超轻高精度快速成型天线反射面及其制备方法与流程

本发明涉及pmi泡沫材料结构功能件及其制备方法，具体涉及一种超轻高精度快速成型天线反射面及其制备方法。

背景技术：

天线反射面是结构功能一体化的典型代表，其工作面的面型精度直接影响天线通讯信号的真实性。然而，天线反射面日益提高的轻量化、高精度、低成本的需求，给天线反射面高精度快速制造带来了巨大挑战。近年来，欧美国家开始在天线反射面领域使用泡沫材料，在众多的泡沫材料中，聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)泡沫材料因其突出的化学和结构尺寸稳定性、良好二次加工性能、比强度和比模量高等优异特性被广泛应用。

现泡沫在反射面中应用多作为夹芯材料，如公开号为cn206412482u的实用新型专利和公开号为cn103560332b的发明专利，这些反射面型面精度都为毫米级或亚毫米级，无法满足已达太赫兹频段无线电频率的通讯和探测反射器要求。而传统的太赫兹频段天线反射面采用复合材料蒙皮铝蜂窝夹层的结构，产品质量较重，且复合材料蒙皮需要使用热压罐工艺成型，成本高、工艺流程长，为了满足天线反射面轻量化高精度快速制造需求，采用pmi泡沫作为天线反射面的主体结构减轻重量，使用热成型工艺及金属转移法来保证反射面表面导电性，并满足高精度和快速制造的要求。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超轻高精度快速成型天线反射面及其制备方法。在保证天线反射面刚度、产品的面型精度至微米级的前提下，减轻了产品重量，缩短工艺流程，降低成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种超轻高精度快速成型天线反射面，所述天线反射面包括依次设置的金属层、胶层和pmi泡沫反射面；所述胶层与pmi泡沫反射面的工作面连接。

优选地，所述pmi泡沫反射面由pmi闭孔刚性泡沫材料制得。

优选地，所述pmi泡沫反射面中，pmi泡沫的孔径为0.1-0.5mm(pmi泡沫的孔径细小且均匀)，pmi泡沫的密度为50～120kg/m³。

优选地，所述金属层中金属颗粒的直径20～30μm，金属层的厚度为0.05～0.2mm。

优选地，所述胶层通过涂覆常温固化环氧树脂类胶黏剂制得，所述胶层的剪切强度≥20mpa，所述胶层的剥离强度≥15n/cm。

本发明还提供一种超轻高精度快速成型天线反射面的制备方法，包括如下步骤：

s1、采用热成型工艺制备pmi泡沫反射面毛坯；

s2、将所述pmi泡沫反射面毛坯进行加工，制得pmi泡沫反射面；

s3、在高精度模具上涂覆金属转移膜，在所述金属转移膜上喷涂金属层，在所述金属层上涂覆胶层；

s4、将步骤s2中制备的pmi泡沫反射面覆盖在所述胶层上，经真空固化和固化定型后脱模，即得所述天线反射面。

优选地，步骤s1中，所述热成型工艺的步骤包括：在高精度模具上放置pmi泡沫平板，并制作真空袋；将做好真空袋的高精度模具和pmi泡沫平板进行加热成型。

优选地，步骤s1中，所述热成型工艺的条件为：升温至泡沫的软化温度(如室温～200℃)，抽真空，真空压力为0.05～0.097mpa，保温保压0.5～1.5h，随炉冷却。选用这种热成型的工艺可以得到较高初始精度的反射面毛坯，减少后续机加工量，提高了效率。

优选地，步骤s2中，所述加工的步骤包括：将所述pmi泡沫反射面毛坯从高精度模具上脱模后，使用无应力装夹的方法固定在冰冻吸盘内，使用数控铣床加工；加工得到的所述pmi泡沫反射面型面精度rms0.01～0.05mm。选择这种冰冻吸盘的无应力装夹方式，避免了传统机械装夹时产生的应力对反射面精度的影响。

优选地，步骤s3中，所述金属转移膜由2-30份聚乙烯醇、40-70份蒸馏水、10-60份乙醇、3-10份甘油、3-10份十二烷基硫酸钠混合而成。加入甘油和表面活性剂十二烷基硫酸钠的目的是降低金属转移膜的表面张力，提高转移液在模具表面的润湿性，提高转移膜厚度均匀性，改善转移膜的涂覆性，提高金属喷涂效率。

更优选地，所述金属转移膜由5份聚乙烯醇，55份蒸馏水，40份乙醇，5份甘油，5份十二烷基硫酸钠组成。

优选地，步骤s3中，所述喷涂金属层的步骤包括：在金属转移膜的表面使用火焰喷涂的方式喷涂金属层；所述金属层采用的金属包括铝、镍中的至少一种；所述火焰喷涂形成的金属颗粒直径20～30μm，得到的金属层厚度0.05～0.2mm。若喷涂的金属颗粒过大，会导致形成的金属层孔隙率增大，降低反射面的电性能。

优选地，步骤s3中，所述涂覆胶层的步骤包括：在金属层的表面涂覆常温固化环氧树脂胶黏剂，涂胶量为200g/m²～250g/m²。

优选地，所述常温固化环氧树脂胶黏剂包括j133常温固化环氧树脂胶黏剂。

优选地，步骤s4中，将所述pmi泡沫反射面覆盖在所述胶层上的步骤包括：将加工得到的pmi反射面放置在高精度模具上，制作真空袋抽真空加压定型，使pmi天线反射面与模具完全贴合。

优选地，步骤s4中，所述真空固化的条件：20～30℃固化，固化时间为24～48h，成型压力为0.05～0.097mpa。真空固化的目的是为了给pmi反射面一定压力，使其与模具完全贴合。

优选地，步骤s4中，所述固化定型的条件为：于60℃固化3～4h或80℃固化1～2h。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明将高性能的pmi泡沫应用于天线反射面的制备，有效解决了传统蜂窝夹层天线反射器工艺复杂、流程长等问题，并显著降低了天线反射面的重量。

2、本发明使用了热成型的工艺得到了较高精度的反射面毛坯，提高了生产效率；采用冰冻吸盘装夹的方法实现无应力装夹，避免了传统机械装夹产生的应力对反射面精度的影响；在金属转移膜中加入了甘油和表面活性剂十二烷基硫酸钠，改善转移膜的涂覆性，提高金属喷涂效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明超轻高精度快速成型天线反射面组成示意图；

其中：1-高精度反射面成型模；2-表面金属层；3-胶层；4-pmi泡沫反射面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种超轻高精度快速成型天线反射面，如图1所示，包括依次设置的金属层2、胶层3和pmi泡沫反射面4；所述胶层3与pmi泡沫反射面4的工作面连接。

所述pmi泡沫反射面的孔径细小且均匀，孔径为0.3～0.5mm，pmi泡沫的密度为110kg/m³。

所述金属层中金属颗粒的直径20～30μm，金属层的厚度为0.05～0.2mm。

所述胶层采用的胶黏剂为常温固化j133环氧树脂类胶黏剂，所述胶层的剪切强度≥25mpa，剥离强度≥20n/cm，使用温度为-60～100℃。

本实施例还提供一种超轻高精度快速成型天线反射面的制备方法，具体步骤如下：

s1、在高精度模具(rms＝8.8μm)上放置pmi泡沫平板，并制作真空袋；

s2、将做好真空袋的高精度模具和pmi泡沫平板放置于烘箱内，热成型工艺为：室温～200℃，抽真空，真空压力为0.097mpa，保温保压1h，随炉冷却；

s3、将热成型好的pmi泡沫天线反射面毛坯脱模，使用无应力装夹的方法在冰冻吸盘内装夹好，使用高精度铣床加工出pmi泡沫天线反射面，其工作面的型面精度为37.7μm；

s4、配制金属转移膜，将5份聚乙烯醇，55份蒸馏水，40份乙醇，5份甘油，5份十二烷基硫酸钠混合均匀，使用羊毛刷将金属转移膜均匀的涂刷在高精度模具(rms＝8.8μm)上，整体涂刷两遍；

s5、在涂刷好金属转移膜的高精度模具表面使用火焰喷涂的方法喷涂金属铝层，火焰喷涂形成的金属颗粒直径≤25μm，得到的金属层厚度0.05～0.2mm；

s6、在喷涂好金属层的高精度模具上涂覆一层j133常温固化环氧树脂胶黏剂，涂胶量200g/m²～250g/m²；

s7、将s3加工得到的pmi泡沫反射面整体盖在涂覆好的j133胶黏剂上，并制作真空袋抽真空，在20～30℃固化，固化时间为24h，成型压力为0.097mpa，然后放置于烘箱内后固化定型，60℃固化3h；

s9、脱模后，最终制得的天线反射面的面型精度rms＝38.4μm，反射面的重量为5.7kg，生产周期7日。

实施例2

本实施例提供一种超轻高精度快速成型天线反射面以及其制备方法，所述天线反射面结构与实施例1相同，具体制备方法如下：

s1、在高精度模具(rms＝8.8μm)上放置pmi泡沫平板，并制作真空袋；

s2、将做好真空袋的高精度模具和pmi泡沫平板放置于烘箱内，热成型制度为：室温～200℃，抽真空，真空压力为0.097mpa，保温保压1h，随炉冷却；

s3、将热成型好的pmi泡沫天线反射面毛坯脱模，使用无应力装夹的方法在冰冻吸盘内装夹好，使用高精度铣床加工出pmi泡沫天线反射面，其工作面的型面精度为37.7μm；

s4、配制金属转移膜，将5份聚乙烯醇，55份蒸馏水，40份乙醇，5份甘油，5份十二烷基硫酸钠混合均匀，使用羊毛刷将转移膜均匀的涂刷在高精度模具(rms＝8.8μm)上，整体涂刷两遍。

s5、在涂刷好金属转移膜的高精度模具表面使用火焰喷涂的方法喷涂金属铝层，火焰喷涂形成的金属颗粒直径≤25μm，得到的金属层厚度0.05～0.2mm；

s6、在喷涂好金属层的高精度模具上涂覆一层j133常温固化环氧树脂胶黏剂，涂胶量200g/m²～250g/m²；

s7、将s3加工得到的pmi泡沫反射面整体盖在涂覆好的j133胶黏剂上，并制作真空袋抽真空，在20～30℃固化，固化时间为48h，成型压力为0.05mpa，然后放置于烘箱内后固化定型，80℃固化1h；

s8、脱模后天线反射面的面型精度rms＝40.3μm，反射面的重量为5.5kg，生产周期8日。

实施例3

本实施例提供一种超轻高精度快速成型天线反射面以及其制备方法，所述天线反射面结构与实施例1相同，具体制备方法如下：

s1、在高精度模具(rms＝8.8μm)上放置pmi泡沫平板，并制作真空袋；

s2、将做好真空袋的高精度模具和pmi泡沫平板放置于烘箱内，热成型制度为：室温～200℃，抽真空，真空压力为0.05mpa，保温保压1.5h，随炉冷却；

s3、将热成型好的pmi泡沫天线反射面毛坯脱模，使用无应力装夹的方法在冰冻吸盘内装夹好，使用高精度铣床加工出pmi泡沫天线反射面，其工作面的型面精度为37.7μm；

s4、配制金属转移膜，将30份聚乙烯醇，70份蒸馏水，10份乙醇，3份甘油，10份十二烷基硫酸钠混合均匀，使用羊毛刷将转移膜均匀的涂刷在高精度模具(rms＝8.8μm)上，整体涂刷两遍。

s5、在涂刷好金属转移膜的高精度模具表面使用火焰喷涂的方法喷涂金属铝层，火焰喷涂形成的金属颗粒直径20-25μm，得到的金属层厚度0.05～0.2mm；

s6、在喷涂好金属层的高精度模具上涂覆一层j133常温固化环氧树脂胶黏剂，涂胶量200g/m²～250g/m²；

s7、将s3加工得到的pmi泡沫反射面整体盖在涂覆好的j133胶黏剂上，并制作真空袋抽真空，在20～30℃固化，固化时间为24h，成型压力为0.097mpa，然后放置于烘箱内后固化定型，60℃固化3-4h；

s8、脱模后天线反射面的面型精度rms＝44.7μm，反射面的重量为6.2kg，生产周期7日。

实施例4

本实施例提供一种超轻高精度快速成型天线反射面以及其制备方法，所述天线反射面结构与实施例1相同；具体制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本实施例的步骤s4中，金属转移膜采用2份聚乙烯醇、40份蒸馏水、60份乙醇、10份甘油和3份十二烷基硫酸钠均匀混合后配制得到。

本实施例中，最后脱模后得到的天线反射面的面型精度rms＝49.5μm，反射面的重量为5.8kg，生产周期7日。

对比例1

本对比例涉及一种天线反射面的制备方法，具体步骤为：

s1、利用自动铺丝技术，在高精度天线反射面成型模(rms＝8.8μm)上涂覆m55j/氰酸脂热熔法预浸料，铺层角度为[+45/0/-45/90]2s；

s2、将内、外蒙皮利用热压罐工艺固化成型，固化制度为：室温～120℃，加压0.5mpa，120℃保温保压8h，泄压随炉冷却；

s3、将成型好的内蒙皮放置在高精度内蒙皮成型模上，采用铝蜂窝做为夹芯，进行后胶接固化成型，成型压力为0.2mpa。

s5、在涂覆金属转移膜的高精度内蒙皮成型模表面喷涂金属铝层，将j47c胶膜铺覆于金属铝层上，将反射面盖在树脂上，并抽真空固化，温度130℃，真空压力为0.097mpa，时间3h。

s6、脱模后天线反射面的面型精度rms＝37.3μm，反射面重量为16.4kg，生产周期20日。

对比例2

本比较例中天线反射面的制备过程为：

s1、利用自动铺丝技术，在高精度天线反射面成型模(rms＝8.8μm)上涂覆m55j/氰酸脂热熔法预浸料，铺层角度为[+45/0/-45/90]2s；

s2、将内、外蒙皮利用热压罐工艺固化成型，固化制度为：室温～120℃，加压0.5mpa，120℃保温保压8h，泄压随炉冷却；

s3、将成型好的内蒙皮放置在高精度内蒙皮成型模上，采用铝蜂窝做为夹芯，进行后胶接固化成型，成型压力为0.2mpa。

s5、在涂覆金属转移膜的高精度内蒙皮成型模表面喷涂金属铝层，将j47c胶膜铺覆于金属铝层上，将反射面盖在树脂上，并抽真空固化，温度130℃，真空压力为0.05mpa，时间4h。

s6、脱模后天线反射面的面型精度rms＝39.6μm，反射面重量为16.9kg，生产周期20日。

对比例3

本对比例提供一种天线反射面的制备方法，所述天线反射面结构与实施例1相同；具体制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例的步骤s4中，金属转移膜采用5份聚乙烯醇、55份蒸馏水、40份乙醇、10份甘油均匀混合后配制得到。

本对比例中，最后脱模后得到的天线反射面的面型精度rms＝58.2μm，反射面的重量为5.9kg，生产周期7日。

效果比较：

上述实施例和比较例得到的天线反射面rms值和重量的大小如表1所示

表1

由以上实施例和比较例可知，基于pmi泡沫作为主体结构的的反射面面型精度与铝蜂窝夹芯结构反射面相当，而天线反射面的重量降低了3倍，生产周期明显缩短。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。