【摘要】：玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(Glass-fiber-reinforced polymer,GFRP)具有低介電常數(shù)、透波性好、輕質(zhì)易成型等優(yōu)點(diǎn),所以常用作制備高性能雷達(dá)天線罩。但雷達(dá)天線罩在大氣環(huán)境中長期服役,受到光照、雨水、溫度變化等環(huán)境因素的影響,會(huì)加速GFRP材料的老化裂解,大大縮短其使用壽命;同時(shí),在降雨過程中在天線罩表面形成的水膜會(huì)大大增加其傳輸損耗,大大降低雷達(dá)天線的接收效率。本文旨在制備應(yīng)用于GFRP基材表面的涂層材料。以能夠大規(guī)模制備、生產(chǎn)設(shè)備簡便且能滿足纖維增強(qiáng)復(fù)合材料常溫固化工藝為目標(biāo),在不影響被涂覆基底介電性能的前提下,對(duì)涂層的材料體系進(jìn)行了設(shè)計(jì),最終確定以改性聚四氟乙烯為涂層樹脂基體,異氰酸酯三聚體為固化劑,納米二氧化硅為填料,乙酸丁酯為溶劑,通過有機(jī)無機(jī)共混法來制備氟硅體系復(fù)合涂層。本文研究了固化劑及納米二氧化硅用量對(duì)涂層性能的影響,進(jìn)而優(yōu)化涂層材料體系配比,并成功在GFRP基材表面制備得到超疏水涂層材料。研究結(jié)果表明,當(dāng)固化劑用量為20wt%、納米二氧化硅用量為30wt%時(shí),氟硅體系復(fù)合涂層的疏水角達(dá)到158.67°,達(dá)到超疏水要求。掃描電子顯微鏡及原子力顯微鏡觀察結(jié)果表明,納米粒子的添加改變了復(fù)合涂層表面微觀形貌,大幅提高了其表面粗糙度。通過對(duì)涂層表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析以及表面能的計(jì)算,進(jìn)一步分析了涂層表面的疏水機(jī)理。復(fù)合涂層與GFRP結(jié)合緊密,其附著力達(dá)到1級(jí)。復(fù)合涂層小幅降低了GFRP的介電常數(shù)和損耗角正切,提升了GFRP的介電性能。本文還對(duì)氟硅體系超疏水涂層的耐候性進(jìn)行了研究分析,通過紫外老化加速試驗(yàn)、鹽霧腐蝕加速試驗(yàn)、高溫-低溫交變循環(huán)試驗(yàn)和室外自然老化試驗(yàn)等手段,系統(tǒng)研究了各環(huán)境因素對(duì)復(fù)合涂層的疏水角、表面能、化學(xué)結(jié)構(gòu)及其表面微觀形貌的影響,分析了涂層材料的性能演變規(guī)律。研究結(jié)果表明,鹽霧腐蝕對(duì)涂層的耐候性影響最大。鹽霧腐蝕500h后,涂層疏水角降低了39.05°,表面自由能升高了12.09m J/m2,表面微觀結(jié)構(gòu)變化明顯。分析了環(huán)境因素對(duì)涂層耐候性的影響,得出材料表面微觀結(jié)構(gòu)破壞和化學(xué)結(jié)構(gòu)降解是引起涂層耐候性下降的主要原因。
【圖文】：

隨著信息時(shí)代的加速發(fā)展，人們對(duì)于通訊傳輸方面穩(wěn)定性和精確性的需求日益增加。地面雷達(dá)作為承載通訊的物理載體，，扮演著不可或缺的重要角色。而雷達(dá)天線罩則作為保護(hù)地面雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，必須能夠承受外界大氣環(huán)境的不斷侵蝕[1-5]。通常地面雷達(dá)的天線罩都是由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（GFRP）制成的，具有低介電常數(shù)、透波性好、輕質(zhì)易成型等特性，是地面雷達(dá)可靠的電磁窗口[6]。然而，GFRP 在耐候性上仍存在不足，過久地暴露在日照下，太陽光中的紫外線會(huì)加速復(fù)合材料中高分子樹脂的斷鏈過程，產(chǎn)生老化裂解[7]（如圖 1-1）。而雨水沖刷的所帶來的侵蝕同樣不容小覷。雨水中富含氫離子、硫離子，通常呈弱酸性，易與雷達(dá)天線罩表面的游離羥基反應(yīng)，降低天線罩的機(jī)械性能，還會(huì)產(chǎn)生微小孔隙，進(jìn)一步加速天線罩老化[8]；同時(shí)雷達(dá)天線的傳輸功能也會(huì)受到雨水的影響。雨水聚集在天線罩表面時(shí)，會(huì)形成一層水薄膜，水膜在天線接受微米波和毫米波時(shí)會(huì)增加其相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切，降低了天線的傳輸精度，增加了其傳輸損耗，這種影響會(huì)隨水膜厚度增加而加劇[9]。

圖 1-2 a)荷葉效應(yīng); b)超疏水表面[17]終于在 19 世紀(jì)前葉，經(jīng)過眾多科學(xué)家對(duì)自然界超疏水現(xiàn)象的不懈研究，一大批有關(guān)固液界面潤濕性的機(jī)理應(yīng)運(yùn)而生，為超疏水機(jī)理的誕生做下鋪墊。1.2.1 楊氏潤濕方程作為界面潤濕之父，Thomas Young 在 1804 年首次提出了表界面科學(xué)中最著名的潤濕方程——楊氏方程[26]，從表面能量角度詮釋了潤濕機(jī)理，為后來超疏水
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2625510