Применение КМ на основе ПБД
Благодаря уникальному сочетанию превосходных электрических свойств с химической стойкостью КМ на основе ПБД были успешно применены при конструировании обтекателей бортовых радиолокационных антенн. Для работы в полосе частот, превышающих /(-диапазон (10,9 ... 36,0 ГГц), имела место тенденция применения армированных эпоксидных стеклопластиков, неадекватно удовлетворяющих этому назначению из-за высоких значений диэлектрической проницаемости (4,5 ... 5,0). Это становится ясным, если принять во внимание, что толщина стенки обтекателя, как следует из приведенного ниже равенства, является функцией диэлектрической проницаемости и рабочей длины волны:
2(е — sin26)M '
Где d — толщина стенки обтекателя антенны; п — целое число (п = 0 для тонкой стенки; п = 1 для стенки толщиной, равной длине полуволны); Я,0 — длина волны в свободном пространстве; є — диэлектрическая проницаемость; Э — угол падения.
Так как толщина стенки обтекателя должна быть прямо пропорциональна действующей длине волны, но обратно пропорциональна диэлектрической постоянной, то комбинация, при которой одновременно увеличивается частота и используется композиционный материал с высокой диэлектрической проницаемостью, создает проблему несоответствия толщины стенки при использовании более длинных волн. Очевидно, что если одновременно уменьшается длина волны и возрастает диэлектрическая проницаемость материала, то появляется возможность уменьшения толщины стенок обтекателя. Однако использование тонких стенок приводит к проблеме, связанной с разрушением их от ударов, которое может ускориться при серьезной поверхностной эрозии тонких слоистых конструкций.
Другая проблема, возникающая при использовании материалов с более высокими диэлектрическими свойствами, — это возможные отклонения в толщине стенки обтекателя, что ведет к удорожанию производства или использованию дополнительных материалов для обеспечения точной «электрической» толщины. При использовании антенн на самолетах и на кораблях к КМ, из которых изготовляются обтекатели для них, предъявляются дополнительные требования: они должны иметь стабильные свойства в широком диапазоне температур и в условиях повышенной влажности. Строгие требования к материалам, связанные с высокими значениями рабочих частот и сложными условиями окружающей среды, не легко удовлетворить, используя обычные композиционные материалы. Однако, как следует из табл. 4.2— 4.9, эти требования могут быть реализованы более полно при использовании материалов на основе полибутадиенов.
4.2. Электрические свойства основных полибутадиеновых смол
|
Диен ИТ |
177 |
36 |
2,34 |
0,0026 |
PD-702 1 |
232 4 |
22 |
2,34 |
0,0019 |
Диенит РМ-502 1 |
177 |
36 |
2,37 |
0,0031 |
232 4 |
22 |
2,37 |
0,0025 |
|
Диенит Х-545 1 |
177 |
36 |
2,36 |
0,0030 |
232 4 |
22 |
2,37 |
0,0020 |
|
Диенит PD-701 » |
232 4 |
92 |
2,37 |
0,0024 |
Рикон-100 2 |
177 |
23 |
2,40 |
0,0036 |
232 4 |
24 |
2,40 |
0,0014 |
|
ПФХ PPQ-401 3 |
371 |
— |
3,18 |
0,0059 |
1 Фирма «Файрстон синтетик раббер энд латекс».
2 Фирма «Колорадо кемикал спешиалтиз».
3 Фирма «Виттейкер рисерч энд дивелопмент»,
4 Термическая циклизация.
4.3. Привес полибутадиеиовых смол после их кондиционирования при температуре 49 °С и относительной влажности 99 %
|
Диенит |
177 |
0,02 |
0,07 |
0,09 |
0,17 |
0,17 |
PD-702 3 |
232 1 |
0,03 |
0,12 |
0,33 |
0,66 |
0,69 |
Диенит |
177 |
0,017 |
0,03 |
0,03 |
0,06 |
0,06 |
РМ-502 2 |
232 1 |
0,026 |
0,04 |
0,04 |
0,05 |
0,05 |
Диенит |
177 |
0,02 |
0,05 |
0,06 |
0,11 |
0,11 |
Х-545 а |
232 1 |
0,02 |
0,04 |
0,04 |
0,08 |
0,08 |
Диенит PD-701 а |
177 |
0,03 |
0,04 |
0,08 |
0,22 |
0,44 |
Рикон-100 3 |
177 |
0,00 |
0,01 |
— |
0,05 |
0,06 |
232 1 |
0,03 |
0,06 |
0,09 |
0,22 |
0,33 |
1 Термическая циклизация. 2 Фирма «Файрстоун синтетик раббер энд латекс». 3 Фирма «Колорадо кэмикал спешиалтиз». |
4.4. Электрические свойства отливок из ненаполненной смолы «Гистил» (23 °С) фирмы «Дайнахем»
|
4.5. Свойства слоистых пластиков 1 на основе смолы «Гистил» 2
|
1 Армирующая ткань из стекловолокна марки Е-181.
2 Фирма «Дайнахем».
4.6. Электрические свойства слоистых пластиков до и после кондиционирования в условиях повышенной влажности (частота — 24 ГГц, температура •— 23 °С)
|
1 Полиимидная смола фирмы «Брунсвик».
2 Сушка при 121 °С.
3 Термическая обработка в течение 10 мин при 427 °С и покрытие смолой «Кернмид-601» до требуемых размеров.
4.7. Электрические свойства слоистых пластиков иа основе смолы PD-753, армированной кварцевым стеклом «Астрокварц» при различных температурах и частоте 24 ГГц
|
Примечание. Образцы выдерживали 30 сут при температуре 49°С и относительной влажности 99 %. |
4.8. Механические свойства армированных стеклопластиков На основе смолы «Рикон-431» и ее модификации при различных температурах
|
Примечания: 1. Для армирования использовано стекловолокно марки £-7781. 2. После отверждения материал выдерживали 24 ч при 288 °С, т. е. подвергали термической циклизации.
|
Табл. 4.2 [б] иллюстрирует очень низкие значения диэлектрической проницаемости е и коэффициента затухания /Сзат нескольких ПБД. Для сравнения приведены свойства полифенилхинокса - линовой смолы (ПФХ) PPQ-401. Табл. 4.3 [6] характеризует небольшое влагопоглощение пяти полибутадиеновых смол, перечисленных в табл. 4.2, подвергшихся усиленному воздействию влаги при повышенной температуре. Табл. 4.4 иллюстрирует устойчивость электрических свойств отливок из ненаполненной смолы «Гистил» в широком диапазоне частот / [7]. Свойства слоистых пластиков на основе этой смолы, армированной стекловолокном марки £-181, показаны в табл. 4.5 [4]. Электрическая стойкость слоистых пластиков на основе полибутадиеновых и других смол после выдержки в условиях повышенной влажности иллюстрируется данными табл. 4.6 [6]. Из результатов, представленных в этой таблице, видно, что электрические свойства слоистых пластиков на основе конденсированного полиимида ПФХ PPQ-401, 78 армированного кварцевым стеклом астрокварц, значительно изменяются, тогда как влияние влажной среды на аналогичный материал из смолы РД-753 почти не проявляется. Полибутадиеновые слоистые пластики, свойства которых приведены в табл. 4.5 и 4.6, производят на стандартных промышленных пропиточных аппаратах и сушат в обычных конвекционных сушилках при температуре —121 °С в течение 4 ч. Так как в препреге практически не остается растворителя, слоистые пластики можно получать при низком давлении.
Электрические свойства одного из образцов, выдержанного в среде с повышенной влажностью, были также изучены в температурном интервале Т = 22 ... 261 °С. Результаты этих исследований представлены в табл. 4.7 [6].