衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法；具體包括：裁剪預(yù)浸料；按照零膨脹系數(shù)設(shè)計進(jìn)行預(yù)浸料鋪層；鋪設(shè)好的預(yù)浸料進(jìn)行脈動模壓式的連續(xù)成型制得可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜；將成型后并經(jīng)過處理的可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜按照上、下對稱的方式放在大型平臺上，膠接；打磨對接處溢出的膠粘劑，裁剪構(gòu)件兩邊及邊角，即可。本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)式的搭接鋪層方式，采用整體非搭接式的連續(xù)鋪層，預(yù)制成型出大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的預(yù)浸料坯件，以“時間換空間”的時空轉(zhuǎn)換思想，采用脈動式模壓連續(xù)成型技術(shù)，突破了成型設(shè)備及成型模具尺寸對制件成型技術(shù)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了小空間小尺寸整體制備大型復(fù)合材料構(gòu)件的技術(shù)。
【專利說明】衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天復(fù)合材料成型領(lǐng)域，具體地，涉及一種衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]因?yàn)榘l(fā)射器有效空間載荷的限制，可展開空間結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的航天領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。目前，一個明顯的趨勢是在未來空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，像儀器支撐桿、天線、反射器、太陽帆、以及大的太陽能系統(tǒng)，都將用到可展開空間結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料可展開結(jié)構(gòu)件在地面完成固化，到空間后依靠復(fù)合材料的彈性應(yīng)變充分展開，該形式高效解決有效載荷的空間有限性矛盾的同時，大大提高了衛(wèi)星展開結(jié)構(gòu)的工作可靠性。但大型的空間可展開構(gòu)件結(jié)構(gòu)上要求整體性非搭接，傳統(tǒng)的熱壓罐方式受到尺寸的制約，不能滿足大型空間展開構(gòu)件的成型，因此亟需開發(fā)高精度大型空間可展開構(gòu)件的整體成型方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法，通過改變傳統(tǒng)式的搭接鋪層方式，采用預(yù)浸料0°方向上的整體非搭接式的連續(xù)鋪層，預(yù)制成型出大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的預(yù)浸料坯件，以“時間換空間”的時空轉(zhuǎn)換思想，采用脈動式模壓連續(xù)成型技術(shù)，突破了成型設(shè)備及成型模具尺寸對制件成型技術(shù)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了小空間小尺寸整體制備大型復(fù)合材料構(gòu)件的技術(shù)，解決國內(nèi)在大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件成型及應(yīng)用領(lǐng)域的空白。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法，所述方法包括:將鋪層好的預(yù)浸料進(jìn)行脈動模壓式的連續(xù)成型制得可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜；膠接可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜，制得所述衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件。
[0006]優(yōu)選的，所述鋪層好的預(yù)浸料是采用整體非搭接模式進(jìn)行連續(xù)鋪層的。
[0007]優(yōu)選的，所述方法包括以下步驟:
[0008]A、裁剪:將預(yù)浸料裁剪出幅寬分別為80?160mm、200?400mm的長度不限的0°預(yù)浸料，以及幅寬200?400mm的45°預(yù)浸料；
[0009]B、鋪層:按照零膨脹系數(shù)設(shè)計進(jìn)行預(yù)浸料鋪層，構(gòu)件較厚部位鋪層層數(shù)為7層、較薄部位鋪層層數(shù)為5層；鋪層角度為0°及45°，且0°預(yù)浸料和45°預(yù)浸料是間隔式鋪放，鋪放長度為整體非搭接模式；
[0010]C、固化:將步驟B中鋪設(shè)好的預(yù)浸料采用非熱壓罐式固化；固化方式為脈動模壓式的連續(xù)成型制得可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜；成型的速度為5?lOOcm/min、固化時間為10?120min，固化溫度為60?400。。；
[0011]D、膠接:將成型后并經(jīng)過處理的可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜按照上、下對稱的方式放在大型平臺上，膠接；
[0012]E、后處理:將對接處溢出的多余膠粘劑打磨掉，裁剪構(gòu)件兩邊以及邊角，即得所述衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件。
[0013]優(yōu)選的，步驟A中，所述預(yù)浸料為單向碳纖維預(yù)浸料或平紋織物預(yù)浸料。
[0014]優(yōu)選的，所述單向碳纖維預(yù)浸料為T300-3K或T300-1K預(yù)浸料；所述平紋織物預(yù)浸料為T300-3K、T700-6K或T700-12K平紋織物預(yù)浸料。
[0015]優(yōu)選的，步驟B中，所述預(yù)浸料為單向碳纖維T300-3K預(yù)浸料；所述0°和45°的單向碳纖維T300-3K預(yù)浸料厚度方向上對稱鋪層設(shè)置。
[0016]優(yōu)選的，步驟B中，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進(jìn)行局部增強(qiáng)提高基頻時，局部增強(qiáng)的部位采用幅寬為80?160mm的預(yù)浸料，鋪層角度為0°，其余部位采用幅寬為200?400mm的預(yù)浸料，鋪層角度為0°和45°。
[0017]優(yōu)選的，步驟C中，所述脈動模壓式的連續(xù)成型中，通過控制熱壓機(jī)構(gòu)的間歇式開閉合，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的連續(xù)成型，通過設(shè)置熱壓機(jī)構(gòu)的閉模/開模時間控制成型的速度和固化時間。
[0018]優(yōu)選的，所述熱壓機(jī)構(gòu)的閉模/開模時間為10?720s。
[0019]優(yōu)選的，所述脈動模壓式的連續(xù)成型具體包括:
[0020]a、鋪設(shè)好的預(yù)浸料進(jìn)入固化裝置，熱壓機(jī)構(gòu)閉合加熱加壓，10?720s后熱壓機(jī)構(gòu)開合，已固化成型的可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜被牽引一段距離；
[0021]b、重復(fù)步驟a，直至完成整體成型。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023]本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)式的搭接鋪層方式，采用預(yù)浸料0°方向上的整體非搭接式的連續(xù)鋪層，預(yù)制成型出大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的預(yù)浸料坯件，以“時間換空間”的時空轉(zhuǎn)換思想，采用脈動式模壓連續(xù)成型技術(shù)，突破了成型設(shè)備及成型模具尺寸對制件成型技術(shù)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了小空間小尺寸整體制備大型復(fù)合材料構(gòu)件的技術(shù)，解決了大型衛(wèi)星用的復(fù)合材料可展開構(gòu)件的整體式成型方法，制備效率高，性能優(yōu)異。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0025]圖1為本發(fā)明大型衛(wèi)星用復(fù)合材料可展開結(jié)構(gòu)件的制造方法工藝流程圖；
[0026]圖2為可展開應(yīng)變能桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為脈動模壓式的連續(xù)成型示意圖；其中，1為第一張力輪輥，2為預(yù)制件，3為熱壓機(jī)構(gòu)，4為為第二張力輪輥；
[0028]圖4為可展開應(yīng)變能桿瓣膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]實(shí)施例1
[0031]本實(shí)施例提供一種衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件(圖2所示的可展開應(yīng)變能桿)的制備方法；制備流程如圖1，具體包括如下步驟:
[0032](1)裁剪
[0033]將預(yù)浸料裁剪為幅寬80?160mm和200?400mm兩種規(guī)格，長度50?150m的0°預(yù)浸料，再裁剪出100?4000張45°規(guī)格為200?400mm寬的預(yù)浸料。
[0034]預(yù)浸料是指用樹脂基體在嚴(yán)格控制的條件下浸潰連續(xù)纖維或織物，制成的樹脂基體與增強(qiáng)體的復(fù)合材料。上述預(yù)浸料可以為單向碳纖維T300-3K(或T300-1K)預(yù)浸料*T300-3K(T300-3K)、T700-6K(T700-12K)平紋織物預(yù)浸料；本實(shí)施例中選用單向碳纖維Τ300-3Κ預(yù)浸料。
[0035](2)鋪層
[0036]按照零膨脹系數(shù)設(shè)計進(jìn)行鋪層，鋪層層數(shù)為7層(較厚部位)和5層(較薄部位)，鋪層角度分別為0°及45°，且0°預(yù)浸料和45°預(yù)浸料是間隔式鋪放，具體為(+45° /0。/-45° /0。/-45° /0。/+45° )和(+45° /-45。/0。/-45。/+45° );結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進(jìn)行局部增強(qiáng)提高基頻時，局部增強(qiáng)的部位采用幅寬80?160mm的預(yù)浸料，鋪層角度為0°，其余部位采用幅寬200?400mm的預(yù)浸料，鋪層角度為0°和45°，0°預(yù)浸料和45°預(yù)浸料同樣是間隔式鋪放，鋪放長度為50?150m，鋪放方式為整體式非搭接模式。上述鋪層角度的基準(zhǔn)為可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜的長度方向?yàn)?°。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，0°和45°的單向碳纖維T300-3K預(yù)浸料在厚度方向上對稱鋪層設(shè)置。
[0037](3)固化
[0038]將鋪設(shè)好的預(yù)浸料采用非熱壓罐式固化；固化方式為脈動模壓式的連續(xù)成型如圖3所示，首先將鋪設(shè)好的預(yù)浸料放置在脈動模壓式的連續(xù)成型裝置上如圖3中第一張力輪輥1所示位置，并如預(yù)制件2所示方式穿過熱壓機(jī)構(gòu)3鋪放開。通過控制熱壓機(jī)構(gòu)的間歇式開閉合，在熱壓機(jī)構(gòu)打開時，已經(jīng)固化成型的構(gòu)件由第二張力輪輥4牽引拉出，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的連續(xù)成型。固化過程中熱壓機(jī)構(gòu)的閉模/開模時間10?720s/次，控制成型的速度5?100cm/min和固化時間10?120min,控制熱壓機(jī)構(gòu)的固化溫度60?400°C,通過控制熱壓機(jī)構(gòu)的固化溫度保證固化過程中溫度的準(zhǔn)確和一致性；該步驟成型出的制件為可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜如圖4所示。
[0039](4)膠接
[0040]首先將可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜的待膠接面用0#?2#砂紙打磨處理，并清洗干凈，室溫下敞亮干后，涂敷膠粘劑，確保膠粘劑涂敷均勻而且與待膠接面完全浸潤。以上工序完成后將可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜按照上、下對稱的方式放在大型平臺上，采用中心基準(zhǔn)控型定位法膠接。并保證室溫固化24小時，且其間無任何移動。
[0041](5)后處理
[0042]脫模后，將對接處多余的膠粘劑打磨掉，裁剪構(gòu)件兩邊以及邊角，滿足可展開構(gòu)件的設(shè)計指標(biāo)要求；
[0043]本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了適合衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法，制備效率高，性能優(yōu)異。
[0044]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件的制造方法，其特征在于，所述方法包括:將鋪層好的預(yù)浸料進(jìn)行脈動模壓式的連續(xù)成型制得可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜；膠接可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜，制得所述衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述鋪層好的預(yù)浸料是采用整體非搭接模式進(jìn)行連續(xù)鋪層的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: A、裁剪:將預(yù)浸料裁剪出幅寬分別為80?160mm、200?400mm的長度不限的0°預(yù)浸料，以及幅寬200?400_的45°預(yù)浸料； B、鋪層:按照零膨脹系數(shù)設(shè)計進(jìn)行預(yù)浸料鋪層，構(gòu)件較厚部位鋪層層數(shù)為7層、較薄部位鋪層層數(shù)為5層；鋪層角度為0°及45°，且0°預(yù)浸料和45°預(yù)浸料是間隔式鋪放，鋪放長度為整體非搭接模式； C、固化:將步驟B中鋪設(shè)好的預(yù)浸料采用非熱壓罐式固化；固化方式為脈動模壓式的連續(xù)成型制得可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜；成型的速度為5?lOOcm/min、固化時間為10?120min，固化溫度為60?400°C ； D、膠接:將所述可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜按照上、下對稱的方式放在大型平臺上，膠接； E、后處理:將對接處溢出的多余膠粘劑打磨掉，裁剪構(gòu)件兩邊以及邊角，即得所述衛(wèi)星用大型空間可展開復(fù)合材料構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟A中，所述預(yù)浸料為單向碳纖維預(yù)浸料或平紋織物預(yù)浸料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述單向碳纖維預(yù)浸料為T300-3K或T300-1K預(yù)浸料；所述平紋織物預(yù)浸料為T300-3K、T700-6K或T700-12K平紋織物預(yù)浸料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟B中，所述預(yù)浸料為單向碳纖維T300-3K預(yù)浸料；所述0°和45°的單向碳纖維T300-3K預(yù)浸料厚度方向上對稱鋪層設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟B中，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進(jìn)行局部增強(qiáng)提高基頻時，局部增強(qiáng)的部位采用幅寬為80?160mm的預(yù)浸料，鋪層角度為0°，其余部位采用幅寬為200?400mm的預(yù)浸料，鋪層角度為0°和45°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的制造方法，其特征在于，所述脈動模壓式的連續(xù)成型中，通過控制熱壓機(jī)構(gòu)的間歇式開閉合，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的連續(xù)成型，通過設(shè)置熱壓機(jī)構(gòu)的閉模/開模時間控制成型的速度和固化時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述熱壓機(jī)構(gòu)的閉模/開模時間為10 ?720s。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述脈動模壓式的連續(xù)成型具體包括: a、鋪設(shè)好的預(yù)浸料進(jìn)入固化裝置，熱壓機(jī)構(gòu)閉合加熱加壓，10?720s后熱壓機(jī)構(gòu)開合，已固化成型的可展開結(jié)構(gòu)件瓣膜被牽引一段距離； b、重復(fù)步驟a，直至完成整體成型。
【文檔編號】B29C70/38GK104260368SQ201410374608
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】李濤, 諸靜, 田杰, 楊恒, 戴晶濱, 王曉蕾, 居建國 申請人:上海復(fù)合材料科技有限公司