改性聚苯醚合金在雷达天线罩上的应用

瞿启云，邓友银，黄 钊，江海东，张玉梅

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

改性聚苯醚合金在雷达天线罩上的应用

瞿启云，邓友银，黄 钊，江海东，张玉梅

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

对改性聚苯醚合金分别采用挤塑和注塑成型制成两种不同结构形式天线罩，并实际应用于某型雷达天线阵面上。天线罩材料电性能检测、天线阵面驻波试验和雷达5年户外工作状况表明：天线罩主要电讯性能(介电常数ε、介质损耗角正切tanδ、电压驻波系数VSWR等)、耐候性能等均能很好满足产品技术要求。

改性聚苯醚；合金塑料；挤塑成型；注塑成型；天线罩；电讯性能；耐候性

引 言

聚苯醚(PolyPhenylene Oxide, PPO)，即聚亚苯基氧化物或聚苯氧，是当今五大通用工程塑料之一，广泛用于电子电气、航空航天等领域。通常是以2,6-二甲基苯酚为原料，苯或甲醇为溶剂，铜氨络合物为催化剂，在高氧环境下，采用氧化偶合的方法缩聚得到的一类热塑性工程树脂[1]。它除具有良好的物理机械性能外，还具有特异的电气绝缘性(低介电常数Dk和低损耗因子Df)、耐热性、阻燃性和较高的玻璃化转变温度(210 ℃)，尤其是耐高低温蠕变性能在所有热塑性工程塑料中最好。同时，它还具有耐酸碱、耐化学腐蚀、耐水解、成型收缩率低、线性热膨胀系数小、制品尺寸稳定性好的优点，可长期在高温环境下(160 ℃～190 ℃)使用。但由于这种树脂熔体粘度很高、流动性较差，往往给加工成型带来极大困难，所以工业上很少用纯PPO树脂直接挤塑或注塑成型得到制品，而是首先对其进行改性[2-3]，目前工业应用的PPO树脂90%以上为改性聚苯醚(MPPO)。

PPO的改性方法主要分为物理和化学两类方法[2]。其中，化学方法主要是对其端基或主链通过定向的有机功能化处理(如封端化、酰基化、磺基化或羧基化等)进行改性[4]；物理方法主要包括熔融共混[5]、填充[6]、纤维增强[7]等。熔融共混改性是指在非结晶性的PPO树脂熔体中加入另一种结晶性的(如聚酰胺PA、聚酰亚胺PI等)或非结晶性的(如聚苯乙烯PS、聚苯硫醚PPS等)聚合物树脂熔体，冷却后可形成一种均相聚合物合金的相容化掺混改性技术[5]。由于PPO与PS之间相容性非常好，二者可以任意比混合并形成完全相容状态的聚合物合金。同时研究发现，经高抗冲聚苯乙烯(HIPS)掺混改性得到的MPPO聚合物合金(PPO/HIPS)，其树脂不仅具有良好的熔体流动性能，而且加工成型制品还具有优异的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、断裂伸长率等优异的综合力学性能[8]。

本研究主要选用国产PPO树脂，经HIPS和二氧化钛(TiO2)微米颗粒进行掺混改性后，得到的MPPO合金塑料(PPO/HIPS)通过共挤出成型得到了一种平板形天线罩并应用于某型雷达天线阵面。材料电性能测试、天线阵面驻波试验以及某型雷达圆筒形天线罩5年户外实际使用状况表明，改性聚苯醚合金塑料天线罩的电讯、机械和耐候性能均满足技术要求，雷达天线系统性能稳定，工作正常。

1 天线罩成型

1.1 平板形天线罩

(1)PPO原树脂

采用LXR045产品(简称PPO-45)，特性粘度为43～47 g/cm3。

(2)PPO/HIPS树脂合金

改性方法是通过将HIPS树脂粉体和TiO2微米颗粒掺混入高温PPO-45树脂熔体(260 ℃)，并进行相容性和均相化处理后，冷却造粒得到。其中，所加入的TiO2微米颗粒的粒径约为2 000目(约6.5 μm)，主要起到增强树脂基体机械性能的作用，但是会小幅度提高介电常数和介质损耗因子[9]。另外，TiO2微米颗粒也是一种较强的紫外线(200～380 nm)吸收剂，可以提高制品长期户外工作的防日晒老化性能。MPPO合金塑料主要物性参数见表1。

表1 国内外两种MPPO树脂主要物性比较

(3)挤塑和注塑成型(由外协厂家制造完成)

(4)平板天线罩热校平

a)热校平机理：由于共挤出成型过程中受树脂熔体温差、挤出速率、冷却速率、工艺参数、制品尺寸、加工温度、挤塑机性能等因素的影响，制品内部大都存在着不同程度大小的两种内应力[10-11]，即高分子链取向内应力和体积/温度内应力。这些内应力较大时可能会导致制品变形，如卷曲、扭曲等，甚至会产生严重裂纹或缺陷而影响到制品的质量、性能和寿命。另外发现在共挤出成型平板形天线罩时，同样出现了较大程度的卷曲变形，见图1。

图1 热校平前的平板天线罩

对挤塑成型塑料制品进行退火校平，以降低或消除材料的内应力，是一种使其内部结构加速达到稳定状态的有效措施[10]。一般认为，热塑性塑料件的退火温度以低于塑料本身热变形温度(维卡点)5 ℃～10 ℃为宜；退火时间主要与塑料性质与制品壁厚有关，高聚物分子链的刚性愈大，壁厚愈大，退火时间相对愈长。

b)热校平工艺：将1～2块卷曲变形的MPPO挤塑制品(尺寸规格为1 300 mm×1 050 mm × 3 mm ± 0.1 mm)夹压于两块平整度和光洁度较高、内表面均覆有一层聚四氟乙烯脱膜布的5A06铝板(尺寸规格为1350mm×1 100 mm × 3 mm)之间，水平放置在鼓风烘箱中(最高工作温度为300℃)，以总质量约50kg的重物均匀压平；以6 ℃/min ～ 7 ℃/min的升温速率，升温至160 ℃；保温30 min后，停止加热，箱内开始鼓风降温，降温速率为0.5 ℃/min；待温度降至60 ℃时打开烘箱，自然降温至室温后取出。已经退火校平并室外自然放置72 h后的MPPO平板天线罩见图2，显然已完全校平，且长时间放置后未出现因残余内应力导致的回复卷曲变形现象，表明以上退火处理已在很大程度上降低了塑料基体的内应力，因而天线罩结构形状稳定。

目前我国公共图书馆系统未成年人服务很大程度上落后于成人服务，少儿图书馆事业发展很不平衡，农村地区无此项服务[33](P18)，而学校图书馆面临着专业化、规范化的建设任务，其发展同样有较严重的区域、年级和管理部门等的差距[34]（P254-285）。没有有效、强有力的图书馆未成年人服务的理论与实践支撑，可以说语文教育的概念就会成为绝大多数师生的空中楼阁与极少数人的游乐园。另外这两类主要的未成年人服务机构分属我国文化和教育系统，容易出现力量分散、资源浪费、各行其是等问题，两者间的合作与协调也有赖于行政部门的积极作为。

图2 热校平后的平板天线罩

1.2 圆筒形天线罩

MPPO树脂为进口PPO/HIPS合金塑料，采用注射模塑成型工艺得到圆筒形共形天线罩。实际应用发现，注塑成型制件收缩率低，尺寸稳定性好，符合结构设计要求，见图3。

图3 某型雷达天线单元圆筒共形天线罩

同时，为进一步提高此天线罩的户外使用寿命、耐候性以及疏雨雪能力，通过对其表面进行粗化、活化等工艺处理后，涂覆了一层氟碳树脂漆(漆膜厚度≤0.5 mm)，电讯试验表明该层漆膜对天线振子单元的电讯性能影响很小。

2 天线罩电讯性能

2.1 介电常数和介质损耗

本文以国产MPPO合金塑料平板试件为研究对象，参照美标ASTM D150-11固体电绝缘材料的(恒久电介质)的交流损耗特性和介电常数的试验方法，分别测试了在1 MHz、1 GHz工作频率下的介电常数ε和介质损耗角正切tanδ，具体测试条件如下：

1)设备名称：射频阻抗材料分析仪；

2)环境条件：温度21.5 ℃，湿度49%；

4)测试前处理：实验室环境下自然放置24 h后再进行测试；

5)测试频率：1 MHz和1 GHz；

6)试件数量：各5件；

7)试件规格：如图4所示。

图4 MPPO合金塑料电性能测试样件

两种不同测试频率下的测试结果(图5)表明，该MPPO合金塑料的介电常数分布均匀，一致性较好，两种测试条件下的平均值分别为2.73和2.66；同样，介质损耗角正切值呈单一性分布，分别为0.002和0.001，均符合某型雷达对于天线罩材料的电讯设计要求。

图5 两种测试频率下MPPO合金塑料的介电常数

2.2 驻波性

已经热校平的MPPO平板天线罩再通过数控铣、去毛刺等机加处理后，依据雷达天线罩结构和安装设计规定，装配到天线阵面上。在工作频段和扫描角内进行了阵中单元有源驻波测试，结果表明：该雷达天线阵面的电压驻波系数VSWR≤2.3，符合电讯设计要求。

3 天线罩耐候性

图3所示的MPPO圆筒形共形天线罩已在某型雷达天线阵面中装配使用。该型雷达产品在户外长达5年的实际工作状况表明，各天线单元天线罩未出现变形、开裂或缺损现象，抗冲击和蠕变性能良好；同时，罩体表面涂覆的氟碳涂料表面仍光洁完好，未出现明显的起皮、皱裂、脱落等老化情况。雷达天线整体工作稳定、正常。

4 结束语

改性聚苯醚合金塑料具有的低密度、低熔体粘度、易挤塑和注塑、制件尺寸稳定、耐候性好以及低介电、低介质损耗、价格低等优异特性，能够较好解决某些大面积平板天线罩或小体积共形天线罩的高效率、低成本、高精度、高一致性等批量化生产技术难题，这是某些传统树脂基复合材料(如环氧、酚醛和不饱和聚酯等)所无法实现的。不难推断，随着PPO树脂合成及其改性技术的发展，该聚合物树脂材料性能将会进一步得到提高和改善，它在雷达天线罩上的应用必将具有更广阔的前景。

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瞿启云(1974-)，男，博士，高级工程师，主要从事功能材料与雷达工艺技术研究。

邓友银(1965-)，男，硕士，研究员级高级工程师，主要从事雷达制造技术研究。

Application of Modified Polyphenylene Oxide Alloy in Radar Radome

QU Qi-yun，DENG You-yin，HUANG Zhao，JIANG Hai-dong，ZHANG Yu-mei

(The38thResearchInstituteofCETC,Hefei230088,China)

Two kinds of radomes with different structure used in a radar antenna array are formed by plastic extrusion molding and plastic injection molding with modified polyphenylene oxide (MPPO) alloy. Electrical performance test of MPPO material, standing wave test of antenna array and five-year radar outdoor operation show that main electrical performances (such as dielectric constant (ε), dielectric loss tangent (tanδ), VSWR) as well as weatherability of the radome can well satisfy the technical requirements of the products.

modified polyphenylene oxide; alloy plastic; plastic extrusion molding; plastic injection molding; radome; electrical performance; weather-resistance

2015-01-05

TN820.8+1; TQ326.53

A

1008-5300(2015)02-0048-04