一種薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備方法技術

本發明專利技術公開了一種薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備方法，目的是解決夾層結構天線罩制備過程中薄壁泡沫夾層加工困難或是無法加工的難題。技術方案是將薄壁泡沫夾層的通體加工分解為兩次：第一次在初始泡沫塊上進行單面機加，第二次在單面機加泡沫塊增強增剛后進行，即在剛性模具?復合材料面板?單面機加泡沫塊的組合體上進行薄壁夾層其余面的加工，制備出符合目標天線罩技術要求的薄壁泡沫夾層。在此基礎上通過織物浸漬樹脂與真空袋壓工藝實現目標天線罩中復合材料面板的制備及面板與泡沫夾層的粘接。采用本發明專利技術避免了初始泡沫塊通體加工制備薄壁泡沫夾層的困難，天線罩成型工藝簡單，制備的產品缺陷少、質量輕、透波性好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術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。
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術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，本專利技術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)。需要注意的是：模具基座上要預留泡沫夾層第二次機加時的定位和對刀基準點。對剛性模具進行表面打磨、清洗和涂敷脫模劑處理。第二步，材料和設備準備根據薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備要求，分別準備好復合材料面板用增強材料、液態浸漬樹脂，以及真空袋壓工藝所需的脫模布、吸膠氈、真空袋膜、密封膠條、真空咀、真空系統等材料和設備。所述增強材料包括石英玻璃纖維織物、S玻璃纖維織物、芳綸纖維織物、E玻璃纖維織物、D玻璃纖維織物、聚乙烯纖維織物。所述樹脂包括環氧樹脂、乙烯基樹脂、不飽和聚酯樹脂、氰酸酯樹脂。第三步，第一初始泡沫塊1準備第一初始泡沫塊1的形狀及尺寸滿足能完全包絡成型制品(目標天線罩)中的第一泡沫夾層即可。一般可在泡沫夾層結構包絡尺寸外，各向分別擴大50～100mm。所述第一
初始泡沫塊1的材料包括聚甲基丙烯酰亞胺、聚氨酯、聚酰亞胺。第四步，第一泡沫夾層的第一次機加(單面機加)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，將第一初始泡沫塊1安裝并固定在機加設備的工作臺上，銑削加工(復雜型面一般采用數控加工)出第一泡沫夾層的內表面或外表面，得到第一單面機加泡沫塊2。第五步，第一個復合材料面板I的制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，在第一單面機加泡沫塊2的加工面上，逐層鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第一個復合材料面板I。將第一個復合材料面板I套合剛性模具工作面，形成剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體。第一個復合材料面板I的制備也可以在剛性模具工作面上進行。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，在剛性模具工作面上，逐層鋪放增強材料并浸漬樹脂(固化后即為夾層結構天線罩產品中的復合材料蒙皮)，套合第一單面機加泡沫塊2的加工面，同樣形成剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體。第六步，真空袋膜封裝根據真空袋壓工藝要求，在剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體上，依次鋪放脫模布、吸膠氈，安置真空咀，在剛性模具邊緣距第一個復合材料面板I約70mm外粘貼密封膠條，并用真空袋膜將剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體，以及脫模布、吸膠氈、真空咀等全部密封在真空袋內，得到第一袋膜包覆模腔。第七步，第一次真空袋壓固化第一袋膜包覆模腔通過真空咀連接真空系統。第一袋膜包覆模腔抽真空并保持真空壓力。根據第一個復合材料面板I的浸漬樹脂的固化工藝要求進行真空袋壓固化，使密封在真空袋膜內的第一個復合材料面板I與第一單面機加泡沫塊2固化粘接成整體。第八步，第一次脫除清理脫除真空袋膜、吸膠氈、脫模布及本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備方法，其特征在于包括以下步驟：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；剛性模具基座上預留泡沫夾層第二次機加時的定位和對刀基準點，對剛性模具進行表面打磨、清洗和涂敷脫模劑處理；第二步，材料和設備準備：根據薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備要求，分別準備好復合材料面板用增強材料、液態浸漬樹脂，以及真空袋壓工藝所需的脫模布、吸膠氈、真空袋膜、密封膠條、真空咀、真空系統；第三步，第一初始泡沫塊1準備：第一初始泡沫塊1的形狀及尺寸滿足能完全包絡目標天線罩中的第一泡沫夾層；第四步，第一泡沫夾層的第一次機加：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，將第一初始泡沫塊1安裝并固定在機加設備的工作臺上，銑削加工或數控加工出第一泡沫夾層的內表面或外表面，得到第一單面機加泡沫塊2；第五步，第一個復合材料面板I的制備：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，在第一單面機加泡沫塊2的加工面上，逐層鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第一個復合材料面板I；將第一個復合材料面板I套合剛性模具工作面，形成剛性模具?第一個復合材料面板I?第一單面機加泡沫塊2三者的組合體；第六步，真空袋膜封裝：根據真空袋壓工藝要求，在剛性模具?第一個復合材料面板I?第一單面機加泡沫塊2三者的組合體上，依次鋪放脫模布、吸膠氈，安置真空咀，在剛性模具邊緣貼密封膠條，并用真空袋膜將剛性模具?第一個復合材料面板I?第一單面機加泡沫塊2三者的組合體，以及脫模布、吸膠氈、真空咀等全部密封在真空袋內，得到第一袋膜包覆模腔；第七步，第一次真空袋壓固化：第一袋膜包覆模腔通過真空咀連接真空系統，第一袋膜包覆模腔抽真空并保持真空壓力，根據第一個復合材料面板I浸漬的樹脂的固化制度進行真空袋壓固化，使密封在真空袋膜內的第一個復合材料面板I與第一單面機加泡沫塊2固化粘接成整體；第八步，第一次脫除清理：脫除真空袋膜、吸膠氈、脫模布及真空咀，清理模具基座，得到泡沫外露的剛性模具?第一個復合材料面板I?第一單面機加泡沫塊2的結合體；第九步，第一泡沫夾層的第二次機加：將剛性模具?第一個復合材料面板I?第一單面機加泡沫塊2的結合體的剛性模具基座安裝固定在機加設備的工作臺上，校對模具基座上的定位和對刀基準，第二次數控銑削加工第一泡沫夾層，制備出第一泡沫夾層所需的其余加工面，得到第一雙面機加泡沫塊3即第二次機加后的第一泡沫夾層；第十步，若需要制備A夾層結構天線罩，則轉第十一步；若需要制備C夾層結構天線罩，則轉第十三步；第十一步，第二個復合材料面板II的制備：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，在第一雙面機加泡沫塊3的機加表面上，依次鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第二個復合材料面板II，形成剛性模具?第一個復合材料面板I?第一雙面機加泡沫塊3?第二個復合材料面板II四者的組合體；第十二步，第二次真空袋壓固化與脫除，得到A夾層結構天線罩：根據真空袋壓工藝要求，用真空袋膜將剛性模具?第一個復合材料面板I?第一雙面機加泡沫塊3?第二個復合材料面板II四者的組合體，以及脫模布、吸膠氈、真空咀等全部密封在真空袋內，得到第二袋膜包覆模腔；通過真空咀連接真空系統后，第二袋膜包覆模腔抽真空；根據第二個復合材料面板II的浸漬樹脂的固化制度進行真空袋壓固化，使密封在真空袋膜內的第二個復合材料面板II與第一雙面機加泡沫塊3固化粘接成整體；脫除真空袋膜、吸膠氈、脫模布及真空咀，繼續脫除剛性模具，得到由第一個復合材料面板I?第一雙面機加泡沫塊3?第二個復合材料面板II組成的A夾層結構天線罩；第十三步，第二泡沫夾層的第一次機加：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，將第二泡沫夾層加工所需的第二初始泡沫塊4安裝并固定在機加設備的工作臺上，銑削加工出第二泡沫夾層的內表面或外表面，得到第二單面機加泡沫塊5；第十四步，第二個復合材料面板II的制備：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，在第一雙面機加泡沫塊3的機加表面上，逐層鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第二個復合材料面板II；將第二個復合材料面板II套合第二單面機加泡沫塊5的機加面，形成剛性模具?第一個復合材料面板I?第一雙面機加泡沫塊3?第二個復合材料面板II?第二單面機加泡沫塊5五者的組合體；第十五步，第二次真空袋壓固化：根據真空袋壓工藝要求，用真空袋膜將剛性模具?第一個...

【技術特征摘要】
1.一種薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備方法，其特征在于包括以下步驟：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；剛性模具基座上預留泡沫夾層第二次機加時的定位和對刀基準點，對剛性模具進行表面打磨、清洗和涂敷脫模劑處理；第二步，材料和設備準備：根據薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩制備要求，分別準備好復合材料面板用增強材料、液態浸漬樹脂，以及真空袋壓工藝所需的脫模布、吸膠氈、真空袋膜、密封膠條、真空咀、真空系統；第三步，第一初始泡沫塊1準備：第一初始泡沫塊1的形狀及尺寸滿足能完全包絡目標天線罩中的第一泡沫夾層；第四步，第一泡沫夾層的第一次機加：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，將第一初始泡沫塊1安裝并固定在機加設備的工作臺上，銑削加工或數控加工出第一泡沫夾層的內表面或外表面，得到第一單面機加泡沫塊2；第五步，第一個復合材料面板I的制備：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，在第一單面機加泡沫塊2的加工面上，逐層鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第一個復合材料面板I；將第一個復合材料面板I套合剛性模具工作面，形成剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體；第六步，真空袋膜封裝：根據真空袋壓工藝要求，在剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體上，依次鋪放脫模布、吸膠氈，安置真空咀，在剛性模具邊緣貼密封膠條，并用真空袋膜將剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2三者的組合體，以及脫模布、吸膠氈、真空咀等全部密封在真空袋內，得到第一袋膜包覆模腔；第七步，第一次真空袋壓固化：第一袋膜包覆模腔通過真空咀連接真空系統，第一袋膜包覆模腔抽真空并保持真空壓力，根據第一個復合材料面板I浸漬的樹脂的固化制度進行真空袋壓固化，使密封在真空袋膜內的第一個復合材料面板I與第一單面機加泡沫塊2固化粘接成整體；第八步，第一次脫除清理：脫除真空袋膜、吸膠氈、脫模布及真空咀，清理模具基座，得到泡沫外露的剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2的結合體；第九步，第一泡沫夾層的第二次機加：將剛性模具-第一個復合材料面板I-第一單面機加泡沫塊2的結合體的剛性模具基座
\t安裝固定在機加設備的工作臺上，校對模具基座上的定位和對刀基準，第二次數控銑削加工第一泡沫夾層，制備出第一泡沫夾層所需的其余加工面，得到第一雙面機加泡沫塊3即第二次機加后的第一泡沫夾層；第十步，若需要制備A夾層結構天線罩，則轉第十一步；若需要制備C夾層結構天線罩，則轉第十三步；第十一步，第二個復合材料面板II的制備：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，在第一雙面機加泡沫塊3的機加表面上，依次鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第二個復合材料面板II，形成剛性模具-第一個復合材料面板I-第一雙面機加泡沫塊3-第二個復合材料面板II四者的組合體；第十二步，第二次真空袋壓固化與脫除，得到A夾層結構天線罩：根據真空袋壓工藝要求，用真空袋膜將剛性模具-第一個復合材料面板I-第一雙面機加泡沫塊3-第二個復合材料面板II四者的組合體，以及脫模布、吸膠氈、真空咀等全部密封在真空袋內，得到第二袋膜包覆模腔；通過真空咀連接真空系統后，第二袋膜包覆模腔抽真空；根據第二個復合材料面板II的浸漬樹脂的固化制度進行真空袋壓固化，使密封在真空袋膜內的第二個復合材料面板II與第一雙面機加泡沫塊3固化粘接成整體；脫除真空袋膜、吸膠氈、脫模布及真空咀，繼續脫除剛性模具，得到由第一個復合材料面板I-第一雙面機加泡沫塊3-第二個復合材料面板II組成的A夾層結構天線罩；第十三步，第二泡沫夾層的第一次機加：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，將第二泡沫夾層加工所需的第二初始泡沫塊4安裝并固定在機加設備的工作臺上，銑削加工出第二泡沫夾層的內表面或外表面，得到第二單面機加泡沫塊5；第十四步，第二個復合材料面板II的制備：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，在第一雙面機加泡沫塊3的機加表面上，逐層鋪放增強材料并浸漬樹脂，制備出薄壁泡沫夾層結構復合材料天線罩目標制品中第二個復合材料面板II...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉鈞，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43