1.本发明涉及复合材料天线罩技术领域，具体为一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩及其制备方法。
背景技术：2.在空天领域使用的高速机载飞行器的雷达或天线保护罩，即为天线罩，要求满足透波要求、满足气动载荷作用，特别在高速飞行工况下，天线罩要同时满足高透波要求和高温下承载及抗烧蚀要求。
3.最早使用的机载进气、出气雷达或天线保护罩为采用铝合金金属壳体外表面喷热防护涂层方法制成，其将雷达或天线的电磁信号完全屏蔽在罩体内，进而无法满足透波通信的基本要求，而且该保护罩重量较重。
4.随着飞行器性能的提升和耐烧蚀涂层技术的发展，开发研制出复合材料外表面喷热防护涂层的天线罩，该方法制成的天线罩具有：1.复材透波性能提升效果不佳，不能完全满足透波的应用需求；2.天线罩运输和贮存过程中，存在外层涂层容易碰触受损脱落，使用过程中需频繁维护的问题；3.随着耐热要求不断提高，热防护涂层的喷涂厚度越来越厚，容易导致涂层剥离的情况，影响天线罩的可靠性。
5.目前，也有采用耐高温纤维及树脂成型复合材料，例如：中国专利cn112366448a，公开了一种耐高温天线罩及其制备方法，其通过纤维编织，采用rtm成型制得中空夹层结构的天线罩，虽然多层中空结构的天线罩可以有效提升复材的耐热性能，但是其在高速、高温的服役状态下容易出现结构坍塌，进而导致材料失效；再例如：中国专利cn113927920a，公开的一种复合材料天线罩成型方法，其采用铺层－模压或热压罐工艺制备的天线罩，模压成型过程中容易导致树脂浸润不完全，进而导致纤维与树脂的层间结合性能较差，特别是在高温烧蚀作用下，极易出现分层失效的问题。
6.因此，如何确保天线罩的透波性能、可靠性、结构稳定性、加工可操作性，是天线罩设计及加工的关键技术及指标。
技术实现要素：7.针对现有采用涂覆热防护涂层、多层中空结构、模压成型等方法设计加工的天线罩，存在透波性能低、可靠性差、结构稳定性差、加工可操作性差等诸多问题，本发明设计了一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩及其制备方法，其利用rtm成型方法制备结构为单层热防护的天线罩，能同时兼具良好的结构性能、透波性能和热防护性能。
8.实现发明目的的技术方案如下：
9.第一方面，本发明提供了一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩，包括单层编织层、邻苯二甲腈树脂复合材料层，单层编织层经石英玻璃纤维纱与b型石英玻璃纤维布编织形成，且所述邻苯二甲腈树脂复合材料层经rtm灌注方法包裹在所述单层编织层外部后形成。
10.进一步的，所述邻苯二甲腈树脂复合材料层包括a组分、b组分、c组分；
11.所述a组分包括邻位双邻苯二甲腈树脂、间位双邻苯二甲腈树脂、不对称双邻苯二甲腈树脂中的一种或多种组合形成；
12.所述b组分包括邻炔基苯胺、间炔基苯胺、对炔基苯胺中的一种或多种组合形成；
13.所述c组分包括丙烯酸脂类浸润稀释剂。
14.更进一步的，所述a组分、所述b组分、所述c组分的质量份数比为100：(2～30)：(0.05～10)。
15.进一步的，所述单层编织层为2.5d石英编织层，其中，编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2。
16.第二方面，本发明提供了一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩制备方法，包括以下步骤；
17.用石英玻璃纤维纱和b型石英玻璃纤维布编织成2.5d石英编织层；
18.加热配置的邻苯二甲腈树脂复合材料至100～170℃，真空除气泡处理后获得熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料；
19.将一层2.5d石英编织层铺覆在天线罩模具内形成单层编织层；
20.第一次加热合模后天线罩模具，在真空环境且15～20mpa压力条件下将熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料注入天线罩模具内，进行保压处理；
21.第二次加热天线罩模具，使单层天线罩固化成型；
22.第三次加热天线罩模具并进行保温处理，冷却后脱模即得单层天线罩成品。
23.进一步的，上述2.5d石英编织层的编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2。
24.进一步的，上述天线罩模具第一次加热温度范围为150～170℃，第二次加热温度范围为240～260℃，第三次加热温度范围为300～400℃。
25.进一步的，上述加邻苯二甲腈树脂复合材料的加热温度为140～160℃。
26.进一步的，上述保压处理时间为30～60分钟，保温处理时间为3～5小时。
27.进一步的，上述邻苯二甲腈树脂复合材料层包括a组分、b组分、c组分，且a组分、b组分、c组分的质量份数比为100：(2～30)：(0.05～10)；
28.所述a组分包括邻位双邻苯二甲腈树脂、间位双邻苯二甲腈树脂、不对称双邻苯二甲腈树脂中的一种或多种组合形成；所述b组分包括邻炔基苯胺、间炔基苯胺、对炔基苯胺中的一种或多种组合形成；所述c组分包括丙烯酸脂类浸润稀释剂。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.1.本发明设计的基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩，其自身介电常数比较低(1～18ghz内测试的相对介电常数范围为3.41～3.59)，损耗角正切的范围为0.0048～0.0052。当其应用在机载进、出气天线罩(厚度为2mm)时，在2ghz～6ghz内的实测最小透波率为86.8％，远超透波率指标不小于75％的电性能要求，提高了雷达或天线的高增益通信。
31.2.单层编织层采用石英玻璃纤维纱与b型石英玻璃纤维布经2.d编织方法编织形成，具有耐热等级高、层间性能高的特点，不需要在天线罩外部额外喷防热涂层，即可满足短时(30min)耐温600℃的烧蚀防热性能要求，可减少天线罩重量50％以上，免除了涂层剥落风险、提高了可靠性，便于维护保养。
32.3.邻苯二甲腈树脂复合材料，为一种高透波－耐烧蚀一体化的邻苯二甲腈树脂，是一类新型的热固性耐高温树脂。制备单层天线罩时，通过酚羟基和硝基的亲电取代反应，引入邻苯二甲腈基团，并以氰基为反应基团，固化形成芳杂环结构，且固化过程没有小分子释放。
33.经试验验证，制备的单层天线罩在长期耐热温度高达350℃，甚至500℃时，仍没有明确的玻璃化转变温度。邻苯二甲腈树脂复合材料还具有良好的力学性能、具有很高的热分解温度和高温残重率(5％失重温度超过500℃，900℃残重率超过70％，1000℃仍有50％以上的残重率)，具有作为烧蚀材料的潜力。
34.4.邻苯二甲腈树脂复合材料既具有高温结构承载性，又具有一定的抗高温烧蚀性，与一层2.5d石英编织层制成单层天线罩，在不加热防护涂层的情况下，仅自身复合材料结构就具备一定的高温防热特性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
36.图1为本发明的基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩制备方法的流程图；
37.图2为示例中邻苯二甲腈树脂复合材料的粘度－时间曲线示意图；
38.图3为示例中固化后的动态力学性能(dma)测试的储能模量曲线示意图；
39.图4为示例中基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩固化后的热失重曲线示意图。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
41.实施例1：
42.本实施例提供了一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩，单层天线罩包括罩体，罩体四周设有法兰连接区，罩体与法兰连接区的结构相同，且经一体成型制成。在本实施方式中，单层天线罩(也即罩体和法兰连接区)包括单层编织层、邻苯二甲腈树脂复合材料层。单层编织层经石英玻璃纤维纱与b型石英玻璃纤维布编织形成，且邻苯二甲腈树脂复合材料层经rtm灌注方法包裹在所述单层编织层外部后形成。
43.其中，上述邻苯二甲腈树脂复合材料层包括a组分、b组分、c组分，a组分、b组分c组分的质量份数比为100：(2～30)：(0.05～10)。a组分包括邻位双邻苯二甲腈树脂、间位双邻苯二甲腈树脂、不对称双邻苯二甲腈树脂中的一种或多种组合形成；b组分包括邻炔基苯胺、间炔基苯胺、对炔基苯胺中的一种或多种组合形成；c组分包括丙烯酸脂类浸润稀释剂。
44.其中，单层编织层为2.5d石英编织层，其中，编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2，表观厚度2.0～2.1mm，幅宽220
±
10mm，长度5000mm。
45.本实施例设计的基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩，其自身介电常数比较低(1～18ghz内测试的相对介电常数范围为3.41～3.59)，损耗角正切的范围为0.0048～0.0052。当其应用在机载进、出气天线罩(厚度为2mm)时，在2ghz～6ghz内的实测最小透波率为86.8％，远超透波率指标不小于75％的电性能要求，提高了雷达或天线的高增益通信。
46.经试验验证，制备的单层天线罩在长期耐热温度高达350℃，甚至500℃时，仍没有明确的玻璃化转变温度。邻苯二甲腈树脂复合材料还具有良好的力学性能、具有很高的热分解温度和高温残重率(5％失重温度超过500℃，900℃残重率超过70％，1000℃仍有50％以上的残重率)，具有作为烧蚀材料的潜力。
47.实施例2：
48.本实施例提供了一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩制备方法，如图1所示，包括以下步骤；
49.步骤一、用石英玻璃纤维纱和b型石英玻璃纤维布编织成2.5d石英编织层；加热配置的邻苯二甲腈树脂复合材料至100～170℃，真空除气泡处理后获得熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料。
50.具体的，邻苯二甲腈树脂复合材料层包括a组分、b组分、c组分，且a组分、b组分、c组分的质量份数比为100：(2～30)：(0.05～10)；所述a组分包括邻位双邻苯二甲腈树脂、间位双邻苯二甲腈树脂、不对称双邻苯二甲腈树脂中的一种或多种组合形成；所述b组分包括邻炔基苯胺、间炔基苯胺、对炔基苯胺中的一种或多种组合形成；所述c组分包括丙烯酸脂类浸润稀释剂。邻苯二甲腈树脂复合材料中，通过酚羟基和硝基的亲电取代反应，引入邻苯二甲腈基团，并以氰基为反应基团，固化形成芳杂环结构，且固化过程没有小分子释放。
51.2.5d石英编织层的编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2。
52.优选的，邻苯二甲腈树脂复合材料的加热温度为140～160℃。
53.步骤二、将一层2.5d石英编织层铺覆在天线罩模具内形成单层编织层。
54.步骤三、第一次加热合模后天线罩模具，在真空环境且15～20mpa压力条件下将熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料注入天线罩模具内，进行保压处理。
55.具体的，天线罩模具第一次加热温度范围为150～170℃，保压处理时间为30～60分钟。
56.步骤四、第二次加热天线罩模具，使单层天线罩固化成型。
57.具体的，天线罩模具第二次加热温度范围为240～260℃。
58.步骤五、第三次加热天线罩模具并进行保温处理，冷却后脱模即得单层天线罩成品。
59.具体的，天线罩模具第三次加热温度范围为300～400℃，保温处理时间为3～5小时。
60.本具体实施方式通过以下示例，对上述基于邻苯二甲腈树脂复合材料的高透波耐高温高速机载进气、出气的单层天线罩制备方法进行说明：制备的单层天线罩中，邻苯二甲腈树脂复合材料作为制备树脂基体的原料，单层(即一层)2.5d石英编织层作为天线罩的增强体，制备后的单层天线罩为实心结构。
61.首先，取100份邻位双邻茉二甲腈树脂加热到100℃，待该树脂熔化后加入2份邻炔
基苯胺和0.05份丙烯酸脂类浸润稀释剂c800，搅拌均匀并在100℃下抽真空脱除气泡，得到熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料，备用。
62.对得到的熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料进行粘度测试，最低点粘度为67mpa
·
s，其粘度－时间曲线如图2所示，图2中在150℃下rtm工艺操作窗口时间为235min，大于3h。
63.其次，用石英玻璃纤维纱和b型石英玻璃纤维布按照编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2，表观厚度2.0～2.1mm，幅宽220
±
10mm，长度5000mm的参数要求，编织成2.5d石英编织层，备用。
64.然后，将一层2.5d石英编织层铺覆在天线罩模具内，合模后加热至160℃，将熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料在16mpa压力下注入模具内，填充模具并将2.5d石英编织层包裹，并进行保压处理45min。
65.再次，加热天线罩模具至250℃，使单层天线罩固化成型。
66.最后，加热天线罩模具到300℃，5h，冷却脱模后即得单层天线罩成品。
67.固化后进行耐热性能测试，固化后的dma(动态力学性能)曲线如图3所示，tg(玻璃化转变温度)＞432.6℃，固化后的热失重曲线如图4所示，在td5时(表示失重5％，即质量衰减到初始状态的95％)时的温度为585℃，固化后孔隙率为0。
68.本示例制备的高透波－耐烧蚀一体化邻苯二甲腈复合材料天线罩(即单层天线罩)不需要外喷防热涂层、无涂层剥落风险、可靠性高、且可减重62％。
69.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
70.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：1.一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩，其特征在于：包括单层编织层、邻苯二甲腈树脂复合材料层，所述单层编织层经石英玻璃纤维纱与b型石英玻璃纤维布编织形成，且所述邻苯二甲腈树脂复合材料层经rtm灌注方法包裹在所述单层编织层外部后形成。2.根据权利要求1所述的单层天线罩，其特征在于：所述邻苯二甲腈树脂复合材料层包括a组分、b组分、c组分；所述a组分包括邻位双邻苯二甲腈树脂、间位双邻苯二甲腈树脂、不对称双邻苯二甲腈树脂中的一种或多种组合形成；所述b组分包括邻炔基苯胺、间炔基苯胺、对炔基苯胺中的一种或多种组合形成；所述c组分包括丙烯酸脂类浸润稀释剂。3.根据权利要求2所述的单层天线罩，其特征在于：所述a组分、所述b组分、所述c组分的质量份数比为100：(2～30)：(0.05～10)。4.根据权利要求1所述的单层天线罩，其特征在于：所述单层编织层为2.5d石英编织层，其中，编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2。5.一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩制备方法，其特征在于，包括以下步骤；用石英玻璃纤维纱和b型石英玻璃纤维布编织成2.5d石英编织层；加热配置的邻苯二甲腈树脂复合材料至100～170℃，真空除气泡处理后获得熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料；将一层2.5d石英编织层铺覆在天线罩模具内形成单层编织层；第一次加热天线罩模具，并在真空环境且15～20mpa压力条件下将熔融态邻苯二甲腈树脂复合材料注入天线罩模具内，进行保压处理；第二次加热天线罩模具，使单层天线罩固化成型；第三次加热天线罩模具并进行保温处理，冷却后脱模即得单层天线罩成品。6.根据权利要求5所述的单层天线罩制备方法，其特征在于：2.5d石英编织层的编织经密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织纬密度为8.0
±
0.5束/10mm，编织面密度为2050～2350g/m2。7.根据权利要求5所述的单层天线罩制备方法，其特征在于：天线罩模具第一次加热温度范围为150～170℃，第二次加热温度范围为240～260℃，第三次加热温度范围为300～400℃。8.根据权利要求5所述的单层天线罩制备方法，其特征在于：加邻苯二甲腈树脂复合材料的加热温度为140～160℃。9.根据权利要求5所述的单层天线罩制备方法，其特征在于：保压处理时间为30～60分钟，保温处理时间为3～5小时。10.根据权利要求5所述的单层天线罩制备方法，其特征在于：邻苯二甲腈树脂复合材料层包括a组分、b组分、c组分，且a组分、b组分、c组分的质量份数比为100：(2～30)：(0.05～10)；所述a组分包括邻位双邻苯二甲腈树脂、间位双邻苯二甲腈树脂、不对称双邻苯二甲腈树脂中的一种或多种组合形成；所述b组分包括邻炔基苯胺、间炔基苯胺、对炔基苯胺中的
一种或多种组合形成；所述c组分包括丙烯酸脂类浸润稀释剂。
技术总结本发明提供了一种基于邻苯二甲腈树脂复合材料的单层天线罩及其制备方法，单层天线罩包括单层编织层、邻苯二甲腈树脂复合材料层，单层编织层经石英玻璃纤维纱与B型石英玻璃纤维布编织形成，且所述邻苯二甲腈树脂复合材料层经RTM灌注方法包裹在所述单层编织层外部后形成。制备方法包括编织2.5D石英编织层、配置邻苯二甲腈树脂复合材料；模具内铺覆单层编织层；加热并真空且加压条件注入邻苯二甲腈树脂复合材料包裹2.5D石英编织层；第二次加热固化成型；第三次加热保温处理冷却即得单层天线罩成品。本发明设计的单层天线罩，适用于高速机载进气、出气部位，具有雷达抗干扰及短时耐高温600℃的透波－耐烧蚀功能。温600℃的透波－耐烧蚀功能。温600℃的透波－耐烧蚀功能。
技术研发人员：苑玲 万君 史媛媛
受保护的技术使用者：上海伽材新材料科技有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
