摘 要：為解決某天線在120℃高溫情況下鼓包的問題，對天線外罩的材料、天線外罩的成型工藝、天線灌封的工藝過程逐一進(jìn)行分析，通過對比試驗(yàn)、跟蹤批量生產(chǎn)過程，找出天線在高溫下情況下鼓包現(xiàn)象的原因和內(nèi)在規(guī)律，對天線在高溫情況下鼓包問題的解決尋找簡便、快捷的途徑（提出4種解決方法）。經(jīng)實(shí)際測試和應(yīng)用，某天線滿足使用要求，天線鼓包現(xiàn)象基本消除，該方法簡單易操作，具有科研和生產(chǎn)實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：灌封 鼓包 二次發(fā)泡

中圖分類號：TQ3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0130-03

某機(jī)載天線（以下簡稱天線）主要配套公司多項(xiàng)機(jī)載產(chǎn)品。近年來由于產(chǎn)品訂貨的增多，天線生產(chǎn)數(shù)量在陸續(xù)上升。通過對近幾年多個批次在生產(chǎn)過程中特別是噴漆后進(jìn)行高溫試驗(yàn)的鼓包問題的統(tǒng)計，天線合格率不到60%，天線發(fā)生鼓包現(xiàn)象占40%左右。為了解決天線在高溫試驗(yàn)時鼓包問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，對某天線在高溫試驗(yàn)時鼓包問題進(jìn)行攻關(guān)試驗(yàn)，使天線合格率由60%提高到85%以上。

天線由底板、外罩、印制電路板和灌封材料組成。首先將器件裝配在印制電路板上，再將電路板裝配在天線底板上，將天線外罩與底板鉚裝在一起，最后用聚氨脂硬質(zhì)泡沫塑料對天線進(jìn)行灌封。

天線外罩材料：鑒于機(jī)載天線的特點(diǎn)，外罩材料優(yōu)選為纖維強(qiáng)化塑料（俗稱玻璃鋼GRP），該材料具有質(zhì)輕而硬（相對密度1.5～2.0）、不導(dǎo)電、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕，在200 ℃以上能承受高速氣流的沖刷，特別是在高頻情況下介電性能良好，廣泛應(yīng)用于航空、航天、火箭、雷達(dá)天線罩等，外罩成型采用真空注膠工藝，使材質(zhì)纖維分布均勻。

天線灌封材料采用DB-150硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料（簡稱發(fā)泡塑料，最高熟化溫度150 ℃）。這種材料具有密度小（39 kg/m3）、不溶于水，是較為理想的填充結(jié)構(gòu)材料，缺點(diǎn)是熟化溫度低于150 ℃時，二次遇見高溫會產(chǎn)生再次發(fā)泡現(xiàn)象。

1 天線鼓包原因分析

天線鼓包的定義：天線在高溫情況下外罩局部或大面積向外或向內(nèi)凸起、發(fā)脹的現(xiàn)象稱為鼓包。

1.1 天線鼓包的第一種類型

鼓包的第一種類型：由于玻璃鋼這種材料是理想的天線外罩材料，采用環(huán)氧基玻璃纖維真空注膠成型工藝，在環(huán)氧樹脂與玻璃纖維分布不均勻的情況下會形成內(nèi)部空隙缺陷、單位體積內(nèi)環(huán)氧樹脂較多導(dǎo)致玻璃鋼受熱有軟化的趨向。這種內(nèi)部空隙缺陷在高溫情況下受熱膨脹，當(dāng)空隙缺陷靠近玻璃鋼外表面時，會形成向外略微凸起的鼓包；當(dāng)空隙缺陷靠近玻璃鋼內(nèi)表面時，會形成向內(nèi)略微凸起的鼓包（因鼓包高度小于1.5 mm，加上發(fā)泡材料有彈性不會對天線內(nèi)部的電感壓迫導(dǎo)致故障）。

1.2 天線鼓包的第二種類型

天線外罩灌封材料采用的DB-150硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料，其完全熟化溫度為150 ℃，由于器件等原因，天線的最高熟化溫度為120 ℃，在后續(xù)遇見高溫情況下具有二次發(fā)泡的現(xiàn)象，這是第二種鼓包現(xiàn)象。

1.3 天線鼓包的第三種類型

天線在高溫情況下內(nèi)部積聚的氣體（灌封材料在天線外罩內(nèi)的流向形成的氣體、發(fā)泡材料熟化也會釋放氣體）導(dǎo)致天線在高溫下外罩鼓包。

2 試驗(yàn)方案

針對以上天線在高溫情況下鼓包的原因，制定試驗(yàn)方案。

2.1 試驗(yàn)整體方案

（1）解決天線外罩成型時環(huán)氧樹脂與玻璃纖維分布不均勻的情況下會形成內(nèi)部空隙缺陷問題；解決天線外罩單位體積內(nèi)環(huán)氧樹脂較多導(dǎo)致玻璃鋼受熱有軟化的趨向問題。

（2）解決天線外罩灌封材料DB-150硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料（其完全熟化溫度為150 ℃）在灌封時攪拌均勻和后續(xù)工序遇見高溫情況下具有二次發(fā)泡的問題。

（3）解決天線在高溫情況下內(nèi)部積聚的氣體（灌封材料在天線外罩內(nèi)的流向形成的氣體、發(fā)泡材料熟化也會釋放氣體）導(dǎo)致天線外罩鼓包問題。

2.2 解決航向下滑天線在高溫情況下鼓包的主要工藝方法

根據(jù)上述三種鼓包現(xiàn)象采取的方法如下。

（1）第一種鼓包現(xiàn)象處置對策：即對天線外罩老化篩選。

要求天線外罩生產(chǎn)廠家，采用天線外罩真空注膠成型時環(huán)氧樹脂與玻璃纖維分布均勻，避免形成內(nèi)部空隙缺陷、單位體積內(nèi)環(huán)氧樹脂較多導(dǎo)致玻璃鋼受熱有軟化的趨向；要求天線外罩生產(chǎn)廠家在天線外罩出廠前對外罩進(jìn)行老化篩選剔除不合格的外罩。

（2）第二種鼓包現(xiàn)象處置對策：即讓聚氨脂發(fā)泡塑料反應(yīng)充分。

DB-150發(fā)泡塑料在下列情況下出現(xiàn)二次發(fā)泡現(xiàn)象：配置的混合料（DB-150發(fā)泡塑料由A、B兩種組份組成）攪拌時間短（規(guī)定不低于9 s）導(dǎo)致攪拌不均勻、熟化溫度低（未達(dá)到最高熟化溫度）時后續(xù)工序遇見高溫再次發(fā)泡。

DB-150發(fā)泡塑料的A、B兩種組份混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度與環(huán)境溫度有很大的關(guān)系：當(dāng)環(huán)境溫度超過25 ℃時，在9～13 s內(nèi)反應(yīng)完畢；當(dāng)環(huán)境溫度低于25 ℃時，反應(yīng)時間持續(xù)15～22 s，當(dāng)然發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度與混合料的多少及攪拌是否均勻也有關(guān)系，在規(guī)定攪拌時間不低于9 s的情況下，并對攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速要求規(guī)定不低于1000 r/min，使發(fā)泡塑料在規(guī)定的攪拌時間、規(guī)定的轉(zhuǎn)速下均勻發(fā)泡成型。

DB-150發(fā)泡塑料最高熟化溫度為150 ℃，就是說生產(chǎn)過程熟化溫度低于150 ℃時二次遇見高溫再次發(fā)泡。產(chǎn)品中的元器件或其它結(jié)構(gòu)件、粘接膠等對熟化溫度的提高會起限制作用，需綜合考慮才能取得最佳效果。為此，采取在裝配前對天線外殼進(jìn)行100 ℃的老化篩選工序、將灌封熟化溫度提升至120 ℃（元器件、粘接膠能承受）；在第一次熟化完成后將天線（不帶灌封夾具）于120 ℃再熟化2 h，降低二次發(fā)泡現(xiàn)象。

（3）第三種鼓包現(xiàn)象處置對策：即設(shè)置增加工藝排氣孔。

由于目前天線的灌封工藝為手工灌注，這樣會導(dǎo)致灌封料在天線外殼腔體內(nèi)分布不均勻，存在局部料多、料少現(xiàn)象，缺料部位形成空腔，內(nèi)部空氣未及時排出受熱膨脹，形成鼓包，針對這類故障現(xiàn)象，采取在天線外殼增加排氣孔措施，具體是在灌封前用Φ2.5的鉆頭在天線外殼頂部距邊緣20 mm多鉆2個排氣孔（見圖1），天線灌封熟化后迅速用配好的HT-737高溫膠進(jìn)行修補(bǔ)進(jìn)行密封并打磨修光，修補(bǔ)過程中注意修補(bǔ)處不得高出天線外殼表面。

（4）利用灌封夾具排掉氣體。

對于已形成鼓包的天線（采取上述措施后仍然有鼓包現(xiàn)象），在鼓包部位（鉆孔數(shù)量視鼓包面積大小、每個孔距約20 mm）用Φ2.5的鉆頭鉆（鉆孔深度為天線外殼的厚度）排氣孔，并剔除少量灌封料，將天線裝在灌封夾具內(nèi)于100 ℃熟化1 h排掉氣體，并使鼓包部位復(fù)原，打開夾具后迅速用配好的HT-737高溫膠進(jìn)行密封，待密封膠自然固化后可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)，見圖2。

2.3 解決天線在高溫下的鼓包現(xiàn)象，使某天線在生產(chǎn)時符合技術(shù)條件的要求

3 試驗(yàn)過程

3.1 方案論證階段

在方案論證階段，查閱了某機(jī)載天線整套技術(shù)資料，熟悉天線的原理和天線外罩的加工方法，對集團(tuán)公司配套該天線的產(chǎn)品進(jìn)行梳理和摸底（詳見表1），尋找鼓包的原因以便采取解決鼓包的最佳方法：

通過2010年、2011年天線生產(chǎn)過程故障現(xiàn)象的分析，可以看出天線在高溫情況下鼓包情況是影響天線合格率的主要因素，也是解決天線高溫鼓包試驗(yàn)的重點(diǎn)。

3.2 灌封夾具的制造階段

為了控制天線在高溫情況下鼓包現(xiàn)象，灌封時采用夾具阻止、約束天線在高溫下的變形、鼓包。

3.3 試驗(yàn)階段

通過對上述對天線鼓包的原因查找、分析，并制定了相應(yīng)措施，具體實(shí)施如下。

（1）對天線外罩生產(chǎn)廠家的要求。

由于天線外罩為環(huán)氧基玻璃纖維，在環(huán)氧樹脂、玻璃纖維分布不均勻的情況下會形成局部缺陷導(dǎo)致鼓包。對生產(chǎn)廠家的要求采用真空注膠成型新工藝避免環(huán)氧樹脂不均勻形成局部缺陷。

對外協(xié)的天線外罩增加老化、篩選工序：將天線外殼置于烘箱中于100 ℃熟化1 h，對不符合要求的外殼用HT-737L高溫修補(bǔ)劑修補(bǔ)或退回生產(chǎn)廠家。

（2）對灌封材料二次發(fā)泡鼓包的天線（2012年第一批各12部航向下滑天線，2種型號）采取下列措施：除在裝配前對天線外殼進(jìn)行100 ℃的老化篩選、對天線外殼靠近底部兩測各鉆2～3個Φ2.5的孔增加天線熟化時排氣外（也可剔除部分灌封材料），將天線裝在灌封夾具內(nèi)提高熟化溫度至120 ℃（時間為2 h未變）、將天線脫開灌封夾具于120 ℃熟化2 h，對灌封進(jìn)料孔、天線底板上排氣孔、天線外殼與底板的裂縫處用TS-811高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行密封，對天線外殼上增加的Φ2.5排氣孔用HT-737L高溫結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行密封。

（3）由于殘留在天線內(nèi)部的氣體導(dǎo)致鼓包的天線，在鼓包部位鉆Φ2.5孔，氣體排放后用HT-737L高溫結(jié)構(gòu)膠對排氣孔進(jìn)行密封，對灌封進(jìn)料孔、排氣孔、天線外殼與底板的裂縫處用TS-811高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行密封。驗(yàn)證天線鼓包的原因分析和采取的工藝措施是否有效、是否得力。

（4）對鼓包的天線（采取上述措施后仍然有鼓包現(xiàn)象），分析原因?qū)儆谏鲜瞿欠N現(xiàn)象采取不同的對策（型號1、型號2天線第一批各12部、試驗(yàn)批各10部），對上述天線鼓包問題的解決方案繼續(xù)驗(yàn)證。

（5）選取2012年第二批天線（2種型號）20部繼續(xù)驗(yàn)證上述三種鼓包現(xiàn)象的解決方案的有效性。

4 試驗(yàn)結(jié)果

對型號1、型號2天線第一批各12部、型號1、型號2天線試驗(yàn)批各10部及型號1、型號2天線驗(yàn)證批各20部在采取上述解決方法后的結(jié)果統(tǒng)計如下。

產(chǎn)品提交例試后，經(jīng)過高溫、低溫、濕熱、沖擊、振動后符合技術(shù)條件的要求。

從上述表1、表2、表3、表4的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，天線在采取上述試驗(yàn)方法后，鼓包現(xiàn)象明顯減少了許多，達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期的目標(biāo)。

5 結(jié)論

通過型號1、型號2天線第一批各12部、型號1、型號2天線試驗(yàn)批各10部、型號1、型號2天線驗(yàn)證批各20部生產(chǎn)過程試驗(yàn)結(jié)果看出，試驗(yàn)的合格率基本在由原來的60%提高到85%以上，達(dá)到了試驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)；天線在例行試驗(yàn)室經(jīng)過高溫、低溫、濕熱、沖擊、振動環(huán)境試驗(yàn)后符合技術(shù)指標(biāo)的要求。將此方法應(yīng)用到其余兩種天線生產(chǎn)中，天線生產(chǎn)合格率超過90%，為同類天線的生產(chǎn)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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①作者簡介：朱新民（1962，12—），男，陜西乾縣人，大學(xué)專科，工程師，從事天線工藝與測試、三防處理工作。

張東峰（1976，11—），男，陜西寶雞人，大學(xué)?？?，工程師，從事天線設(shè)計與測試工作。