聚乙烯醇在石英陶瓷天线罩上的应用

邬浩

（上海玻璃钢研究院有限公司,上海201404）

0 引言

石英陶瓷材料具有低而稳定的介电常数和损耗低的导热系数、良好的抗热震性能和较好的力学性能，成为战术导弹天线罩首选的材料之一。美国的“爱国者”、“潘兴”Ⅱ号及意大利的“Aspide”导弹、美国陆军“Sam-D”导弹的天线罩均使用石英陶瓷材料，我国从上世纪70年代开始石英陶瓷天线罩的研制工作，目前在多种型号的导弹上得到了应用。

石英陶瓷导弹天线罩的成型工艺主要有泥浆浇注成型、注凝成型以及等静压成型等几种方式，目前国内石英陶瓷导弹天线罩多采用泥浆浇注工艺成型。石英陶瓷料浆通常是由石英玻璃加入一定量的水后在球磨罐中球磨而成，由于石英陶瓷是一种瘠性材料，料浆中颗粒容易分级沉降，引起天线罩产品上下部位颗粒堆积的差异，从而影响天线罩产品的整体均匀性，导致天线罩修磨难度增大，影响导弹天线罩的制作精度。因此，料浆是否具有合适的颗粒级配、良好的流动性、分散性和稳定性，是决定最终制品整体性能的关键因素。

聚乙烯醇分子中具有大量羟基，通过与二氧化硅的羟基结合，可达到增加体系分散性的作用。此外，聚乙烯醇分子链长，通过在颗粒表面上的吸附，使相邻颗粒保持在范德华力的作用距离之外，达到对悬浮液体系的维族稳定效果，可增加浆料悬浮稳定性。本研究选择聚乙烯醇作为石英陶瓷料浆的添加剂，研究了适量聚乙烯醇的加入对石英陶瓷天线罩制品整体力学、介电性能等方面的影响，该研究对于提升石英陶瓷导弹天线罩的整体性能有着重要的研究参考价值。

1 实验

1.1 实验原料

采用上海新沪玻璃厂生产的石英玻璃管作为石英料浆的原料，其纯度99.95%。聚乙烯醇采用国药集团化学试剂有限公司PVA1750，聚乙烯醇经水浴加热、搅拌溶解后配置成质量分数5%的水溶液待用。

1.2 实验过程

采用破碎机将石英玻璃管破碎至一定尺寸，加入到95氧化铝质的球磨罐中，采用99氧化铝球作为球磨介质，加入适量的纯水和添加剂，球磨制备石英料浆。将石英料浆注入到石膏模具中，得到石英陶瓷天线罩毛坯，经过干燥、烧结等工艺制备成石英陶瓷天线罩。

1.3 测试方法

弯曲强度测试在Instron1186型电子拉伸试验机上进行，试样尺寸为5mm×5mm×50mm，跨距为30mm；加载速率为0.5mm/min，采用排水法测定试样开口气孔率和体积密度；采用短路波导法测量试样的介电常数。

2 结果与讨论

2.1 石英陶瓷天线罩的取样分布

对制备得到的石英陶瓷天线罩进行解剖取样，考察未添加PVA制备的天线罩样件(NPVA)与添加PVA制备的天线罩样件（PVA)轴向的性能分布情况。图1为天线罩解剖取样位置的示意图。

图1 天线罩解剖取样位置示意图

表1为NPVA样件与PVA样件轴向弯曲强度性能测试情况。从表1中可以看出，未添加PVA的石英天线罩沿轴向方向从口部到头部，其弯曲强度呈快速下降趋势，其口部A处与头部D处的强度分别为49.37MPa与63.82MPa，轴向弯曲强度差异达到14.45MPa，偏移率达到22.6%；添加PVA后，从口部到头部，石英天线罩弯曲强度下降趋势变缓，口部A处与头部D处的强度分别为51.68MPa和49.85MPa，轴向弯强度差异1.83MPa，偏移率3.5%。因此，PVA的加入对石英天线罩轴向弯曲强度一致性有显著的影响。

2.2 PVA添加剂对天线罩轴向弯曲强度的影响

表1 PVA添加剂对天线罩轴向弯曲强度的影响

2.3 PVA添加剂对天线罩轴向密度的影响

表2为NPVA样件与PVA样件轴向密度性能测试情况。从表2中可以看出，未添加PVA的石英天线罩，沿轴向方向，从口部到头部，其密度呈缓慢下降的趋势，其口部A处与头部D处的密度分别为1.98g/cm3与1.96g/cm3，轴向密度差异0.02g/cm3，偏移率1%；添加PVA后，从口部到头部，石英天线罩密度也呈缓慢下降的趋势，口部A处与头部D处的密度分别为 1.96g/cm3和 1.95g/cm3，轴向密度差异 0.01g/cm3，偏移率0.5%。因此，PVA的加入对于石英天线罩轴向密度一致性有一定的影响。

表2 PVA添加剂对天线罩轴向密度的影响

2.4 PVA添加剂对天线罩轴向气孔率的影响

表3为NPVA样件与PVA样件轴向气孔率性能测试情况。从表3中可以看出，未添加PVA的石英天线罩，沿轴向方向从口部到头部，其气孔率呈快速增加的趋势，口部A处与头部D处的气孔率分别为9.8%与11.3%，轴向气孔率差异1.5%，偏移率达到-15.3%；添加PVA后，从口部到头部，石英天线罩气孔率升高趋势变缓，石英天线罩口部A处与头部D处的气孔率分别为10.3%和10.5%，轴向气孔率差异0.2%，偏移率-1.94%。因此，PVA的加入对石英天线罩轴向气孔率一致性有明显的影响。

表3 PVA添加剂对天线罩轴向气孔率的影响

2.5 PVA添加剂对天线罩轴向介电常数的影响

表4为NPVA样件与PVA样件轴向介电常数性能测试情况。从表4中可以看出，未添加PVA的石英天线罩沿轴向方向从口部到头部，其介电常数逐渐减小，口部A处与头部D处的介电常数分别为3.33和3.29，轴向介电常数差异0.04，偏移率为1.2%；添加PVA后，从口部到头部，石英天线罩介电常数趋于稳定，石英天线罩口部A处与头部D处的介电常数分别为3.31与3.30，轴向介电常数差异0.01，偏移率0.3%。因此，PVA的加入对石英天线罩轴向介电常数差异一致性有较为明显的影响。

表4 PVA添加剂对天线罩轴向介电常数的影响

3 结论

根据石英陶瓷天线罩的技术性能要求，对石英料浆中添加与未添加聚乙烯醇制备的石英陶瓷天线罩轴向性能进行测试和分析，结论如下：适量聚乙烯醇添加剂的加入对产品各部位弯曲强度、气孔率、介电常数性能整体均匀性的提高有着明显的效果。因此，采用泥浆浇注工艺制备石英陶瓷天线罩，可将聚乙烯醇作为添加剂加入到石英料浆中，以提高石英陶瓷天线罩整体性能的均匀性。

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