军用电磁透波塑料的优点和用途

军用电磁透波塑料的优点和用途

电磁透波塑料是指能够透过一定频率电磁波的一类功能性复合材料。此类材料主要用于航空、航天及军事装备等领域，具体功能为保护飞行器的通信、遥测、制导和引爆等系统在恶劣的环境条下也能正常工作，满足运载火箭、飞船、导弹及卫星等无线控制系统的性能要求。在航天领域内应用电磁透波复合材料的有天线窗和天线罩两大类。

随着科学的不断进步，对材料的性能要求也越来越高，除对电磁透波性要求外，还要求耐热、隔热、承载、抗冲击等附加功能，并正在向宽频、多通信与制导方向发展。

1．电磁透波塑料的性能要求

透波塑料复合材料所用增强材料的力学性能和介电性能均优于树脂基体，所以复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。

在各种雷达天线中，导弹的雷达天线罩对性能的要求最高，它除应具备与飞行器雷达天线使用频率耦合的透波性能、最小的插入损失外，还要具备能承受飞行器空气动力载荷和环境热气流、雨流的冲刷及其载荷的振动冲击能，其电学和力学性能受环境的影晌小。

透波材料对塑料的介电性能和力学性能要求较高，具体如下。

①稳定的高频介电性能介电常数和介电损耗角正切值要小，一般情况下，在0.3～300GHz范围内适宜介电常数要在1-4，介电损耗角正切值在0.1～0.001，并且不随温度和频率的变化而明显变化；例如升温100℃，介电常数的变化率应低于1%，以保证在气动

加热条件下，尽可能不失真地透过电磁波。

②良好的热性能包括良好的耐热冲击、耐热性和线膨胀系数、大的工作温度范围及良好的耐烧蚀性等。

③良好的耐环境性经得起雨蚀、粒子侵蚀、抗紫外线辐射等。

2．电磁透波塑料的选材

目前选用最多的电磁透波塑料为纤维增强树脂基复合材料，磁透波塑料的透波性能好坏，与复合材料的树脂和增强纤维的关系都很大。

(1)树脂的选用树脂可用传统的不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等，也有近年来开发的聚酰亚胺、氰酸酯树脂、有机硅树脂、聚四氟乙烯、双马来酰亚胺和聚苯硫醚等，其中最引人注意的为美国研制的非碳化烧蚀材料聚四氟乙烯。

①不饱和聚酯(UP) UP的介电性能优良，价格低廉，是最早用于天线罩的聚合物之一。目前的改性方法很多，如美国Nan-gatuck 化学公司用三聚氰酸三烯丙酯对UP进行改性，使复合材料的温度由120℃提頁到150℃，美国波音公司选用此材料为Bomarc导弹天线罩的树脂基材；我国一般用纳米材料进行填充以改进性能。

②环氧树脂(EP) EP是导弹天线罩最常用的基材之一，它粘接性优良、耐化学腐蚀性好、电性能好、固化收缩低。目前的改性方向为增韧，如与热塑性塑料共混、加入氰酸酯等。例女EP/PU以70/30的比例共混，冲击强度可提高6倍之多；再例如，EP/TLCP共混，加入少量TLCP冲击强度就会大幅度提高，并保原有的刚性和耐热

性。

③酚醛树脂(PF) PF具有良好的耐热性，使用温度可达到250℃，又具有优良的力学性能和耐候性，但介电损耗较大。改性后的PF常用于耐热性要求高的场合，如导弹天线罩等。对PF的改性实例有玻璃纤维／硼酚醛树脂介电性能好，可用于透波材料；用石英纤维增强，可提高其耐热温度到300℃短时使用。但PF的介电性能随温度升高而明显增大，不可用于超音速导弹上。

④氰酸酯树脂(CE) CE具有优良的力学性能、耐热性（-160～220℃）、耐湿热性、极低的介电损耗和极低的介电常数（介电常数为2.3-3.2，介电损耗角正切值为0.002～0.008），而且介电性能对温度和电磁波频率的变化都显示出特有的稳定性夕即宽频带性，这是未来透波复合材料的发展方向。另外，对透波材料而言，材料的密度越小，则孔吸率越大，导致天线强度下降，吸湿性增大，影响天线的介电性能。一般选用相对密度在1.1-1.3间的CE最适当，其吸湿率在现有雷达罩材料喂佳。CE的改性为提高其冲击强度，具体为与其他聚合物共混或共聚。国内已研究出EP和BMI与CE共聚的产品，耐热温度达到235℃，在10kHz时的介电常数为2.25，介电损耗角正切值小于0.0001。

国外已实现商品化的CE有：Fiberite公司的X54、954-2A、953-3等，Hexcel公司的1553、1562和561-66等，DowChemical公司的XU1787。

⑤有机硅树脂(SI) SI突出的性能为耐热性和介电性能，其介

电常数为3.0，介电损耗角正切值小于0.003一0.05。在各种环下介电性能都稳定，缺点为力学性能低。SI树脂在碳：化后形成氧化硅层，很少反射电磁波，是透波塑料复合材料自首选基材。有时加入高温除炭剂，能在1200℃左右释放出氧，从而降低烧蚀后的成炭率，对电性能十分有利。有机硅用各类纤维增强后，耐热性大幅度提高。例如，用有机纤维增强的SI使用温度高达1500℃，是俄罗斯航天透波领域的主导材料，已将其用于战术导弹火箭及宇宙飞船中。

⑥聚酰亚胺树脂(PI) PI的耐高温性好，可在300℃下长期使用，在540℃高温下短期使用；其介电性能优异（介电常数为3. 4，介电损耗角正切值为0.001），并且受温度和频率的影响很小。

⑦双马来酰亚胺(BMI) 耐热性良好，力学性能和电性能优异，其介电常数为3.1-3.5，介电损耗角正切值为0.005～0.02，耐潮湿、耐化学腐蚀、耐辐射，加工性能好。BMI用于透波材料的缺点为介电损耗大，原因为树脂纯度不够，目前已克服此技术难关，我国西北工业大学研制的双马来酰亚胺(BMI)450IA、450IdB和4503，解决了介电损耗大的问题，成为优良的透波基材材料。

⑧聚四氟乙烯(F4) 聚四氟乙烯的主要优点为介电性能好、耐热好和耐腐蚀性好，具有非碳化烧蚀性能，对正在研制飞行马赫数M> 4的超音速导弹天线，介电性能独树一帜的F4已被列入视线。F4的缺点为力学性能不高，需进行增强改性方可使用；F4的加工性能不好，需要用烧结方法加工；F4的介电性能受湿度影响大。

目前国外对透波基材树脂的改性主要集中石介电性能及环境因