CN103042697A

CN103042697A - 碳纤维天线反射面的一体成型工艺

Info

Publication number: CN103042697A
Application number: CN2012105893704A
Authority: CN
Inventors: 孙超明; 赵卫生; 彭玉刚; 谈娟娟; 杨凯; 张翠妙; 刘辉
Original assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Current assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开了一种碳纤维天线反射面一体成型工艺，包括步骤如下：1）预制天线反射面的模具；2）清理模具，涂脱模剂；3）在模具表面铺脱模布，其上铺外蒙皮碳纤维预浸料，再将该外蒙皮碳纤维预浸料连同脱模布一起取下放置备用；4）在模具上铺内蒙皮碳纤维预浸料，其上涂胶膜；5）预制天线反射面用的背架，将其粘在胶膜上；6）铺覆蜂窝层，上铺第二层胶膜；将外蒙皮碳纤维预浸料，加热粘接其上表面；7）依次包覆脱模布、透气毡及真空袋后成型为碳纤维天线反射面毛坯，经高温固化脱模；最后打磨平整、检验脱模后碳纤维天线反射面制品内表面精度，制备成碳纤维天线反射面。该产品可一体成型，一次固化，成本低；可成型大尺寸天线反射面产品。

Description

碳纤维天线反射面的一体成型工艺

技术领域

本发明涉及一种碳纤维天线反射面的一体成型工艺，成型的碳纤维天线反射面应用于通信及测控技术领域。

背景技术

碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、高精度、耐腐蚀、耐疲劳、减振性好等特点，20世纪90年代就已在星载天线反射面领域得到广泛应用。随着工艺技术的进步、材料成本的降低，碳纤维复合材料必将取代更多的金属材料，成为便携式、车载、机载、星载天线甚至地面站天线反射面及结构件的主流材料。

目前，碳纤维复合材料天线反射面主要为蜂窝夹芯结构，内、外蒙皮采用碳纤维预浸料热压罐中温固化成型，而后再与蜂窝夹芯采用胶膜粘接成型。该方法的优点是产品质量稳定、力学性能好；缺点是工艺繁琐，需要多次进罐，无法一体成型，成本较高，且受热压罐的口径限制无法制得大口径的反射面，限制了其在民用领域中的应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可简化工艺，不用热压罐固化，制造成本低，产品精度高，可成型大口径的碳纤维天线反射面的一体成型方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种碳纤维天线反射面的一体成型工艺，包括一对背架，在该对背架的后端开有固定孔；其步骤如下：

1）预制碳纤维天线反射面的模具；

2）将步骤1）预制的模具表面清理干净，涂覆脱模剂；

3）在步骤2）模具的表面铺覆一层脱模布，其上铺贴外蒙皮碳纤维预浸料，同时将铺贴过程中层与层之间的气泡赶出，铺好后将该外蒙皮碳纤维预浸料连同脱模布一起取下放置备用；

4）在步骤3）取下外蒙皮碳纤维预浸料的模具上铺贴内蒙皮碳纤维预浸料，同时将铺贴过程中层与层之间的气泡赶出；在铺好的内蒙皮碳纤维预浸料表面铺覆一层胶膜；

5）2个所述背架平行于所述模具长径方向以其轴心为准向两侧等距平行铺放在步骤4）所述的胶膜上且与其表面粘接固定，其粘接长度为该背架由前端至全长的2/3段；所述背架装有固定孔的后端伸出所述模具长径方向一端；2个所述背架固装孔之间的距离为0.1～1米；同时加热该胶膜将预埋金属件粘在所述背架周边的胶膜上；

6）取一蜂窝层，将其裁剪至与所述内蒙皮表面尺寸相同铺覆在胶膜上且将背架2的位置处剪开，铺覆在背架2周边及以外的胶膜上；裁剪处用发泡胶连接；而后在蜂窝层上铺覆第二层胶膜；将步骤4）制备的外蒙皮碳纤维预浸料划线裁去所述背架部分后铺覆在第二层的胶膜上；再加热外蒙皮碳纤维预浸料使其通过第二层胶膜粘在第一层胶膜上；

7）在步骤5）成型的外蒙皮碳纤维预浸料上表面依次包覆脱模布、透气毡及真空袋后成型为碳纤维天线反射面毛坯，将其送入一固化炉内在真空状态下高温固化；固化完成后自然冷却至低于50度后脱模；

8）将脱膜后的翻边毛刺打磨平整，外蒙皮处刮腻子，打磨平整；

9）用三坐标测量仪检验脱模后的所述碳纤维天线反射面制品内表面精度，制备而成所述碳纤维天线反射面。

步骤1）所述的天线反射面模具为铸铁或钢数控铣制备，型面误差小于0.3mm。

步骤2）所述的碳纤维预浸料为碳纤维单向预浸料或碳纤维织物预浸料中一种或两种组合物。

步骤3）所述背架设有一对，为铝合金预制件；背架的前端位于该背架长径的中部，且粘接在第一层胶膜上；2个背架与该碳纤维天线反射面相接面的前端以该碳纤维天线反射面的轴心向两侧等距平行粘接，其两侧的间距各为0.1～1米。

步骤5）所述的蜂窝层为铝蜂窝夹芯材料。

步骤6）所述固化炉上装有真空管道，真空管道与外设真空泵相接；所述固化炉加热和抽真空同时进行；所述固化温度为80～180℃。

上述固化炉加热温度在常温至200℃之间。

上述的真空管道上串装有真空表，该真空表设定的真空压力低于-0.085MPa。

由于采用了上述技术方案，本发明具有优点和有益效果如下：1）天线反射面内、外蒙皮、蜂窝夹芯材料与背架可一体成型，工艺简单，易操作，加工效率高，不用多次固化，节约了成本；2）使用固化炉固化，可成型大尺寸天线反射面产品，扩大其应用范围。

附图说明

图1为本发明天线反射面与背架连接位置结构示意图。

图2为天线反射面的工艺结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做详细说明。

如图1所示，本发明的天线反射面由反射面1和背架2组装而成。其中，反射面1为椭圆形，其长径为0.5～2米，短径为0.3～1.8米，厚度为8～18毫米；背架2设有一对，为铝合金加工的预制件；一般背架的薄厚、规格大小均与反射面1的薄厚、规格大小对应设置，背架2的前端与反射面的内蒙皮上铺设的胶膜粘接，2个背架以该反射面的轴心向两侧等距平行粘接，其间距为0.1～1米。

如图2所示，天线反射面在模具上成型；其中模具3为上凸的弧形面，弧形面的下方为多个垂直于平行面的支撑柱；反射面1在模具3的表面成型，其由下至上依次铺设有内蒙皮4、背架2、蜂窝层5、外蒙皮6、脱模布7、透气毡9、真空袋10、真空嘴8；其中，真空嘴8通过真空管与外设的真空泵12连接；上述铺在模具3上的反射面毛坯与模具3一起送入一固化炉11内加温固化；同时接通真空泵通过真空嘴将其真空袋10内腔抽真空，在真空环境下固化成型为本发明的反射面1。

该天线反射面的成型工艺，包括一对背架，在该对背架的后端开有固定孔；其步骤如下：

1）预制天线反射面的模具3；

2）将步骤1）预制的模具3表面清理干净，涂覆脱模剂；

3）在步骤2）模具3的表面铺覆一层脱模布，其上铺贴外蒙皮碳纤维预浸料，同时用刮板将铺贴过程中层与层之间的气泡赶出，铺好后将外蒙皮碳纤维预浸料连同脱模布一起取下放置备用；

4）在步骤3）取下碳纤维预浸料的模具上铺贴内蒙皮碳纤维预浸料，同时将铺贴过程中层与层之间的气泡赶出；在铺好后的内蒙皮碳纤维预浸料表面铺覆一层胶膜；

5）2个所述背架平行于所述模具长径方向以其轴心为准向两侧等距平行铺放在步骤4）所述的胶膜上且与其表面粘接固定，其粘接长度为该背架由前端至全长的2/3段；所述背架装有固定孔的后端伸出所述模具长径方向一端；2个所述背架固装孔之间的距离为0.1～1米；

6）取一蜂窝层5，将其裁剪至与内蒙皮4大小相同的形状，将背架2的位置处剪开，铺覆在背架2周边及以外的胶膜上，蜂窝层5与背架2之间以及蜂窝层5剪开之处用发泡胶连接；而后在铝蜂窝5上再铺覆第二层胶膜；将步骤3）制备的外蒙皮碳纤维预浸料6划线裁去背架2所在部分后铺覆在第二层的胶膜上；再加热外蒙皮碳纤维预浸料6使其通过第二层胶膜粘在第一层胶膜上；

7）在步骤6）铺好的外蒙皮碳纤维预浸料6上表面依次包覆脱模布7、透气毡9及真空袋10后成型为碳纤维天线反射面毛坯，将其送入固化炉12内在真空状态下高温固化；固化完成后自然冷却至低于50度后脱模；

9）用三坐标测量仪检验脱模后的碳纤维天线反射面制品内表面精度，制备而成本发明的碳纤维天线反射面。

其中，背架2与第一层胶膜的粘接、外蒙皮通过第二层胶膜与第一层胶膜的粘接所用的热源为电吹风。

步骤1）中天线反射面模具为铸铁或钢数控铣制备，型面误差小于0.3mm。

步骤3）、4）中碳纤维预浸料为碳纤维单向预浸料或碳纤维织物预浸料其中之一或它们的组合物。

步骤5）中蜂窝层5为铝蜂窝夹芯材料。

步骤6）中固化炉12上带真空管道，真空管道接外设的真空泵，固化炉12可以边加热边抽真空。固化炉12可加热温度为常温至200℃。真空管道上接真空表，真空压力可以在-0.085MPa以下。

以下通过具体实例对本发明技术方案作进一步详细说明。其中，所用的各种原料均可以通过商业途径获得。

实例1：

1）根据球墨铸铁数控铣制造天线反射面模具，模具型面误差小于0.2mm；模具上包含定位工装，该工装可以通过销子将背架定位。

2）将反射面金属模具表面清理干净，涂覆脱模剂；

3）在模具上铺覆一层脱模布，而后铺贴外蒙皮预浸料，预浸料选用上海力硕的LS-15000预浸料，铺层角度选择「0 /+45 / -45/90/90/-45/+45/0」铺层形式，铺贴时使用刮板将层与层之间的气泡赶出，铺好后将预浸料连同脱模布一起取下放置在一边备用。

4）在模具上铺贴内蒙皮预浸料，预浸料选用上海力硕的LS-15000预浸料，铺层角度选择「0 /+45 /-45/90/90/-45/+45/0」铺层形式，铺贴时使用刮板将层与层之间的气泡赶出，内蒙皮铺贴好后在上面均匀铺覆一层胶膜，将铝合金加工制备的背架定好位放置在胶膜上，通过胶膜粘接在产品中。使用电吹风加热胶膜使背架粘在胶膜上。

5）将铝蜂窝外缘裁剪至与内蒙皮大小相当，铺放在胶膜上，铝蜂窝选用苏州航泰蜂窝科技有限公司的铝蜂窝材料，铝蜂窝边长4mm、铝箔厚度0.06mm、高度10mm，铝蜂窝尺寸不够可以拼接，接缝用发泡胶填充。而后在铝蜂窝上再均匀铺放一层胶膜，将步骤（3）制备的外蒙皮划线裁去背架部分，而后铺覆在胶膜上。使用电吹风加热外蒙皮使其粘在胶膜上。

6）在外蒙皮上依次包覆脱模布、透气毡、真空袋、真空嘴，进固化炉固化，边固化边抽真空。固化条件为（80±5）℃/0.5h+（130±5）℃/1.5h，真空袋内压力小于-0.085MPa。产品自然冷却至50度脱模。

7）将翻边毛刺打磨平整，外蒙皮处刮腻子，打磨平整。

8）使用三坐标测量仪检验内表面，即反射面正面的精度，三坐标测量仪可以使用通用的仪器设备。

实例2：

1）根据钢材料制造天线反射面模具；模具型面误差小于0.3mm；模具上包含定位工装，该工装可以通过销子将背架定位。

2）将反射面金属模具表面清理干净，涂覆脱模剂；

3）在模具上铺覆一层脱模布，而后铺贴外蒙皮碳纤维预浸料，预浸料选用威海光威的W3021预浸料，铺层角度选择「0（90）/±45/±45/0（90）」铺层形式，铺贴时使用刮板将层与层之间的气泡赶出，铺好后将预浸料连同脱模布一起取下放置在一边备用。

4）在模具上铺贴内蒙皮预浸料，预浸料选用威海光威的W3021预浸料，铺层角度选择「0（90）/±45/±45/0（90）」铺层形式，铺贴时使用刮板将层与层之间的气泡赶出，内蒙皮铺贴好后在上面均匀铺覆一层胶膜，将铝合金加工制备的背架定好位放置在胶膜上，通过胶膜粘接在产品中。使用电吹风加热胶膜使背架粘在胶膜上。

5）将铝蜂窝外缘裁剪至与内蒙皮大小相当，铺放在胶膜上，铝蜂窝选用苏州航泰蜂窝科技有限公司的铝蜂窝材料，铝蜂窝边长5mm，铝箔厚度0.07mm，厚度8mm，铝蜂窝尺寸不够可以拼接，接缝用发泡胶填充。而后在铝蜂窝上均匀铺覆一层胶膜，将步骤3）制备的外蒙皮划线裁去背架部分，而后铺覆在胶膜上。使用电吹风加热外蒙皮使其粘在胶膜上。

6）在外蒙皮上依次包覆脱模布、透气毡、真空袋、真空嘴，进固化炉固化，边固化边抽真空。固化条件为（80±5）℃/1h+（130±5）℃/2h，真空袋内压力小于-0.085MPa。产品自然冷却至40度以下脱模。

7）将翻边毛刺打磨平整，外蒙皮处刮腻子，打磨平整。

本发明天线反射面成型后内表面的精度要求与其应用领域直接相关，按照产品的应用不同精度要求不同，可参照具体应用领域的行业标准进行检测。

Claims

1.一种碳纤维天线反射面的一体成型工艺，包括一对背架，在该对背架的后端开有固定孔；其步骤如下：

1）预制碳纤维天线反射面的模具；

2）将步骤1）预制的模具表面清理干净，涂覆脱模剂；

2.如权利要求1所述的一体成型工艺，其特征在于：步骤1）所述的天线反射面模具为铸铁或钢数控铣制备，型面误差小于0.3mm。

3.如权利要求2所述的一体成型工艺，其特征在于：步骤2）所述的碳纤维预浸料为碳纤维单向预浸料或碳纤维织物预浸料中一种或两种组合物。

4.如权利要求3所述的一体成型工艺，其特征在于：步骤3）所述背架设有一对，为铝合金预制件；所述背架的前端位于该背架长径的中部，其粘接在所述第一层胶膜上，前端2个背架以该碳纤维天线反射面的轴心向两侧等距平行粘接，其间距为0.1～1米。

5.如权利要求1所述的一体成型工艺，其特征在于：步骤5）所述的蜂窝层为铝蜂窝夹芯材料。

6.如权利要求1-5任一项所述的一体成型工艺，其特征在于：步骤6）所述固化炉上装有真空管道，真空管道与外设真空泵相接；所述固化炉加热和抽真空同时进行；所述固化温度为80～180℃。

7.如权利要求6所述的一体成型工艺，其特征在于：所述固化炉加热温度为常温至200℃。

8.如权利要求7所述的一体成型工艺，其特征在于：所述真空管道上串装有真空表，该真空表设定的真空压力低于-0.085MPa。