探讨某天线在高温情况下鼓包解决方法

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摘 要：为解决某天线在120℃高温情况下鼓包的问题，对天线外罩的材料、天线外罩的成型工艺、天线灌封的工艺过程逐一进行分析，通过对比试验、跟踪批量生产过程，找出天线在高温下情况下鼓包现象的原因和内在规律，对天线在高温情况下鼓包问题的解决寻找简便、快捷的途径（提出4种解决方法）。经实际测试和应用，某天线满足使用要求，天线鼓包现象基本消除，该方法简单易操作，具有科研和生产实用价值。

关键词：灌封 鼓包 二次发泡

中图分类号：TQ3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0130-03

某机载天线（以下简称天线）主要配套公司多项机载产品。近年来由于产品订货的增多，天线生产数量在陆续上升。通过对近几年多个批次在生产过程别是喷漆后进行高温试验的鼓包问题的统计，天线合格率不到60%，天线发生鼓包现象占40%左右。为了解决天线在高温试验时鼓包问题，提高产品质量和降低生产成本，对某天线在高温试验时鼓包问题进行攻关试验，使天线合格率由60%提高到85%以上。

天线由底板、外罩、印制电路板和灌封材料组成。首先将器件装配在印制电路板上，再将电路板装配在天线底板上，将天线外罩与底板铆装在一起，最后用聚氨脂硬质泡沫塑料对天线进行灌封。

天线外罩材料：鉴于机载天线的特点，外罩材料优选为纤维强化塑料（俗称玻璃钢GRP），该材料具有质轻而硬（相对密度1.5～2.0）、不导电、机械强度高、耐腐蚀，在200 ℃以上能承受高速气流的冲刷，特别是在高频情况下介电性能良好，广泛应用于航空、航天、火箭、雷达天线罩等，外罩成型采用真空注胶工艺，使材质纤维分布均匀。

天线灌封材料采用DB-150硬质聚氨酯发泡塑料（简称发泡塑料，最高熟化温度150 ℃）。这种材料具有密度小（39 kg/m3）、不溶于水，是较为理想的填充结构材料，缺点是熟化温度低于150 ℃时，二次遇见高温会产生再次发泡现象。

1 天线鼓包原因分析

天线鼓包的定义：天线在高温情况下外罩局部或大面积向外或向内凸起、发胀的现象称为鼓包。

1.1 天线鼓包的第一种类型

鼓包的第一种类型：由于玻璃钢这种材料是理想的天线外罩材料，采用环氧基玻璃纤维真空注胶成型工艺，在环氧树脂与玻璃纤维分布不均匀的情况下会形成内部空隙缺陷、单位体积内环氧树脂较多导致玻璃钢受热有软化的趋向。这种内部空隙缺陷在高温情况下受热膨胀，当空隙缺陷靠近玻璃钢外表面时，会形成向外略微凸起的鼓包；当空隙缺陷靠近玻璃钢内表面时，会形成向内略微凸起的鼓包（因鼓包高度小于1.5 mm，加上发泡材料有弹性不会对天线内部的电感压迫导致故障）。

1.2 天线鼓包的第二种类型

天线外罩灌封材料采用的DB-150硬质聚氨酯发泡塑料，其完全熟化温度为150 ℃，由于器件等原因，天线的最高熟化温度为120 ℃，在后续遇见高温情况下具有二次发泡的现象，这是第二种鼓包现象。

1.3 天线鼓包的第三种类型

天线在高温情况下内部积聚的气体（灌封材料在天线外罩内的流向形成的气体、发泡材料熟化也会释放气体）导致天线在高温下外罩鼓包。

2 试验方案

针对以上天线在高温情况下鼓包的原因，制定试验方案。

2.1 试验整体方案

（1）解决天线外罩成型时环氧树脂与玻璃纤维分布不均匀的情况下会形成内部空隙缺陷问题；解决天线外罩单位体积内环氧树脂较多导致玻璃钢受热有软化的趋向问题。

（2）解决天线外罩灌封材料DB-150硬质聚氨酯发泡塑料（其完全熟化温度为150 ℃）在灌封时搅拌均匀和后续工序遇见高温情况下具有二次发泡的问题。

（3）解决天线在高温情况下内部积聚的气体（灌封材料在天线外罩内的流向形成的气体、发泡材料熟化也会释放气体）导致天线外罩鼓包问题。

2.2 解决航向下滑天线在高温情况下鼓包的主要工艺方法

根据上述三种鼓包现象采取的方法如下。

（1）第一种鼓包现象处置对策：即对天线外罩老化筛选。

要求天线外罩生产厂家，采用天线外罩真空注胶成型时环氧树脂与玻璃纤维分布均匀，避免形成内部空隙缺陷、单位体积内环氧树脂较多导致玻璃钢受热有软化的趋向；要求天线外罩生产厂家在天线外罩出厂前对外罩进行老化筛选剔除不合格的外罩。

（2）第二种鼓包现象处置对策：即让聚氨脂发泡塑料反应充分。

DB-150发泡塑料在下列情况下出现二次发泡现象：配置的混合料（DB-150发泡塑料由A、B两种组份组成）搅拌时间短（规定不低于9 s）导致搅拌不均匀、熟化温度低（未达到最高熟化温度）时后续工序遇见高温再次发泡。

DB-150发泡塑料的A、B两种组份混合后发生化学反应的速度与环境温度有很大的关系：当环境温度超过25 ℃时，在9～13 s内反应完毕；当环境温度低于25 ℃时，反应时间持续15～22 s，当然发生化学反应的速度与混合料的多少及搅拌是否均匀也有关系，在规定搅拌时间不低于9 s的情况下，并对搅拌机的转速要求规定不低于1000 r/min，使发泡塑料在规定的搅拌时间、规定的转速下均匀发泡成型。

DB-150发泡塑料最高熟化温度为150 ℃，就是说生产过程熟化温度低于150 ℃时二次遇见高温再次发泡。产品中的元器件或其它结构件、粘接胶等对熟化温度的提高会起限制作用，需综合考虑才能取得最佳效果。为此，采取在装配前对天线外壳进行100 ℃的老化筛选工序、将灌封熟化温度提升至120 ℃（元器件、粘接胶能承受）；在第一次熟化完成后将天线（不带灌封夹具）于120 ℃再熟化2 h，降低二次发泡现象。

（3）第三种鼓包现象处置对策：即设置增加工艺排气孔。

由于目前天线的灌封工艺为手工灌注，这样会导致灌封料在天线外壳腔体内分布不均匀，存在局部料多、料少现象，缺料部位形成空腔，内部空气未及时排出受热膨胀，形成鼓包，针对这类故障现象，采取在天线外壳增加排气孔措施，具体是在灌封前用Φ2.5的钻头在天线外壳顶部距边缘20 mm多钻2个排气孔（见图1），天线灌封熟化后迅速用配好的HT-737高温胶进行修补进行密封并打磨修光，修补过程中注意修补处不得高出天线外壳表面。

（4）利用灌封夹具排掉气体。

对于已形成鼓包的天线（采取上述措施后仍然有鼓包现象），在鼓包部位（钻孔数量视鼓包面积大小、每个孔距约20 mm）用Φ2.5的钻头钻（钻孔深度为天线外壳的厚度）排气孔，并剔除少量灌封料，将天线装在灌封夹具内于100 ℃熟化1 h排掉气体，并使鼓包部位复原，打开夹具后迅速用配好的HT-737高温胶进行密封，待密封胶自然固化后可进行后续作业，见图2。

2.3 解决天线在高温下的鼓包现象，使某天线在生产时符合技术条件的要求

3 试验过程

3.1 方案论证阶段

在方案论证阶段，查阅了某机载天线整套技术资料，熟悉天线的原理和天线外罩的加工方法，对集团公司配套该天线的产品进行梳理和摸底（详见表1），寻找鼓包的原因以便采取解决鼓包的最佳方法：

通过2010年、2011年天线生产过程故障现象的分析，可以看出天线在高温情况下鼓包情况是影响天线合格率的主要因素，也是解决天线高温鼓包试验的重点。

3.2 灌封夹具的制造阶段

为了控制天线在高温情况下鼓包现象，灌封时采用夹具阻止、约束天线在高温下的变形、鼓包。

3.3 试验阶段

通过对上述对天线鼓包的原因查找、分析，并制定了相应措施，具体实施如下。

（1）对天线外罩生产厂家的要求。

由于天线外罩为环氧基玻璃纤维，在环氧树脂、玻璃纤维分布不均匀的情况下会形成局部缺陷导致鼓包。对生产厂家的要求采用真空注胶成型新工艺避免环氧树脂不均匀形成局部缺陷。

对外协的天线外罩增加老化、筛选工序：将天线外壳置于烘箱中于100 ℃熟化1 h，对不符合要求的外壳用HT-737L高温修补剂修补或退回生产厂家。

（2）对灌封材料二次发泡鼓包的天线（2012年第一批各12部航向下滑天线，2种型号）采取下列措施：除在装配前对天线外壳进行100 ℃的老化筛选、对天线外壳靠近底部两测各钻2～3个Φ2.5的孔增加天线熟化时排气外（也可剔除部分灌封材料），将天线装在灌封夹具内提高熟化温度至120 ℃（时间为2 h未变）、将天线脱开灌封夹具于120 ℃熟化2 h，对灌封进料孔、天线底板上排气孔、天线外壳与底板的裂缝处用TS-811高强度结构胶进行密封，对天线外壳上增加的Φ2.5排气孔用HT-737L高温结构胶进行密封。

（3）由于残留在天线内部的气体导致鼓包的天线，在鼓包部位钻Φ2.5孔，气体排放后用HT-737L高温结构胶对排气孔进行密封，对灌封进料孔、排气孔、天线外壳与底板的裂缝处用TS-811高强度结构胶进行密封。验证天线鼓包的原因分析和采取的工艺措施是否有效、是否得力。

（4）对鼓包的天线（采取上述措施后仍然有鼓包现象），分析原因属于上述那种现象采取不同的对策（型号1、型号2天线第一批各12部、试验批各10部），对上述天线鼓包问题的解决方案继续验证。

（5）选取2012年第二批天线（2种型号）20部继续验证上述三种鼓包现象的解决方案的有效性。

4 试验结果

对型号1、型号2天线第一批各12部、型号1、型号2天线试验批各10部及型号1、型号2天线验证批各20部在采取上述解决方法后的结果统计如下。

产品提交例试后，经过高温、低温、湿热、冲击、振动后符合技术条件的要求。

从上述表1、表2、表3、表4的统计结果可以看出，天线在采取上述试验方法后，鼓包现象明显减少了许多，达到试验预期的目标。

5 结论

通过型号1、型号2天线第一批各12部、型号1、型号2天线试验批各10部、型号1、型号2天线验证批各20部生产过程试验结果看出，试验的合格率基本在由原来的60%提高到85%以上，达到了试验的预期目标；天线在例行试验室经过高温、低温、湿热、冲击、振动环境试验后符合技术指标的要求。将此方法应用到其余两种天线生产中，天线生产合格率超过90%，为同类天线的生产提供了可借鉴的经验。

参考文献

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①作者简介：朱新民（1962，12—），男，陕西乾县人，大学专科，工程师，从事天线工艺与测试、三防处理工作。

张东峰（1976，11—），男，陕西宝鸡人，大学专科，工程师，从事天线设计与测试工作。