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毫米波雷达罩为什么多用 LCP,薄到 0.6mm 还能稳?

材料应用4 分钟阅读含视频00:27

问题变形、熔接痕技术浇口动态变温材料LCP、PA46、PA9T行业汽车
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雷达罩是一块透波的塑料板,装在保险杠后面。它要薄、要透波、要在 −40℃ 到 85℃ 之间尺寸不变。

三个要求叠在一起,能选的料不多。LCP 是其中之一。

薄,是为了透波

雷达工作在 76–81GHz。频率越高,波长越短,材料对波的损耗越敏感。

壁越薄,波穿过的路径越短,损耗越小。所以雷达罩的壁厚通常控制在 1mm 以内,薄的做到 0.6mm。

薄壁对材料的要求是流动性。LCP 的熔体黏度低,0.6mm 的壁能填满,这是它被选中的第一个理由。

薄壁还要考虑刚性。罩子要抗石击、抗风压,太软会变形移位,影响雷达的指向。

所以薄与刚要同时满足:薄靠流动性,刚靠玻纤。LCP 加 30% 玻纤,是这个组合的常见解。

还要考虑焊点与装配。罩子通常用卡扣或者螺钉固定在支架上,固定点的局部厚度要比罩面厚。

固定点厚、罩面薄,是壁厚不均。缩痕与翘曲都从这里出,设计时要把过渡做缓。

过渡的长度按 1:3 做。太急,固定点背面会缩;太长,罩面的有效透波面积被占。

固定点的螺钉也要选对。金属螺钉的扭矩大,会把塑料压裂,通常用带衬套的方案。

衬套要与罩面同轴。偏了 0.1mm,装配时螺钉就歪,件的应力集中。

图 1 壁厚与透波损耗:越薄损耗越小
图 1 壁厚与透波损耗:越薄损耗越小

稳,是因为各向异性可控

雷达罩的尺寸稳定性,直接影响雷达的标定。罩子变形 0.2mm,波束就偏。

LCP 的收缩率各向异性很大:30% 玻纤的牌号,流动方向 0.10%,垂直方向 0.40%,差 4 倍。

4 倍的方向差,意味着件的形状设计要顺着流。平板件沿流动方向长、垂直方向短,方向差的影响就小。

如果设计成方形,两个方向的收缩差会直接变成翘曲。这时候要么改浇口,要么改件的比例。

所以「LCP 稳不稳」这句话,要看件形。同样的料,长条件稳,方形件不稳。

温度:−40℃ 到 85℃ 的循环

汽车件的温度循环是硬指标。雷达罩在冬天冷、夏天热,还要经受发动机舱的辐射热。

LCP 的熔点 335℃,Tg 在 100℃ 以上,85℃ 的长期温度对它是余量充足的。

温度循环会带来尺寸的微小变化。LCP 的线膨胀系数小,方向性也强,循环后的尺寸偏移比 PA 类材料小。

这是 LCP 在雷达罩上的第二个理由:温度循环下的尺寸稳。

要注意的是吸湿。LCP 吸水率低,湿度对尺寸的影响小。这一点比 PA9T、PA46 有优势。

图 2 温度循环下的尺寸偏移:LCP 与 PA 类材料的差别
图 2 温度循环下的尺寸偏移:LCP 与 PA 类材料的差别

模温与浇口

LCP 的模温通常 80–120℃。模温低,凝固快,取向强,方向差大;模温高,取向弱一些,但周期长。

雷达罩这类薄壁件,模温取中高值,让熔体在充模过程中不至于过早凝固。

浇口方面,LCP 可以用 SD、VG、PVG,TP 不推荐。薄壁件多用 SD,结构简单、压力损失小。

浇口位置要避开雷达的照射区。浇口处的取向与收缩与其他区域不同,会形成一块「异常区」。

这一条在结构评审时要标出来:浇口、流道、顶针的位置,都不能落在雷达的主瓣区域。

表面与涂装

雷达罩的外表面通常要喷漆,与保险杠同色。LCP 的表面能低,附着力差,涂装前要处理。

处理的办法是等离子或者火焰处理,提高表面能。处理后要在规定时间内喷涂,超时会失效。

油漆的厚度也要控制。漆层太厚,对毫米波的损耗增加,雷达的性能下降。

所以雷达罩的涂装,不是普通的外观涂装。漆的介电性能、厚度,都要与雷达的性能一起核。

这一条常被外观部门忽略。漆喷得漂亮,雷达却不灵,最后查不出原因。

验收与试验

雷达罩的验收有三组:尺寸(含温度循环后)、透波(介电常数与损耗角)、外观(涂装与缺陷)。

尺寸的测点要选在主瓣对应的区域,不是随便选几个点。测点选错,数据没意义。

透波的测试要用专用的夹具,按客户的频段测。不同频段的结果不能互推。

外观的验收要含「不可见缺陷」:内部的空洞、熔接痕、玻纤团聚。这些缺陷对透波有影响。

三组都过,件才能装车。少一组,后面的问题会在整车上暴露。

把件的壁厚、雷达频段、温度循环要求、涂装工艺发来,我们按材料与浇口核一遍,确认后再报价格。

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文章涉及拉丝、流延、堵嘴或高温材料,先按 SD 直通嘴核对浇口固化与断料条件。

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