聚苯醚在天线罩上的应用技术研究*

孙建彬，李 正，韦生文，杨柳彬

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

聚苯醚在天线罩上的应用技术研究*

孙建彬，李 正，韦生文，杨柳彬

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

为了降低天线罩制造成本，提高生产效率，文中采用PPO(聚苯醚)代替传统的复合材料，用注塑和挤压成型工艺代替手工铺贴成型工艺。为解决上下天线罩密封问题，采用了耐候性、耐老化性、耐久、耐介质、使用温度范围较广的弹性密封胶。为了防止天线罩在暴晒环境下老化，采用了耐老化性能和疏水性能都较好的氟碳漆。通过采用以上工艺方法，得到了符合环境要求和电性能要求的天线罩。为大批量生产低成本的天线罩提出了一种新思路。

天线罩；聚苯醚；注塑；挤压；氟碳漆

引 言

雷达天线罩主要功能是保护罩内电传输系统免受外界损伤和破坏，需具有透波、防热、承载、抗冲击、耐候、抗雨蚀等功能。对于现代地面雷达天线罩，大多采用性能优异、可设计性强的新材料——树脂复合材料。复合材料天线罩成型一般采用手工铺贴成型或真空袋压成型，这两种成型工艺方法主要适合于小批量天线罩生产、裂缝波导阵面和抛物面天线。对于地面大型相控阵而言，天线阵面具有尺寸大、单元数量多、单元形状小等特点。如果采用大型整体罩，不仅成本高，而且机动性差。如果采用小天线罩对每个天线单元进行保护，则研制成本高，生产周期长。

本文根据某地面相控阵雷达具体情况，在大量调研基础上，尝试了用工程塑料PPO(polyphenylene oxide，聚苯醚)通过注塑+挤压的工艺方法成型天线罩。经电讯和环境试验，满足天线单元电性能指标和环境适应性指标。此种天线罩工艺成型方案不仅缩短了周期，而且大大节约了成本，取得了很好的经济效益，为此类天线罩的生产提供了一条便捷的成型路径。

1 天线罩成型工艺方法

1.1 天线罩概述

图1为某雷达天线罩三维图，天线罩尺寸为42 mm ×42 mm × 941 mm，壁厚2 mm，顶部有2 个110 mm × 35 mm方孔，一套地面雷达系统，共需要188 个此种天

线罩。该雷达工作在具有高温、高湿、高盐雾等特点的海边，生存寿命设计为10 年。下面从材料选择和成型工艺方案两个方面进行详细阐述。

图1 某雷达天线罩

1.2 材料选择

天线罩的性能与所选材料的性能关系密切，天线罩材料应具备以下特性：

1)介电常数(<10)和介电损耗(<0.01)小；低的介电常数会降低反射，使反射对辐射模式和插入损耗的影响降低到最小。此外低介电常数的材料能给天线罩带来宽频带响应，允许放宽壁厚公差，降低制造成本。

2)良好的耐热冲击性、耐热性和抗盐雾性;雷达布防于南部沿海，生存环境高温、高湿、高盐雾。

3)耐老化；雷达使用寿命10 年，天线罩材料要具有抗老化性能。

4)良好的工艺性和经济性；天线罩成型后需要后续机械加工，所以材料要具有良好的加工性能。由于天线罩数量多，所以要考虑材料的经济性。

为了满足以上性能，传统天线罩材料一般选用树脂(基体)+纤维(增强体)形成的复合材料，再通过手工铺贴成型或真空袋压成型。树脂纤维形成的复合材料成本很高；预浸料铺贴成型或真空袋压成型不仅对操作人员的技术要求高，设备投资量大，而且生产效率低下。现在大型相控阵雷达天线罩特点是：数量多、周期短、成本低，所以传统天线罩材料和成型工艺已不适合此类雷达的特点，必须寻找新的材料和工艺成型方法。

经过慎重选择，工程塑料里面的PPO(聚苯醚)和PPS(聚苯硫醚)是较为理想的材料，表1对比了3 种材料的性能[4]。

表1 材料性能对比

从以上3 种材料性能参数对比情况看，玻纤预浸料的力学性能最好，PPS塑料次之，PPO塑料较差。该天线罩是直接贴敷在天线外导体表面，天线罩有天线的直接支撑，所以对天线罩的力学性能要求并不高。电性能参数，PPO和PPS较玻纤预浸料要好，充分说明工程塑料是可以替代传统复合材料的。由于PPS比PPO贵很多，根据项目具体情况，在满足力学和电性能的情况下，优先选用PPO。下面详细阐述PPO的性能：

1)有较好的电气性能，在很宽的频率和温度范围内，介质损耗角正切非常小，在0.007以下，最低可达0.000 9。介电常数在2.7以下，体积电阻率可达1014Ω·cm，击穿电压在22 kV/cm以上，是极理想的高频绝缘材料。

2)具有均衡的力学性能，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都超过尼龙和聚甲醛，耐蠕变、应力松弛和耐疲劳性能在工程塑料中属优级。

3)耐热性能好，热变形温度90 ℃～150 ℃，无载荷情况下间断工作温度最高可达204 ℃，性能受温度的影响小，各种物理性能稳定，使用温度范围宽。

4)耐水和耐热凝汽性能在工程塑料中最优，吸水率只有0.07%。具有卓越的耐湿热性能，在132 ℃蒸汽热压器中经200 次循环处理后，抗拉和抗冲强度没有明显下降。

5)具有良好的成型加工性能。PPO本身流动性能很差，故很难注塑成型。但用苯乙烯系聚合物改性后，其流动性大大改善，改善程度随苯乙烯系聚合物品种、用量而异。因此，可利用这个性能制得不同的改性品种。

6)它属非结晶性聚合物，不存在因结晶造成的大收缩现象。由于收缩率小，可制成高精度的制品。

基于PPO优异的物理性能、机械性能、电性能、耐热性能和抗老化性能，完全可以用PPO材料代替传统的复合材料。

1.3 成型工艺方案

PPO具有良好的流动性，所以可以用注塑方法成型天线罩。天线罩长达941 mm，给拔模带来极大困难，所以工艺上采用化整为零的方法，即把天线罩分成上下两部分，如图2所示。

图2 上下天线罩

上天线罩采用注塑方法，为了减小拔模难度，长度设定为270 mm；为了降低成本，下天线罩采用挤压成型工艺，成型后通过机械加工得到671 mm，采用注塑+挤压成型工艺既可以满足技术指标要求，又可以缩短研制周期。

2 密封防护

由于天线罩采用上下罩结合的方式，所以在结合处需用密封胶密封，如果密封不严密让水气进去，则会引起天线电性能的失效。

为了防止天线罩在暴晒环境下老化，需要在罩外面涂覆油漆以满足天线单元在寿命期间的正常使用。

天线罩的密封和防护一直是雷达工艺中很重要的组成部分，下面从结构设计、密封和涂覆3 个方面阐述此天线罩的防护。

2.1 密封结构设计

为提高上下天线罩连接、密封的可行性和可靠性，在结构设计时就应该考虑密封防护性能。在和结构设计师充分沟通的基础上，上下天线罩设计为哈弗连接方式。这种连接方式既可以实现上天线罩对下天线罩的定位，也可以实现可靠性连接。具体实现方式如图3、图4所示。

图3 上天线罩

图3是上天线罩三维设计模型。上天线罩接口处设计为凸台形式，定位台阶宽度为1.5 mm，其目的是为了确定下天线罩长度方向的具体位置。接触面深度为20 mm，上下天线罩之间的安装空隙设计为0.5 mm，在装配时，密封胶将填满上下天线罩之间的空隙。

图4 上下天线罩连接处

密封胶均匀涂在下天线罩安装处的四壁，并自下而上安装，使密封胶均匀留在上下天线罩之间的空隙内。为防止天线罩在外力作用下脱胶松动，在上下天线罩连接处用浸过555胶的无碱玻璃布缠绕。

2.2 密封胶选择

为防止水从上下天线罩连接处进入到外导体内部，需要在连接处用密封胶密封。根据地面雷达要求的环境技术指标，密封胶必须具有耐候性、耐老化性、高粘性并且具有承受一定变形位移的能力。

户外电子设备常使用的弹性密封胶主要有硅酮型、聚氨酯型和聚硫橡胶等, 其性能对比和户外暴晒试验结果见表2、表3 和表4[5]。

表2 几种密封胶的常规性能对比

表3 几种密封胶力学性能对比

表4 几种密封胶7年户外暴晒试验结果

从3个表格对比可看出，硅酮型密封胶在耐候性和使用寿命周期上都好于聚氨酯型和聚硫橡胶，但是硅酮型密封胶对接缝处有污染，在要求绿色环保的今天，已不太适合使用到产品上。聚硫橡胶有较好的耐候性和力学性能，但是使用寿命较短，从表4可以看出，7年后的聚硫橡胶就会有深裂纹出现，雨水会顺着裂纹渗透到外导体内部，形成积水，从而影响天线单元的驻波。聚氨酯型密封胶的耐候性和力学性能较好，使用寿命一般为15年，满足产品环境技术指标。

由于注塑表面较光滑，如果直接涂密封胶，会降低密封胶与天线罩表面的粘接强度，工艺上采取了在密封处喷砂工艺，来降低天线罩表面的粗糙度。经试验，可以明显提高粘接力。另外，密封胶的配套底处理剂有优异的防胶接面腐蚀功能, 同时能使聚氨酯密封胶与基材的粘接强度大幅度提高, 密封胶使用底处理剂与否的剪切强度比较值见表5[5]。

表5 剪切强度对比

为了进一步提高密封胶与接触面的粘接强度，天线罩接触面采用了底处理剂。

2.3 表面涂覆

天线罩是直接和严酷环境接触的介质，经常会受到雨水、盐雾和紫外线的侵蚀。为进一步提高天线罩的耐候性， 我们选用了常温固化氟涂料作为天线罩的防护涂层。氟碳漆具有以下特征：

1)耐候性好。漆膜无起泡、生锈、开裂、脱落现象。

2)耐化学品及酸碱能力强。涂层交联密度高, 孔隙率低, 抗渗性好。

3)耐污性好。涂层表面细腻光滑, 摩擦系数小, 容易清洗。

4)涂层具有阻燃性、耐温性。能抵抗严寒酷暑和干湿交替的复杂环境。

5)优良的机械性能。漆膜附着力强、抗冲击、耐摩擦。

该涂料耐老化性能优异,特别是在强紫外线作用下, 其树脂也不易分解, 防护寿命可达15年～20年; 该涂料的施工性能优异, 可常温干燥; 氟涂料还具有高的疏水性, 雨水很难在天线罩表面沉积, 既防止了水对高分子材料的侵蚀, 又能降低天线的雨水噪声温度。

3 结束语

为了验证PPO天线罩和密封胶的耐候性，按国军标做了如下试验：高温试验(GJB 150.3A—2009)；低温试验(GJB 150.4A—2009)；淋雨试验(GJB 150.8A—2009)；湿热试验(GJB 150.9A—2009)；盐雾试验(GJB 150.11A—2009)。最后测试了天线单元的电性能，满足所设计的技术要求。最后结论：采用PPO天线罩满足产品需求。

为了降低成本，采用PPO材料代替传统的复合材料；为了提高生产效率，采用注塑和挤压成型工艺；为了增强密封胶与接触面之间的粘结力，采用在连接处喷砂和涂底处理剂。采取以上工艺方法，得到了符合环境要求和电性能要求的天线罩。为大批量生产低成本的天线罩指出了一条新道路。

[1] 沈利新，孙珮琼. 地面雷达罩材料的发展[J]. 玻璃钢, 2007(3): 22-26.

[2] 张润逵, 戚仁欣, 张树雄. 雷达结构与工艺(上册)[M]. 北京: 电子工业出版社, 2007.

[3] 杨薇薇, 杨红娜, 无晓青. 天线罩材料研究进展[J]. 现代技术陶瓷, 2013(1): 3-8.

[4] 谢明华, 敖辽辉. 聚苯硫醚在天线罩上的应用研究[J]. 工程塑料应用, 2006(11): 53-54.

[5] 佟文清, 曹立荣. 雷达薄壁天线罩的密封及防护[J]. 电子工艺技术, 2008, 29(4): 225-230.

孙建彬(1984-)，男，硕士，主要从事雷达总体工艺设计工作。

Research on Application of Polyphenylene Oxide on Antenna Cover

SUN Jian-bin，LI Zheng，WEI Sheng-wen，YANG Liu-bin

(The38thResearchInstituteofCETC,Hefei230088,China)

In order to decrease the manufacturing cost of antenna cover and improve the producing efficiency, this essay adopts PPO (polyphenylene oxide)instead of the traditional composed material, using injection moulding and extrusion instead of traditional handicraft techniques. To solve the long-lasting problem of upper-lower antenna, plastic sealing paste with weather ability high durability, anti-aging and wide temperature range is used. To avoid the aging process due to the exposure under blazing heat, fluorocarbon paint is used which perfectly slows the inevitable aging process. By using the crafts above, antenna cover with environment-friendly stability and rational electricity can be acquired. This methodology presents a brand new and feasible way for mass production.

antenna cover; polyphenylene oxide(PPO); injection moulding; extrusion; fluorocarbon paint

2016-07-20

TN82

A

1008-5300(2016)05-0053-04