地通過；因此，天線罩應滿足剛度大、透波損耗小、質量輕、阻燃和耐腐蝕等性能要求[1-2]。玻纖-蜂窩結構能滿足上述要求，是理想的天線罩材料。

本文以某雷達天線罩的玻纖-蜂窩結構為例，對此類蜂窩復合材料的成形進行研究，掌握其成形的關鍵技術，形成批量加工能力。該結構外形尺寸為650 mm×330 mm×4.8 mm，由邊長為3 mm、厚度為4.4 mm的芳綸蜂窩芯和每面2層0.1 mm的玻璃纖維預浸料蒙皮復合而成，四周設計24個φ4 mm的連接孔。要求整個天線罩平整無翹曲，玻纖布粘貼平整，無氣泡，天線罩透波率>95%，不漏水。

1　成形工藝的研究

蜂窩夾芯結構是一種特殊的復合材料結構，通常由2層或多層蒙皮夾以及1層輕質夾芯組成，采用膠粘劑在一定溫度和壓力下粘接成一個剛性體。根據蒙皮與蜂窩夾層結構成形的步驟，目前常見的成形方法主要包括二次固化法和共固化法[3-4]，二次固化法是指先完成蒙皮的固化成形，再進行整個夾層結構的固化成形；共固化法是指蒙皮和整個夾層結構的固化成形同步進行，既要使蒙皮充分受壓變得致密，又要避免蒙皮在蜂窩格內架空。相比較而言，后者一次成形粘接牢固，加工周期短，生產效率高，但對工藝技術和工藝裝備要求更高；因此，應對天線罩的共固化成形工藝進行充分的研究和探索。

1.1天線罩成形工藝

1.1.1天線罩材料的工藝性分析和選擇

蜂窩選用北京航材院生產的NRH芳綸紙蜂窩，它除具有蜂窩材料的特點外，還具有優越的電性能和化學穩定性，熱膨脹系數小，尺寸穩定，真空條件下質損率低。蒙皮選用玻纖環氧預浸料，由于所用預浸料厚度僅為0.1 mm，含膠量較低，不足以保證與蜂窩芯的粘接強度，因此應選用專門的粘接劑。

復合用膠粘劑是制造蜂窩結構的關鍵材料，它不僅決定上、下蒙皮與蜂窩芯的粘接強度，還對蜂窩夾層的變形控制起著重要作用。粘接劑的固化溫度、韌性和固化收縮率影響制品的翹曲變形，綜合考慮與環氧預浸料樹脂的固化溫度一致性和減少變形，通過對J-47C和LJM-170等2種膠膜的測試后，選用固化溫度為130 ℃的LJM-170環氧膠膜作為蒙皮與蜂窩芯的粘接劑。該膠膜具有較高的拉伸剪切強度和剝離強度，能夠滿足復合材料共固化的工藝要求。

天線罩四周需要打孔的部位，可選用填充膠或發泡膠進行填充，通常選用黑龍江石化院生產的J-47D發泡膠和北京航材院生產SY-14配套發泡膠。由于在固化升溫過程中，發泡膠的體積膨脹會對蜂窩壁產生一個測向的壓力，易引起蜂窩芯位置滑移和局部過量發泡，產生翹曲變形，所以在發泡膠的用量和填充均勻性上提出了很高要求，工藝控制比較難。而采用國外進口的泡沫填充膠，在天線罩粘接前先填充固化，就可以解決上述工藝難題。該填充膠具有質量輕、剛度和硬度大的特點，同時具有在中溫(約130 ℃)時膨脹系數小、熱變形小的優點，便于共固化工藝的實現。

1.1.2成形方法

復合材料的成形方法有許多，適合某雷達天線罩的加工方法有模具模壓法、真空袋模壓法和熱壓罐法等[5]。由于模具模壓法無法對工件的壓力做到均勻，容易將蜂窩芯壓壞，所以可選用真空袋模壓法、熱壓罐法進行天線罩成形。本文選用了真空袋模壓法進行成形，其優點如下：1)對產品均勻加壓，一致性好，力學性能優異；2)可以消除產品中的氣泡缺陷，連續抽真空可以隨時抽取固化時產生的氣體；3)能夠控制產品的含膠量和厚度，適合尺寸較大的制品成形；4)能夠改善產品的表面質量，工藝可操作性強，易于掌握；5)可用于普通烘箱固化。

根據膠膜的固化溫度，選定真空袋模壓加工所用的密封膠、真空袋和隔離膜材料，并配置真空裝置。對夾層進行工藝設計，確定加工流程，解決天線加工出現的各類問題，對熱固化溫度曲線進行摸索，解決天線外形加工及密封等問題。

1.1.3工藝流程確定

根據共固化成形的原則，確定了天線罩成形的工藝流程為：裁料→刮填充膠、固化→天線罩鋪層、粘接、固化→銑外形、鉆孔→表面刷膠密封→密封檢驗→表面涂覆→測試、入庫

1.2成形工裝設計

天線罩材料的鋪設與粘接成形需要專用工裝完成。天線罩的外形尺寸較小，結構相對簡單；但制件的表面質量和平面度要求很高。考慮到鋁制模具易加工、剛性好以及高溫不易變形等優點，采用LY12鋁合金作為主模具和壓板的材料，對鋪設面進行精磨處理可以達到很高的平面度和很低的表面粗糙度。

1.3工藝參數確定

圖1　固化溫度-時間曲線

固化工藝參數決定制件內部的質量，它由蒙皮樹脂基體固化反應、膠膜樹脂基體固化反應的特性決定。固化程度與加壓時機、固化溫度、固化壓力和保溫時間等因素有關。通過對玻璃纖維預浸料樹脂和膠膜樹脂的固化溫度曲線進行比較，同時參考有關文獻資料，經過多次試驗，最終確定了該天線罩粘接固化工藝參數，繪制了溫度-時間曲線(見圖1)。

1.4關鍵點的控制

天線罩成形后的指標能否達到設計要求，應注意控制如下關鍵點。

1)天線罩壁的厚度控制。天線罩的厚度主要由玻纖預浸料的厚度、膠膜厚度和蜂窩芯材厚度決定，因此，嚴格控制原料厚度的同時，應保持固化壓力的大小和均勻一致。

2)天線罩平面度控制。影響天線罩平面度的因素很多，如固化加熱時的熱變形因素、脫模方式及時機，以及壓板是否滑移等，都會引起應力集中，造成翹曲變形。

3)天線罩內部的均勻度控制。天線罩內部的均勻性主要與蒙皮、膠膜中樹脂含量的均勻性有關，必須嚴格均勻材料的涂膠質量，同時對加工環境進行控制，防止各種雜物、金屬和碳等導電物質混入。

4)天線罩的密封性控制。為保證天線的水密性，天線罩在外形加工后，對正反面刷一遍環氧稀膠。刷前應進行表面打磨處理。

2　天線罩性能測試與試驗

2.1電氣性能測試

對成形后的天線罩進行了電氣測試，結果表明，損耗和透波率達到了設計要求。

2.2工藝性能檢測

對成形后的天線罩進行檢驗，結果表明，外形尺寸為649.5 mm×330.4 mm×4.8 mm,滿足圖樣公差要求((650±0.5) mm×(330±0.5) mm×(4.8±0.1) mm)；天線罩表面平整、光滑，平面度為0.2 mm；蒙皮剝離強度>30 MPa。

2.3密封性試驗

將天線罩全部放入水中，浸泡1 h，稱量前后無變化，滿足密封要求。

2.4環境試驗

將天線罩隨產品做濕熱試驗、高低溫試驗和溫度沖擊試驗，試驗后觀察天線罩表面情況，無起層、氣泡和損壞等現象。

3　問題分析與討論

3.1填充膠用量問題

選用的填充膠為A、B雙組分，按比例混合后填充在蜂窩格內。應合理控制其用量，用量少時會產生氣孔或空洞，打孔時影響強度；用量多時會使天線罩刮膠部位比其他部位高，影響天線罩的平面度。

3.2脫模方式及脫模時機

天線罩的共固化成形，脫模方式及脫模時機會影響天線罩的翹曲變形。溶劑型脫模劑的使用雖能滿足脫模要求，且脫模后天線罩表面光滑；但由于脫模時需要借助外力橇開，分離時產生應力，導致天線罩翹曲，很難達到工藝要求。經研究，選用隔離膜進行脫模，效果很好。另外，脫模應等到模具徹底涼透后進行，才能保證無翹曲變形，否則仍會產生變形。

3.3壓板的固定

壓板在壓制過程中會發生滑移，使蜂窩芯變形產生應力，從而使天線罩翹曲變形；因此，在鋪層時，可用高溫膠帶進行固定，以防壓板滑移。

3.4蒙皮分層問題

加工中發現，固化成形后的天線罩表面有類似氣泡的亮斑，分析原因為鋪蒙皮時，未將蒙皮與膠膜壓實。后采用專用搟壓模具進行搟壓，消除缺陷。另外，天線罩在銑外形時，應用專用壓板壓實后再進行銑切，并減少銑刀量，解決加工中的分層問題。

4　結語

玻纖-芳綸蜂窩夾層結構以其質量輕、剛度大、強度大和透波率高等特點，已被廣泛用于雷達天線罩的設計加工中。目前，常用的玻纖-芳綸蜂窩夾層結構均為高溫成形工藝，其工序復雜，生產費用高。采用此工藝加工天線罩，具有成本低、加工方法靈活、工藝參數易控制以及制品一致性好等優點。按此工藝已完成28套某雷達天線罩的加工任務，產品合格率為100%。該技術的開發，解決了蜂窩夾層結構的粘接問題，為其他雷達天線罩的研制、生產提供了借鑒。

[1] 舒衛國，楊博.大尺寸高性能雷達天線罩的研制[J].玻璃鋼/復合材料，2006(1)：51-52，44.

[2] 劉曉春.機載雷達罩的壁結構及其新發展[J].飛機設計，1998(1)：13-20，23.

[3] 靳武鋼，高建軍.復合材料蜂窩夾層結構雙頻副反射器的制造技術[J].電子工藝技術，2003(1)：40-41,46.

[4] 汪亮.變截面蜂窩夾層結構復合材料膠接工藝研究[J].玻璃鋼/復合材料, 2009(3):65-70.

[5] 陳祥寶.樹脂基復合材料制造技術[M].北京：化學工業出版社，2000.

責任編輯馬彤

Technical Study on Honeycomb Sandwich Radomes

XU Lei

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute， Xi’an 710100， China)

More and more detailed researches on the structure of honeycomb sandwich radomes are focused on discussing the choice of appropriate structural materials, such as aluminum honeycomb, filling glue, carbon fiber skin and so on. Provide a design of applicable mould and clamping apparatus on the research of the forming technology. As a result, the appropriate method of forming technology and process parameter are determined, and the technology problem influenced radomes is solved.

composite material, honeycomb sandwich structure, compression molding

TN 957.2

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