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1、氰酸酯树脂材料及其在复氰酸酯树脂材料及其在复 合材料中的应用合材料中的应用学院：学院： 班级：班级： 姓名：姓名： 学号：学号： 摘要：摘要：氰酸酯树脂是一种新型的高性能复合材料基体树脂, 它与常用的导弹用聚合物基复合材料基体树脂如环氧树脂系列、聚酰亚胺树脂系列、双马来酰亚胺树脂系列等相比, 具有更优异的综合性能, 包括良好的工艺性能、较高的热稳定性、极佳的微波介电性能以及优良的耐湿热性能和较高的尺寸稳定性等, 因而在导弹中有着极大的应用前景。本文主要介绍氰酸酯树脂的性能及其在导弹的雷达天线罩、结构材料和隐身材料等方面的应用情况。关键词：关键词：氰酸酯树脂,宇航复合材料,导弹材料，微波介电性能
2、AbstractAbstract：Cyanate resin is a new type of high performance composite matrix resin, it and common missile with polymer matrix composites matrix resin such as epoxy resin series, polyimide resin series, bismaleimide resin series and so on, compared to have a more excellent comprehensive performa
3、nce, including good process performance, high thermal stability, excellent microwave dielectric properties and excellent resistance to hot and humid performance and higher dimensional stability, so the missile has great application prospect. This paper mainly introduces the performance of cyanate es
4、ter resin and the missile radome, structure materials and stealth material application.KeywordsKeywords：Cyanate resin, aerospace composite material, missile materials, microwave dielectric properties一、简介一、简介氰酸酯树脂通常是指含有两个- O- CN-官能基的二元酚衍生物,其通式为: NC- O- Ar - O- CN。氰酸酯树脂英文全称Triazine A resin、TA resin、Cy
5、anate resin，缩写为CE。 氰酸酯树脂CE的重均分子量为2000，常温下呈固态或者半固态，也有某些 品种为液体，可以在5060温度范围内软化。 氰酸酯CE可溶于常见溶剂，如丙酮、丁酮、氯仿、四氢呋喃等，会被25% 的氨水、4%的氢氧化钠溶液、50%硝酸和浓硫酸腐蚀，但是它可以耐苯、二甲 基甲酰胺、甲醛、燃料油、石油、浓醋酸、三氯醛酸、磷酸钠浓溶液、30%的 过氧水H2O2等。 氰酸酯CE具有优良的高温力学性能，弯曲强度和拉伸强度都比双官能团环 氧树脂高；极低的吸水率（180） 、较好的尺寸稳定性（热膨胀 系数CTE要低） 、低吸湿率和良好的耐腐蚀性能。传统的PCB采用的是EP、PI和
6、聚 四氟乙烯( PTFE) , 前两者存在着介电性能较差、吸湿率高的缺陷。而CE基PCB 与PTFE基PCB相比, 虽然其介电性能和耐热性不如后者, 但CE基PCB具有与EP相 近的工艺性、高尺寸稳定性和无须使用昂贵的萘化钠蚀刻液, 且其介电性能和 耐热性已足以满足当前高性能PCB的要求, 完全可以取代PTFE基PCB4-8。2 2、CECE在高性能透波材料（雷达罩）基体在高性能透波材料（雷达罩）基体制造雷达罩一般选用EP、聚酯(UP)或BMI9,但对于在600MHz 100GHz的高 频率范围内工作的雷达罩来讲, 要求基体树脂的介电常数150，并且具有优良的耐湿热性能。上述三中树脂不能同 时
7、满足这些要求,需要寻求新的材料。 雷达天线罩是导弹的一个结构功能部件, 它保护雷达天线在恶劣环境条件下能 够正常的工作, 除了要求天线罩能经受住导弹在飞行过程中产生的气动载荷、 气动加热和雨、雪、风沙等的侵蚀外, 更重要的是要求具有优良的高透微波性 能。对于材料的微波介电性能, 可用两个重要的参数描述, 即介电常数和介质 损耗角正切。介电常数是表征电介质材料在电场作用下极化情况的参数, 是保 证天线罩材料电气性能的重要指标, 对于半波壁天线罩, 为保持一定的传输性能, 材料的介电常数越小, 天线罩壁所容许的相对厚度误差越大, 因此在选用 材料时, 应尽量选用介电常数低的材料。介质损耗角正切是衡
8、量电介质材料在 电场中损耗能量并转变为热能的物理参数, 用以表征材料的介质损耗性能,雷达 天线罩材料应具有较低的损耗角正切。目前CE已成功地应用于雷达罩10。如BASF公司的一种CE/石英纤维预浸料, 以这种预浸料作蒙皮,以X6555泡沫为芯层, 以METALBOND2555结构膜为胶粘剂做 成的雷达罩, 比EP和BMI做的雷达罩介质损耗减小三倍,介电常数降低10%，吸湿 率更小,湿态介电性能更优。3 3、CECE在航空航天用高韧性结构复合材料基体在航空航天用高韧性结构复合材料基体最早应用于宇航领域的商品化CE基复合材料为美国Narmco公司的R 5245C11, 它是一种用碳纤维增强的CE与
9、其它树脂的混合物。随后, Scola等人 又研究出一种EP改性的BT树脂(bismaleimidetriazine resin,即BMI三嗪树脂) 12，它用高强度的碳纤维增强后CAI值(compress after impact)达220MPa，且可在132149范围内的高湿热环境下使用后来，一些供应CE基复合材料预浸 料的公司12-16 , 在CE中加入Tg 170非晶态热塑性树脂, 使CE在保持优良耐 湿热性能和介电性能的同时，CAI值达到了240MPa 320 MPa，有效地解决了复 合材料的易开裂问题13，其使用温度与改性后的PI、BMI相当。CE也可制成宇航中常用的泡沫夹芯结构材料
10、4，泡沫夹芯结构材料在使用 和存放的过程中,湿气易通过表面层渗入泡沫芯, 在高温环境下使用时容易导致 结构性破坏9。CE基复合材料采用特殊的处理工艺: 铺层前充分烘干、用再生 聚芳酰胺纤维作增强材料、选用特殊的催化剂和提高固化温度可解决以上问题。 Hexcel公司在CE中加入热塑性树脂、发泡剂和表面剂, 制得了一种泡沫结构材 料，它的耐热性、耐湿性均优于常用的聚氯乙烯( PVC)和聚甲基丙烯酰胺( PMI) 等泡沫材料17。而Si-wolop等人报道的另一种泡沫复合材料, 是在中空的陶瓷 微球外包覆一层CE薄膜, 成功地使CE的CTE降低到0.000013/K 并且在173 230能够保持较高
11、的机械强度, 用于宇航飞行器支撑板、承力结构件等4 。4 4、CECE 在隐身材料中的应用在隐身材料中的应用在海湾战争和北约对南联盟的轰炸中, 美国的B2A隐身轰炸机和F117A隐身 战斗机引起了人们的极大兴趣，由此各国掀起了研究隐身材料的热潮。隐身的 关键是减小飞行器的雷达散射截面，从而产生低可视性。隐身技术包括外形技 术和材料技术, 二者必须配合使用,其中材料技术又可分为雷达吸波涂层和结构 吸波材料17，18。在现代战争中, 随着电子技术的迅速发展, 高分辨率、高可靠性的先进探 测器相继出现, 对导弹的生存能力、突防能力构成非常严重的威胁。目前研制 的导弹大多数是高亚声速, 具有射程大，飞
12、行时间长的特点, 很容易受到敌方 拦截。隐身技术本质上是一种反探测技术，即尽量减少敌方探测器能探测到的 来自目标的雷达波、红外、光、声等的信号强度,以降低目标被发现的概率。 目前关于隐身材料的具体设计很多，其中一种较成熟的理论是：用透波性 好、强度高的复合材料作表面层, 以蜂窝状结构为夹芯, 在夹芯壁上涂以吸波 涂层或在夹芯中填充轻质泡沫吸波材料。透波表面层的厚度应为四分之一波长 的奇数倍；这样, 电磁波透射到表面层, 部分反射(反射波1)，部分透射， 透 射波再经吸波基板反射(反射波2) , 反射波1和反射波2 相位相反。于是相互抵消，从而防止了反射(显然这里的反射波1和反射波2均极其微弱)
13、，达到隐身的 目的。CE的透波率极高, 透明度好, 是做透波层的绝佳材料。美国亨茨维尔特 殊公司研制的另一类型的雷达吸波材料19，以高分子聚合物为基体，均匀分布 氰酸酯的晶须，用晶须来切断入射雷达波信号并吸收大量能量，通过在此过程 中产生的热量消耗吸收的能量，从而达到隐身的目的。此材料已应用于巡航导 弹中。5 5、CECE 在人造卫星中的应用在人造卫星中的应用卫星结构材料与其它的宇航结构材料有明显的差别20。卫星结构材料要解 决的主要问题是在满足强度要求的条件下，尽量提高刚度。为提高刚度，其结 构设计往往较为复杂，这样就加大了制造的难度，因此要求材料具有较好的成 型工艺性。卫星在大气层外真空和
14、高低温交替的环境下，易于受树脂中残余挥 发分的损害9，挥发物质覆盖在光学和电子部件的表面而使其失去功能。氰酸 酯的聚合反应属于加聚反应，聚合过程中无小分子等挥发分放出，因而可避免 此问题。 此外，CE基复合材料的高尺寸稳定性、抗辐射能力、抗微裂纹能力等优异 的性能使其在卫星材料中的应用日益扩大，广泛用作先进通讯卫星构架、抛物 面天线、太阳电池基板、支撑结构、精密片状反射器和光具座等。如Fiberite 公司的Arnold报道了一种用活性端基聚硅氧烷增韧改性的CE，可在复合材料表 面形成一层SiO2膜，从而防止了材料因接触到原子氧而受腐蚀21。此种材料在 不易用金属化膜保护复合材料的场合下尤为适
15、用。6 6、在导弹材料中的应、在导弹材料中的应导弹是一种长期储存、一次使用的复杂产品, 材料性能的优劣对其技术性 能影响很大。导弹对其材料的性能要求如下22-24： （1）导弹在运输、发射及飞行的过程中都承受较大的载荷, 包括导弹在运 输中由于颠簸而承受的震动过载和导弹发射与飞行时弹体承受的轴向过载, 因 此导弹的弹翼、弹舱段、承力式储箱、连接框架等主要受力结构部件都要求有 高的比强度、比刚度以及抗震能力,以保证导弹使用安全可靠, 同时有效减轻导 弹结构质量, 增加有效载荷, 提高导弹的战术性能、增大射程; （2）当导弹在超低空的飞行速度大于2个马赫数( Ma 2) 时, 由于气动加 热, 弹
16、体表面温度可达200以上, 因此弹体结构材料( 尤其是蒙皮) 必须有较 高的热稳定性; （3）飞航导弹大多在沿海地区储存和执行战备值班任务, 或者装载于舰艇 上出海航行,海洋环境的湿热、盐雾和霉菌会使导弹受到严重腐蚀。另外, 使用 液体火箭发动机的导弹,其燃料储箱、发动机壳体及动力系统管道材料必须抵御 硝酸、偏二甲肼等化学试剂的浸蚀, 因此, 导弹结构材料必须具有优良耐化学 腐蚀性能; （4）导弹结构材料应具有良好的工艺性能和高的经济效益, 在保证结构件 质量的前提下, 努力做到工艺简单、工序少、周期短, 尽量采用整体成型, 减 少螺栓连接、铆接。以上种种性能要求, 传统的钢、铝合金、钛合金等很难完 全满足, EP 基复合材料虽具有良好的工艺性能、耐腐蚀性、较高的比强度和比 刚度, 但其长期使用温度一般在140左右, 且耐湿热性较差, 限制了它的进一
