專利名稱：復(fù)合材料帶狀線天線加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料天線加工領(lǐng)域，具體是選用滿足設(shè)計要求的復(fù)合材料，將多層微帶線路板加工成厚度一致，膠層均勻，夾層之間無氣孔、無皺褶和其它雜質(zhì)，表面平整、 光滑且滿足電性能要求的天線陣子。
背景技術(shù)：
雷達的工作原理是發(fā)射電磁波波束，遇到所探測目標后返回回波，經(jīng)接受和數(shù)據(jù)處理后，確定所探測目標及與雷達的距離。雷達發(fā)射和接收的功能需要天線來完成，帶狀線天線以其結(jié)構(gòu)緊湊、損耗小等優(yōu)點應(yīng)用于現(xiàn)代雷達中。由于微帶電路設(shè)計復(fù)雜、精密(微帶線路最細處只有0. 12mm)，微帶板尺寸大而薄 (尺寸為2400mm長X 200mm寬X 0. 035mm厚)，因此對加工要求非常高。對平面度、層間氣泡，雜質(zhì)控制有很高的要求。所以帶狀線天線單體加工難度較大。首先要解決天線的結(jié)構(gòu)材料的選型問題，確保夾芯材料、蒙皮的電性能和機械性能要求；其次要摸索天線的加工工藝，選擇合適的加工方法，并確定相應(yīng)的工藝參數(shù)，穩(wěn)定工藝操作過程，確保天線的加工滿足使用要求。而目前國內(nèi)加工的微帶天線結(jié)構(gòu)基本是蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，在平面度、重量及電性能一致性方面都待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種帶狀線天線加工方法，使生產(chǎn)的尺寸大而薄的帶狀天線厚度一致，膠層均勻，夾層之間無皺褶和雜質(zhì)，表面平整、光滑、防水，電性能一致。本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是復(fù)合材料帶狀線天線單體由芯材、膠膜、蒙皮多層材料采用真空袋模壓法粘接壓合而成，加工方法包括天線材料選擇、專用模具設(shè)計和確定工藝參數(shù)，并按加工流程制作天線，其具體過程如下(1)天線材料選擇帶狀線天線單體結(jié)構(gòu)由芯材、膠膜、蒙皮多層材料構(gòu)成，其芯材選用瑞士進口聚醚型酰亞胺泡沫R_82(PEI，AIREX公司)，膠膜選用丙烯酸膠膜(AFA九江福萊克斯有限公司)，蒙皮選用中溫固化阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料(3233/914，北京航材院)；(2)模具設(shè)計和加工天線加工模具包括主要模具、裁剪模具和插頭模具，a.主要模具用于天線加工的鋪層、真空袋的封裝、固化，尺寸為 2600mmX 360mmX 240mm,表面經(jīng)精磨處理，工作面平面度為0. 4mm,工作面上有六個銷釘，精確控制天線位置；b.輔助模具用于鋪層壓平，確保天線表面的平整度要求，尺寸為 MOOmmX 220mmX4mm，工作面有六個橢圓孔，防止天線微帶線在粘接固化過程產(chǎn)生皺褶和彎曲；c.裁剪模具裁剪用的標準模板，保證天線材料下料時尺寸一致；(3)工藝參數(shù)確定通過試驗獲得夾芯粘接曲線和蒙皮粘接曲線，用以確定各工序固化溫度和時間參數(shù)，保證天線的工藝一致性。本發(fā)明的復(fù)合材料帶狀線天線在加工過程中，要在天線夾層中間要焊接插頭，因此將天線先分I、II兩部分粘接，將插頭與I、II兩部分焊接后，再將兩部分再粘接，整個工藝流程按如下步驟進行準備天線用料、半成品I的粘合、半成品II的粘合、焊接插頭、粘合半成品I和II、粘蒙皮、外形加工和封邊。本發(fā)明所具有的有益效果(1)采用真空模壓法加工帶狀線天線，通過試驗選擇了專用的復(fù)合材料和膠膜， 并進行了夾層設(shè)計，設(shè)計了專用工裝，解決了復(fù)合材料粘接、天線外形加工及密封等工藝問題。所加工的帶狀天線滿足電性能要求和機械性能要求，通過了產(chǎn)品各類環(huán)境試驗；(2)加工的天線具有重量輕、成本低、加工效率高等特點。雷達正常工作時天線升高20多米，對天線的重量有嚴格要求(設(shè)計重量彡36Kg)。加工的天線一套總重量為^Kg, 比設(shè)計重量減輕10Kg，大大減少了升降的動力，縮短了加工周期，降低了天線制造成本。(3)本發(fā)明的微帶天線采用泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，比較蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，具有重量輕、平面度好、內(nèi)部雜質(zhì)少、電性能一致性好等優(yōu)點。


圖1本發(fā)明帶狀線示意2工藝流程3主要模具圖片圖4輔助模具壓板圖片圖5夾芯粘接曲線圖6蒙皮粘接曲線
具體實施例方式下面以某雷達天線為例，來說明本發(fā)明的具體實施方式
。該類天線是復(fù)合材料帶狀天線，由M個陣子組成，每個陣子的外形尺寸為MOOmmX 200mmX 10mm，由三層微帶線路板1、兩層芯材2、兩層蒙皮3及六層膠膜共11層壓合粘接而成，如圖1所示。天線的加工要進行如下工作1、天線材料天線的結(jié)構(gòu)材料比較多，有鋁蜂窩、紙蜂窩、泡沫芯材等，選用的樹脂體系有聚酯、環(huán)氧、丙烯酸等。目前常用的材料不能滿足該天線的性能要求，通過反復(fù)試驗對比、測試后，帶狀線天線的芯材選用瑞士進口聚醚型酰亞胺泡沫R-82 (PEI，AIREX公司)， 膠膜選用丙烯酸膠膜(AFA九江福萊克斯有限公司)，蒙皮選用中溫固化阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料(3233/914，北京航材院)。2、加工方法復(fù)合材料帶狀線天線的加工有許多方法，適合該天線的加工方法有模具模壓法、真空袋模壓法、熱壓罐法等，其中真空袋模壓法、熱壓罐法能保證此類天線加工的一致性要求，本發(fā)明選用真空袋模壓法。根據(jù)膠膜的最高固化溫度選定進口的密封膠、真空袋、隔離膜材料，配置真空伐、高溫真空管裝置等加工設(shè)備。按工藝流程加工天線。由于夾層中間需要焊接插頭，因此粘接不能一次完成。先分2大部分粘接，焊插頭后，兩部分再粘接，整個加工流程圖2所示。3、模具設(shè)計模具包括主要模具、輔助模具和裁剪模具a.主要模具用于天線加工的鋪層、真空袋的封裝、固化等，尺寸為 2600mmX 360mmX 240mm,鋼焊接結(jié)構(gòu)(重0. 5噸)，工作面平面度0. 4，表面進行精磨處理， 設(shè)計六個銷釘精確控制天線位置，見圖3的圖片。b.輔助模具用于鋪層壓平，確保天線表面的平整度要求，尺寸為 M00mmX220mmX4mm，考慮鋁材與復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的差別，經(jīng)計算試驗和試驗設(shè)計成橢圓形定位孔(見圖4)(橢圓形定位孔總長度6mm)，保證天線微帶線在粘接固化過程中不會應(yīng)應(yīng)力產(chǎn)生皺褶和彎曲。c.裁剪模具設(shè)計加工了裁料用的標準模板，保證天線材料下料時尺寸一致，用于
批量生產(chǎn)。4、插頭焊接工藝由于插頭焊接于夾層內(nèi)部，常規(guī)的焊接工藝無法保證焊接質(zhì)量， 采用填充焊膏加熱焊接工藝完成插頭焊接，確保無虛焊和漏焊出現(xiàn)。焊膏選用進口美國艾爾法公司的107E。5、外形加工工藝通過銑床加工工藝、鋸床加工工藝反復(fù)試驗，都無法保證天線外形尺寸要求，最后采用裁剪法對外形進行加工，保證了天線的尺寸要求。6、工藝參數(shù)確定雖然膠膜固化溫度一定，但由于天線工裝比較大，傳熱慢。升溫過快，天線外面溫度高，里面溫度低，溫度不均勻，影響天線的工藝一致性；升溫過慢，影響加工的進度。通過試驗確定各工序固化溫度、時間參數(shù)及升溫曲線(見圖5、圖 6)。7、加工步驟按照圖2所示的工藝流程，天線的主要加工步驟如下7.1粘合半成品Ia.準備按圖紙尺寸裁好芯材和膠膜，將模具清理干凈、涂好脫膜劑待用，將涂過脫膜劑的定位銷插入銷釘孔。b.按以下順序在模具上鋪好要粘合的材料壓板一隔離膜一微帶線路板一膠膜(有金屬線路面朝上)一芯材一膠膜一微帶線路板一隔離膜一壓板c.加真空袋放置脫膜布、毛氈后，粘好真空袋，抽真空不漏氣后，放入烘箱。d.加熱固化將安裝好的模具放置到烘箱內(nèi)，將移動鉬電阻放置在模具的不同部位，抽真空至-0. 09MPa以上，開始按夾芯粘接曲線加熱并繼續(xù)抽真空固化，時間到后自然降至室溫。室溫一80°C (升溫時間3O分鐘)一S0°C保溫(保溫3O分鐘)一1650C (升溫時間60分鐘)一165°C保溫(保溫時間60分鐘)一自然冷卻至室溫；該曲線顯示每個升溫保溫的時間。7. 2粘合半成品II粘合方法同粘合半成品I，材料鋪設(shè)順序如下隔離膜一芯材一膠膜一微帶線路板一隔離膜一壓板加熱固化按粘合半成品I加工曲線進行溫度-時間控制。7. 3粘合半成品I、II將插頭焊接在半成品I上(注意插頭方向)，再鋪設(shè)材料。材料鋪設(shè)順序如下壓板一隔離膜一半成品I (焊過插頭)一膠膜一半成品II (焊插頭)一隔離膜 —壓板將插頭與半成品II上的微帶線路板焊好后進行粘合。粘合方法同粘合半成品I。 加熱固化按粘合半成品I加工曲線進行溫度-時間控制。7. 4粘蒙皮從冰箱中取出已裁好的紡綸預(yù)浸料，鋪設(shè)在半成品I、II粘合件兩面，抽真空至-0. 09MPa，按圖6所示的蒙皮粘接曲線加溫固化；蒙皮粘接曲線顯示的溫度與時間的關(guān)系為室溫一80°C (升溫時間30分鐘)—80°C保溫(保溫時間30分鐘)—130°C (升溫時間30分鐘)—130°C保溫(保溫時間90分鐘)—自然冷卻至室溫。7. 5外形加工根據(jù)圖紙，用裁剪工裝將天線裁剪到規(guī)定尺寸。8 封邊a.將裁好的封邊預(yù)浸料從冰箱中取，粘在加工好的天線半成品四邊上，用膠帶固定。b.封真空袋進烘箱，按蒙皮粘接曲線進行固化。
權(quán)利要求
1.復(fù)合材料帶狀線天線加工方法，帶狀線天線單體由芯材、膠膜、蒙皮多層材料采用真空袋模壓法粘接壓合而成，其特征在于加工方法包括天線材料選擇、專用模具設(shè)計、確定工藝參數(shù)和按加工流程制作天線，其具體過程如下(1)天線材料選擇帶狀線天線的芯材選用聚醚型酰亞胺泡沫，膠膜選用丙烯酸膠膜，蒙皮選用中溫固化阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料；(2)模具設(shè)計設(shè)計天線加工模具包括主要模具、輔助模具和裁剪模具。a.主要模具用于天線加工的鋪層、真空袋的封裝、固化，尺寸為 2600mmX 360mmX 240mm,表面經(jīng)精磨處理，工作面平面度為0. 4mm,工作面上有六個銷釘，精確控制天線位置；b.輔助模具用于鋪層壓平，確保天線表面的平整度要求，尺寸為 MOOmmX 220mmX4mm，工作面有六個橢圓孔，防止天線微帶線在粘接固化過程產(chǎn)生皺褶和彎曲；c.裁剪模具裁剪用的標準模板，保證天線材料下料時尺寸一致；(3)工藝參數(shù)確定通過試驗獲得夾芯粘接曲線和蒙皮粘接曲線，用以確定各工序固化溫度和時間參數(shù)， 保證天線的工藝一致性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶狀線天線加工方法，其特征在于在天線夾層中間要焊接插頭，因此將天線先分I、II兩部分粘接，將插頭與I、II兩部分焊接后，再將兩部分再粘接，整個工藝流程的步驟如下2. 1粘合半成品Ia.準備按規(guī)定尺寸裁剪芯材和膠膜，將模具清理干凈、涂好脫膜劑待用，將涂過脫膜劑的定位銷插入銷釘孔；b.依次按壓板、隔離膜、微帶線路板、膠膜、芯材、膠膜、微帶線路板、隔離膜、壓板的順序在模具上鋪展要粘合的材料，膠膜上有金屬線路面朝上；c.裝真空袋放置脫膜布、毛氈后，封閉真空袋，抽真空不漏氣后，放入烘箱；d.加熱固化將安裝好的模具放置到烘箱內(nèi)，在模具移動鉬電阻，抽真空至-0. 09MPa,開始按夾芯粘接曲線所示的溫度-時間參數(shù)加熱并繼續(xù)抽真空固化；2. 2粘合半成品II粘合方法同粘合半成品I，材料鋪設(shè)順序依次為隔離膜、芯材、膠膜、微帶線路板、隔離膜、壓板，加熱固化按按夾芯粘接曲線；2. 3粘合半成品I、II將插頭焊接在半成品I上，再鋪設(shè)材料；材料鋪設(shè)順序依次為壓板、隔離膜、焊過插頭的半成品I、膠膜、焊過插頭半成品II、隔離膜、壓板；將插頭與半成品II上的微帶線路板焊好后進行粘合；粘合方法同粘合半成品I，加熱固化按夾芯粘接曲線粘合；2. 4粘蒙皮從冰箱中取出已裁剪好的紡綸預(yù)浸料，鋪設(shè)在半成品I、II粘合件兩面，抽真空至-0. 09MPa，按蒙皮粘接曲線所示的溫度-時間參數(shù)進行加熱固化；2. 5外形加工將天線裁剪到規(guī)定尺寸；2.6封邊a.將裁剪好的封邊紡綸預(yù)浸料從冰箱中取，粘在加工好的天線半成品四邊上，用膠帶固定。b.封真空袋，進烘箱，按蒙皮粘接曲線所示的溫度-時間參數(shù)進行加熱固化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料帶狀線天線加工方法，其特征在于夾芯粘接曲線所示的溫度-時間參數(shù)為室溫升至80°C，保溫30分鐘，再升至165°C保溫60分鐘，自然冷卻至室溫；蒙皮粘接曲線所示的溫度-時間參數(shù)為室溫升至80°C保溫[30分鐘]，80°C升至130°C [30分鐘]，在130°C保溫[90分鐘]，自然冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合材料帶狀線天線加工方法，包括天線材料選擇、專用模具設(shè)計和確定工藝參數(shù)，并按加工流程制作天線，具體過程為(1)天線材料選擇芯材選用聚醚型酰亞胺泡沫，膠膜選用丙烯酸膠膜，蒙皮選用中溫固化阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料。(2)模具設(shè)計設(shè)計主要模具用于天線加工的鋪層、真空袋封裝、固化；設(shè)計輔助模具用于鋪層壓平，確保天線表面的平整度要求；設(shè)計裁剪模具作為裁剪用的標準模板，保證天線材料下料時尺寸一致。(3)工藝參數(shù)確定通過試驗獲得夾芯粘接曲線和蒙皮粘接曲線，用以確定各工序固化溫度和時間參數(shù)，保證天線的工藝一致性。所加工的天線重量輕、成本低，滿足電性能要求和機械性能要求，通過了產(chǎn)品各類環(huán)境試驗。
文檔編號H01Q1/38GK102157786SQ20101058634
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者潘世永, 許磊 申請人:中國兵器工業(yè)第二○六研究所