材料 透波率

透波材料一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。

在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。

材料及描述以下材料专门应用于需要高透波率的地方，同时还可以根据需要选择其它性能：尺寸稳定、阻燃、韧性、耐高温、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐候、耐老化产品描述牌号应用97%透波率、超耐高温改性PEEK PEEK-K06 军事、航空、航海特种雷达用天线罩、附属部件、气象设备外壳罩、科研仪器设备、探测用途97%透波率、高刚性、耐高温PI PI-K0592%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0195%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0297%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0399%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0499%透波率、表面光泽、耐老化ASA ASA-T01 民用天线罩：移动通讯基站点天线罩、气象雷达罩、车载天线罩、天线包封材料、微波天线罩99%透波率、表面光泽、耐老化ASA ASA-T0290%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6 CT0196%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6 CK0497%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6 CK0696%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PC PC-T0197%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PC PC-K0692%透波率、抗UV、耐交替高低温、耐老化PP PP-T01 低成本化民用、长期户外使用天线罩、民用楼顶高敏接收天线罩95%透波率、抗UV、耐交替高低温、耐老化PP PP-T0297%透波率、抗UV、耐交替高低温、耐老化PP PP-T03军用透波复合材料的研究进展1．前言现代战争是从电子战开始的，即在争取“制空权”时，很大程度上是在争取“制电磁权”。

战争的任何一方失去了“制电磁权”在硬武器较量中将处于被动挨打的地位,电子战被视为第四维战场。

而这些先进设备的应用离开了雷达罩的技术发展是不可能实现的。

现代雷达技术已由早期探测、火控、气象和导航功能，进一步发展出电子侦察、电子干扰、精确制导等功能。

雷达罩工作频率也由单频发展为宽频，直至多波段全频带。

不仅要求雷达罩有高透波率，而且要有低吸收率。

雷达罩材料的低介电常数和低介质损耗是满足新型雷达要求的必要条件。

透波材料通常分为两类：一种为纤维增强有机耐热树脂基复合材料，另一种为无机材料，如氧化铝、二氧化硅、玻璃陶瓷、氮化硅、氮化硼等。

无机材料在波范围内能满足雷达罩电气性能厘米波范围的要求，使用性能良好。

但对于毫米波段（波长在1－1000mm，频率在0.3－300GHz 范围的电磁波）和有宽带性能的天线罩来看，则显示较大的缺点（强度低、壁较厚等）。

因此随着高载荷、高飞行速度战术导弹的发展，多选有机耐热树脂基复合材料作透波材料。

本文主要综述用于军用航空透波复合材料的研究进展。

2．电性能要求透波复合材料是由增强纤维和基体材料构成的，两者的电性能直接决定透波复合材料的电性能如下式[1]：lgεN =υf logεf + (1 -υf -υ0) logεm+υ0logε0其中υm= 1－υf－υ0εN－复合材料的介电常数εf－复合材料中纤维的介电常数εm－复合材料中基体的介电常数ε－复合材料中孔洞中介质的介电常数υf－复合材料中纤维的体积分数υm－复合材料中基体的体积分数υ－复合材料中孔洞的体积分数又根据介质损耗角正切的定义，垂直于纤维布平面的复合材料的介质损耗角正切为：tgδ⊥={[υfεmε0 tgδf + (1 -υf -υ0)εfε0 tgδm +υ0εmεftgδ0]εN } /εmεfε0一般υ0很少，通常要求<1% ，因此复合材料中的εN和tgδ⊥主要决定于εm、tgδm、εf和tgδf，也就是复合材料的电性能取决于增强纤维和基体材料。

3. 增强体纤维材料3.1国外增强体纤维材料研究现状3.1.1纤维种类在透波复合材料中最早使用的是E玻璃纤维,后来又有特种玻璃纤维, 是指高强度玻璃纤维(S-glass),高模量玻璃纤维(M-glass)和低介电玻璃纤维(D-glass)[2]。

真正用于雷达罩的专用玻璃纤维主要是D玻璃纤维、石英纤维和高硅氧玻璃纤维，D玻璃纤维专用于雷达罩,它具有较低的介电常数和正切损耗,但同时,机械性能较低,一般仅为E玻璃纤维的70%,为达到一定的介电性能时,往往采用 D玻璃纤维。

新型低介D电玻璃纤维是一种硅硼纤维（72%－75％的SiO2，23％的B2O3），主要用于制造雷达罩，目的是改善电性能和减少电厚度以降低实心罩的质量，在MIRAGE 2000、GRIPEN JAS 39、HAWK 200、HARRIER 上都有应用。

高硅氧玻璃纤维中二氧化硅的含量为91～99%,它是以酸浸洗E玻璃纤维,除去碱金属,再于670～800 ℃加热烧结而形成高硅氧玻璃纤维。

芳纶纤维是高度定向的芳香族聚酰胺纤维的统称，其代表品种为美国杜邦公司生产的Kevlar－49，其性能见表1示。

由于芳纶纤维具有较低的密度、优越的抗冲击性和比刚度高、比强度高等特性，在航空上得到广泛应用，一度有取代玻璃纤维的趋势。

波音公司的CH-46直升机用芳纶复合材料，每g减重率28.5％。

然而由于纤维中大分子对称性高，容易造成复合材料构件湿涨开裂，电性能降低，因而在雷达罩中的应用受到影响。

其他纤维混杂可以获得优良的综合性能。

石英纤维的化学成份是纯度达99.5% 以上的二氧化硅,经熔融制成纤维,其介电常数和正切损耗与上述玻璃纤维相比都是最小的,石英纤维的机械性能取决于制造工艺技术,另外,石英纤维的线膨胀系数较小,而且具有弹性模量随温度增高而增加的罕见特性。

各种增强体纤维的性能见表1。

惰性导致纤维与树脂粘附性差，必须对纤维进行表面处理，同时选择合适的树脂体系。

超高模量聚乙烯纤维（UHMPE），如Dyneema和Spectra系列，强度高、不吸水抗冲击，在X波段至mm波段范围内，具有优良的介电性能，与树脂浸润性好，复合材料的防弹性和力学性能在高温下保持稳定，是一种很有前途的高性能雷达罩增强材料。

常与其他纤维混合成透波混杂复合材料使用。

例如Spectra/玻璃纤维（25/75 ）复合材料的介电常数为2.9； Spectra/石英混杂体系能够获得优良的电/机械性能。

目前国外导弹天线罩大多已采用此种纤维。

3.1.2纤维编织国外常用织物为平纹布、斜纹布制作夹层结构雷达罩；欧洲多用二维仿形编织套制作PD雷达罩，美国则常用纤维束缠绕铺放制作PD雷达罩。

俄罗斯用高厚布缝制编织套，它是采用手工编织，高厚布按一定尺寸编织剪裁，连接部位采用搭接缝制的方法，每个缝制锥套约3～5毫米厚，多个锥套按一定错位方法叠在一起，然后压制成型。

这种方法速度快，成本低，缝制部位的抗拉强度只下降20%，经缝口错位后，不影响使用性能。

在国外发达国家，用于制备天线罩的玻璃纤维材料均根据性能——价格比系列化，品种多、质量稳定、介电损耗小，可以大批量生产，并且已经应用于透波复合材料的科学研究，有的已经应用于型号飞机雷达罩上。

3.2国内增强体纤维材料研究现状目前国内透波复合材料使用的增强纤维仍以E玻璃纤维和S玻璃纤维为主,M玻璃纤维只有较少量使用。

雷达天线罩用增强纤维（织物）仍以E-玻璃纤维（密度=2.54g/cm3、ε=6.13、tgδ=0.0055）和S-玻璃纤维（密度=2.49、ε=5.12、tgδ=0.0068），同类纤维国外密度比国内低0.15左右，ε低0.2左右、tgδ小0.0015左右。

且纤维种类少，织物种类更少，只有两维仿形编织套。

表2为国产主要航空用玻璃纤维布的性能。

目前，环氧树脂仍是雷达罩最常用的树脂基体之一。

但近年来由于先进雷达罩对全频带、低介电损耗、耐高温，耐天候等性能要求的不断提升，其他如氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等，各种树脂介电性能的对比如表3所示[3]。

4.1环氧树脂环氧树脂具有优良的界面性能、耐化学腐蚀性能、电性能以及尺寸的稳定性，并且工艺成熟、成本较低。

缺点是并不耐高温，且介电性能与新兴材料如氰酸酯等相比并无优势。

用于雷达罩的通常为双酚型环氧、酚醛环氧，其中以双A酚型产量最大A [4]。

4.2双马来酰亚胺树脂• 双马来酰亚胺树脂应用到透波复合材料上的主要障碍是正切损耗较大,•原因是树脂纯度不够,杂质太多造成的。

目前,这个技术难关已经被攻克, •国内已经研制成功了用于实芯半波壁结构雷达罩RTM工艺的4503A双马来酰亚胺树脂、用于人工介质材料的4501A•双马来酰亚胺树脂和用于预浸料的4501B双马来酰亚胺树脂。

改性双马来酰亚胺树脂是一种具有双官能团多用途的有机化合物,其双键的高度亲电子性使之易于和多种亲核性化合物反应,•由于其五元杂环的结构,决定了特有的力学性能和耐热性,以二烯丙基双酚A•改性的BMI树脂具有优异的力学性能,耐热性和良好的成型工艺性受到了广泛的关注,在结构复合材料上获得了广泛的应用。

•4.3氰酸酯树脂氰酸酯树脂是目前国内研究的热点，它具有出色的介电性能，同时还具有耐高温、低吸湿率、低热胀系数、优良的力学性能和粘接性能，以及良好的工艺性。

目前氰酸酯已成功地应用于雷达罩。

为了进一步改性和提高性能价格比，氰酸酯树脂通常与环氧树脂共混使用，氰酸酯树脂环氧树脂/共混物不是简单的物理共混物，两者之间存在着复杂的共聚反应。

陈平等[5]采用氰酸酯改性环氧树脂体系，使改性的环氧树脂体系介电性能提高。

尹剑波等[6]利用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂做改性剂，对氰酸酯树脂进行共聚改性，经改性后的基体具有优异的介电性能，介电常数为2.25，介电损耗角tgδ <10-4（10kHz）。

4.4聚酰亚胺聚酰亚胺是一类以酰亚胺环为结构特征的高性能聚合物材料，具有优良的介电性能（如表3所示），并且在宽广的温度和频率范围内仍能保持较高水平[7]，其机械强度相当或超过环氧复合材料，并具有良好的热稳定性能和耐溶剂性能等，但是其缺点是工艺性差，孔隙率高而引起吸潮，使电性能降低。

使用石英布聚酰亚胺复合材料与非碳/化烧蚀材料聚四氟乙烯相结合，可以有效解决吸潮问题[8]。

4.5酚醛树脂酚醛树脂根据所用的催化剂，可分为热固性酚醛树脂和线性热塑性酚醛树脂两大类，用于雷达罩生产的是热固性酚醛树脂，固化后的酚醛树脂结构中不但含有大量的芳香环，而且交联密度也很高，因而具有很好的耐热性、力学性能及耐候性。