专利名称：复合材料带状线天线加工方法
技术领域：
本发明属于复合材料天线加工领域，具体是选用满足设计要求的复合材料，将多层微带线路板加工成厚度一致，胶层均勻，夹层之间无气孔、无皱褶和其它杂质，表面平整、 光滑且满足电性能要求的天线阵子。
背景技术：
雷达的工作原理是发射电磁波波束，遇到所探测目标后返回回波，经接受和数据处理后，确定所探测目标及与雷达的距离。雷达发射和接收的功能需要天线来完成，带状线天线以其结构紧凑、损耗小等优点应用于现代雷达中。由于微带电路设计复杂、精密(微带线路最细处只有0. 12mm)，微带板尺寸大而薄 (尺寸为2400mm长X 200mm宽X 0. 035mm厚)，因此对加工要求非常高。对平面度、层间气泡，杂质控制有很高的要求。所以带状线天线单体加工难度较大。首先要解决天线的结构材料的选型问题，确保夹芯材料、蒙皮的电性能和机械性能要求；其次要摸索天线的加工工艺，选择合适的加工方法，并确定相应的工艺参数，稳定工艺操作过程，确保天线的加工满足使用要求。而目前国内加工的微带天线结构基本是蜂窝夹芯结构，在平面度、重量及电性能一致性方面都待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带状线天线加工方法，使生产的尺寸大而薄的带状天线厚度一致，胶层均勻，夹层之间无皱褶和杂质，表面平整、光滑、防水，电性能一致。本发明解决问题的技术方案是复合材料带状线天线单体由芯材、胶膜、蒙皮多层材料采用真空袋模压法粘接压合而成，加工方法包括天线材料选择、专用模具设计和确定工艺参数，并按加工流程制作天线，其具体过程如下(1)天线材料选择带状线天线单体结构由芯材、胶膜、蒙皮多层材料构成，其芯材选用瑞士进口聚醚型酰亚胺泡沫R_82(PEI，AIREX公司)，胶膜选用丙烯酸胶膜(AFA九江福莱克斯有限公司)，蒙皮选用中温固化阻燃环氧纺纶布预浸料(3233/914，北京航材院)；(2)模具设计和加工天线加工模具包括主要模具、裁剪模具和插头模具，a.主要模具用于天线加工的铺层、真空袋的封装、固化，尺寸为 2600mmX 360mmX 240mm,表面经精磨处理，工作面平面度为0. 4mm,工作面上有六个销钉，精确控制天线位置；b.辅助模具用于铺层压平，确保天线表面的平整度要求，尺寸为 MOOmmX 220mmX4mm，工作面有六个椭圆孔，防止天线微带线在粘接固化过程产生皱褶和弯曲；c.裁剪模具裁剪用的标准模板，保证天线材料下料时尺寸一致；(3)工艺参数确定通过试验获得夹芯粘接曲线和蒙皮粘接曲线，用以确定各工序固化温度和时间参数，保证天线的工艺一致性。本发明的复合材料带状线天线在加工过程中，要在天线夹层中间要焊接插头，因此将天线先分I、II两部分粘接，将插头与I、II两部分焊接后，再将两部分再粘接，整个工艺流程按如下步骤进行准备天线用料、半成品I的粘合、半成品II的粘合、焊接插头、粘合半成品I和II、粘蒙皮、外形加工和封边。本发明所具有的有益效果(1)采用真空模压法加工带状线天线，通过试验选择了专用的复合材料和胶膜， 并进行了夹层设计，设计了专用工装，解决了复合材料粘接、天线外形加工及密封等工艺问题。所加工的带状天线满足电性能要求和机械性能要求，通过了产品各类环境试验；(2)加工的天线具有重量轻、成本低、加工效率高等特点。雷达正常工作时天线升高20多米，对天线的重量有严格要求(设计重量彡36Kg)。加工的天线一套总重量为^Kg, 比设计重量减轻10Kg，大大减少了升降的动力，缩短了加工周期，降低了天线制造成本。(3)本发明的微带天线采用泡沫夹芯结构，比较蜂窝夹芯结构，具有重量轻、平面度好、内部杂质少、电性能一致性好等优点。
图1本发明带状线示意2工艺流程3主要模具图片图4辅助模具压板图片图5夹芯粘接曲线图6蒙皮粘接曲线
具体实施例方式下面以某雷达天线为例，来说明本发明的具体实施方式
。该类天线是复合材料带状天线，由M个阵子组成，每个阵子的外形尺寸为MOOmmX 200mmX 10mm，由三层微带线路板1、两层芯材2、两层蒙皮3及六层胶膜共11层压合粘接而成，如图1所示。天线的加工要进行如下工作1、天线材料天线的结构材料比较多，有铝蜂窝、纸蜂窝、泡沫芯材等，选用的树脂体系有聚酯、环氧、丙烯酸等。目前常用的材料不能满足该天线的性能要求，通过反复试验对比、测试后，带状线天线的芯材选用瑞士进口聚醚型酰亚胺泡沫R-82 (PEI，AIREX公司)， 胶膜选用丙烯酸胶膜(AFA九江福莱克斯有限公司)，蒙皮选用中温固化阻燃环氧纺纶布预浸料(3233/914，北京航材院)。2、加工方法复合材料带状线天线的加工有许多方法，适合该天线的加工方法有模具模压法、真空袋模压法、热压罐法等，其中真空袋模压法、热压罐法能保证此类天线加工的一致性要求，本发明选用真空袋模压法。根据胶膜的最高固化温度选定进口的密封胶、真空袋、隔离膜材料，配置真空伐、高温真空管装置等加工设备。按工艺流程加工天线。由于夹层中间需要焊接插头，因此粘接不能一次完成。先分2大部分粘接，焊插头后，两部分再粘接，整个加工流程图2所示。3、模具设计模具包括主要模具、辅助模具和裁剪模具a.主要模具用于天线加工的铺层、真空袋的封装、固化等，尺寸为 2600mmX 360mmX 240mm,钢焊接结构(重0. 5吨)，工作面平面度0. 4，表面进行精磨处理， 设计六个销钉精确控制天线位置，见图3的图片。b.辅助模具用于铺层压平，确保天线表面的平整度要求，尺寸为 M00mmX220mmX4mm，考虑铝材与复合材料热膨胀系数的差别，经计算试验和试验设计成椭圆形定位孔(见图4)(椭圆形定位孔总长度6mm)，保证天线微带线在粘接固化过程中不会应应力产生皱褶和弯曲。c.裁剪模具设计加工了裁料用的标准模板，保证天线材料下料时尺寸一致，用于
批量生产。4、插头焊接工艺由于插头焊接于夹层内部，常规的焊接工艺无法保证焊接质量， 采用填充焊膏加热焊接工艺完成插头焊接，确保无虚焊和漏焊出现。焊膏选用进口美国艾尔法公司的107E。5、外形加工工艺通过铣床加工工艺、锯床加工工艺反复试验，都无法保证天线外形尺寸要求，最后采用裁剪法对外形进行加工，保证了天线的尺寸要求。6、工艺参数确定虽然胶膜固化温度一定，但由于天线工装比较大，传热慢。升温过快，天线外面温度高，里面温度低，温度不均勻，影响天线的工艺一致性；升温过慢，影响加工的进度。通过试验确定各工序固化温度、时间参数及升温曲线(见图5、图 6)。7、加工步骤按照图2所示的工艺流程，天线的主要加工步骤如下7.1粘合半成品Ia.准备按图纸尺寸裁好芯材和胶膜，将模具清理干净、涂好脱膜剂待用，将涂过脱膜剂的定位销插入销钉孔。b.按以下顺序在模具上铺好要粘合的材料压板一隔离膜一微带线路板一胶膜(有金属线路面朝上)一芯材一胶膜一微带线路板一隔离膜一压板c.加真空袋放置脱膜布、毛毡后，粘好真空袋，抽真空不漏气后，放入烘箱。d.加热固化将安装好的模具放置到烘箱内，将移动钼电阻放置在模具的不同部位，抽真空至-0. 09MPa以上，开始按夹芯粘接曲线加热并继续抽真空固化，时间到后自然降至室温。室温一80°C (升温时间3O分钟)一S0°C保温(保温3O分钟)一1650C (升温时间60分钟)一165°C保温(保温时间60分钟)一自然冷却至室温；该曲线显示每个升温保温的时间。7. 2粘合半成品II粘合方法同粘合半成品I，材料铺设顺序如下隔离膜一芯材一胶膜一微带线路板一隔离膜一压板加热固化按粘合半成品I加工曲线进行温度-时间控制。7. 3粘合半成品I、II将插头焊接在半成品I上(注意插头方向)，再铺设材料。材料铺设顺序如下压板一隔离膜一半成品I (焊过插头)一胶膜一半成品II (焊插头)一隔离膜 —压板将插头与半成品II上的微带线路板焊好后进行粘合。粘合方法同粘合半成品I。 加热固化按粘合半成品I加工曲线进行温度-时间控制。7. 4粘蒙皮从冰箱中取出已裁好的纺纶预浸料，铺设在半成品I、II粘合件两面，抽真空至-0. 09MPa，按图6所示的蒙皮粘接曲线加温固化；蒙皮粘接曲线显示的温度与时间的关系为室温一80°C (升温时间30分钟)—80°C保温(保温时间30分钟)—130°C (升温时间30分钟)—130°C保温(保温时间90分钟)—自然冷却至室温。7. 5外形加工根据图纸，用裁剪工装将天线裁剪到规定尺寸。8 封边a.将裁好的封边预浸料从冰箱中取，粘在加工好的天线半成品四边上，用胶带固定。b.封真空袋进烘箱，按蒙皮粘接曲线进行固化。
权利要求
1.复合材料带状线天线加工方法，带状线天线单体由芯材、胶膜、蒙皮多层材料采用真空袋模压法粘接压合而成，其特征在于加工方法包括天线材料选择、专用模具设计、确定工艺参数和按加工流程制作天线，其具体过程如下(1)天线材料选择带状线天线的芯材选用聚醚型酰亚胺泡沫，胶膜选用丙烯酸胶膜，蒙皮选用中温固化阻燃环氧纺纶布预浸料；(2)模具设计设计天线加工模具包括主要模具、辅助模具和裁剪模具。a.主要模具用于天线加工的铺层、真空袋的封装、固化，尺寸为 2600mmX 360mmX 240mm,表面经精磨处理，工作面平面度为0. 4mm,工作面上有六个销钉，精确控制天线位置；b.辅助模具用于铺层压平，确保天线表面的平整度要求，尺寸为 MOOmmX 220mmX4mm，工作面有六个椭圆孔，防止天线微带线在粘接固化过程产生皱褶和弯曲；c.裁剪模具裁剪用的标准模板，保证天线材料下料时尺寸一致；(3)工艺参数确定通过试验获得夹芯粘接曲线和蒙皮粘接曲线，用以确定各工序固化温度和时间参数， 保证天线的工艺一致性。
2.根据权利要求1所述的复合材料带状线天线加工方法，其特征在于在天线夹层中间要焊接插头，因此将天线先分I、II两部分粘接，将插头与I、II两部分焊接后，再将两部分再粘接，整个工艺流程的步骤如下2. 1粘合半成品Ia.准备按规定尺寸裁剪芯材和胶膜，将模具清理干净、涂好脱膜剂待用，将涂过脱膜剂的定位销插入销钉孔；b.依次按压板、隔离膜、微带线路板、胶膜、芯材、胶膜、微带线路板、隔离膜、压板的顺序在模具上铺展要粘合的材料，胶膜上有金属线路面朝上；c.装真空袋放置脱膜布、毛毡后，封闭真空袋，抽真空不漏气后，放入烘箱；d.加热固化将安装好的模具放置到烘箱内，在模具移动钼电阻，抽真空至-0. 09MPa,开始按夹芯粘接曲线所示的温度-时间参数加热并继续抽真空固化；2. 2粘合半成品II粘合方法同粘合半成品I，材料铺设顺序依次为隔离膜、芯材、胶膜、微带线路板、隔离膜、压板，加热固化按按夹芯粘接曲线；2. 3粘合半成品I、II将插头焊接在半成品I上，再铺设材料；材料铺设顺序依次为压板、隔离膜、焊过插头的半成品I、胶膜、焊过插头半成品II、隔离膜、压板；将插头与半成品II上的微带线路板焊好后进行粘合；粘合方法同粘合半成品I，加热固化按夹芯粘接曲线粘合；2. 4粘蒙皮从冰箱中取出已裁剪好的纺纶预浸料，铺设在半成品I、II粘合件两面，抽真空至-0. 09MPa，按蒙皮粘接曲线所示的温度-时间参数进行加热固化；2. 5外形加工将天线裁剪到规定尺寸；2.6封边a.将裁剪好的封边纺纶预浸料从冰箱中取，粘在加工好的天线半成品四边上，用胶带固定。b.封真空袋，进烘箱，按蒙皮粘接曲线所示的温度-时间参数进行加热固化。
3.根据权利要求2所述的复合材料带状线天线加工方法，其特征在于夹芯粘接曲线所示的温度-时间参数为室温升至80°C，保温30分钟，再升至165°C保温60分钟，自然冷却至室温；蒙皮粘接曲线所示的温度-时间参数为室温升至80°C保温[30分钟]，80°C升至130°C [30分钟]，在130°C保温[90分钟]，自然冷却至室温。
全文摘要
本发明涉及复合材料带状线天线加工方法，包括天线材料选择、专用模具设计和确定工艺参数，并按加工流程制作天线，具体过程为(1)天线材料选择芯材选用聚醚型酰亚胺泡沫，胶膜选用丙烯酸胶膜，蒙皮选用中温固化阻燃环氧纺纶布预浸料。(2)模具设计设计主要模具用于天线加工的铺层、真空袋封装、固化；设计辅助模具用于铺层压平，确保天线表面的平整度要求；设计裁剪模具作为裁剪用的标准模板，保证天线材料下料时尺寸一致。(3)工艺参数确定通过试验获得夹芯粘接曲线和蒙皮粘接曲线，用以确定各工序固化温度和时间参数，保证天线的工艺一致性。所加工的天线重量轻、成本低，满足电性能要求和机械性能要求，通过了产品各类环境试验。
文档编号H01Q1/38GK102157786SQ20101058634
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者潘世永, 许磊 申请人:中国兵器工业第二○六研究所