CN104162994A - 一种碳纤维抛物面天线的制造方法 - Google Patents

一种碳纤维抛物面天线的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维抛物面天线的制造方法,其包括以下步骤：(1)制模；(2)抛光；(3)检测模具的表面精度；(4)模具加热并涂抹清洗剂以去除杂物；(5)涂抹脱模剂；(6)在模具的凸模上铺设多层前蒙皮碳纤维布预浸料；(7)在凸模的铺设一层胶膜；(8)在胶膜上铺设泡沫芯材，并放置多个铝制预埋件；(9)在泡沫芯材铺设一层胶膜；(10)在胶膜上铺设多层后蒙皮碳纤维布预浸料；(11)用销钉将模具固接：(12)热压固化成型；(13)冷压固化成型；(14)脱模并去除毛刺并装配；(15)检验合格后即得到碳纤维抛物面天线。本方法相比传统的热压罐，工艺效率提高8.5倍，周期缩短，成本下降。

Description

一种碳纤维抛物面天线的制造方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，涉及一种碳纤维复合材料的制备，尤其涉及一种碳纤维抛物面天线的制造方法。
背景技术
碳纤维复合材料具有比强度高、比模量高，热膨胀系数低等特点，是制作高精度天线的理想材料。蜂窝夹层结构由于具有很高的整体刚度而被广泛应用到天线领域。然而，随着通信、探测技术的迅速发展和卫星在轨寿命的增加，对天线结构进行的环境试验条件和反射面的精度提出了更高的要求。按照传统的制造方法，在蜂窝夹层结构成型过程中经历停真空加外压的过程，压差变化容易产生真空嘴处蜂窝夹芯向板内收缩，影响反射区域精度；在冷热交变条件下由于所用树脂基体层间强度不高，出现纤维层间脱开现象，导致天线反射器试验后型面精度降低；在反射面的热真空试验过程中由于内部存在封闭区域出现鼓包现象，影响反射面精度的稳定性。
目前制造天线的工艺以热压罐工艺为主，但受热压罐工艺的高能耗、低效率、反射器精度不稳定等因素影响，已无法满足大批量生产、节能减排的要求。以2米*3米热压罐为例，每次可以成型固化1米口径天线3个，常温至130℃升温需要2小时，恒温需要6小时，冷却至常温需要6小时,综合成型时间为14小时，每天成型固化不到2次，局限性大，产量低。大量生产时必须提高热压罐的尺寸和数量，但是易导致模具的周转率降低。
此外，超过80％的热压罐都采用电加热，内部加压使用空气压缩机，冷却采用强制循环水冷却，加之成型时间长，成本较高，不适合大批量和大型天线的生产。
因热压罐工艺采用的单面金属模具(球墨铸铁)外加真空袋抽真空的过程中成型固化，在温度的变化过程中(真空度为-0.096MPa)，真空袋无法强制让产品紧贴模具型面，造成产品的精度始终在0.15～0.3R.M.S之间波动，无法做到稳定和高精度的生产，目前国内外的KA片段天线面精度必须保证在0.08R.M.S以内才能完全达到电性能指标。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种碳纤维抛物面天线的制造方法。
技术方案：一种碳纤维抛物面天线的制造方法，包括以下步骤：
(1)预制碳纤维抛物面天线的模具，所述模具包括凹模和凸模；
(2)将步骤(1)所述模具抛光；
(3)使用MPS/S单相机工业摄影测量系统检测步骤(2)所述模具的表面精度，步骤(2)所述模具的表面精度的均方根小于0.005R.M.S；
(4)将步骤(3)所述模具加热并涂抹清洗剂以去除杂物；
(5)在步骤(4)所述模具表面均匀涂抹脱模剂；
(6)在步骤(5)所述模具的凸模上铺设多层前蒙皮碳纤维布预浸料，同时将铺设过程中层与层之间的气泡赶出；
(7)在步骤(6)所述凸模的铺设一层用于粘结所述前蒙皮碳纤维布预浸料和泡沫芯材的胶膜；
(8)在步骤(7)所述的胶膜上铺设所述泡沫芯材，并放置多个连接搭扣使用的铝制预埋件；
(9)在步骤(8)所述凸模的泡沫芯材铺设一层胶膜；
(10)在步骤(9)所述胶膜上铺设多层后蒙皮碳纤维布预浸料，同时将铺设过程中层与层之间的气泡赶出；
(11)用销钉将步骤(10)中所述凸模与所述凹模固接：
(12)在四柱热压机的工作台上将步骤(11)中所述凸模与所述凹模热压固化成型；
(13)将步骤(12)所述凸模与所述凹模放置在冷压机上固化成型；
(14)脱模并将脱模后的预制件的翻边毛刺打磨平整并装配；
(15)使用MPS/S单相机工业摄影测量系统检验步骤(14)所述装配后的预制品的表面精度，合格后即得到所述碳纤维抛物面天线。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(1)中所述模具为采用球墨铸铁制作的凹凸对开的凹模和凸模，所述凹模和所述凸模的四角对应的位置设有四个定位销孔。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：上述定位销孔与所述凹模、所述凸模一体成型。凹模和凸模用4个∮20的销钉定位，防止错模。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(2)所述抛光包括以下步骤：
(21)用320#油石粗抛，去除毛边；
(22)再接着用600#油石抛光；
(23)再接着用1000#油石抛光；
(24)再接着用1500#油石抛光；
(25)最后用3000#抛光膏配合羊毛抛光轮将所述模具抛成镜面，所述模具的凹面和凸面的粗糙度小于0.2。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(3)包括以下步骤：
(31)将步骤(3)所述模具加热至145～150℃；
(32)在步骤(31)所述模具上涂布H-7专用洗模剂，清除步骤(31)所述模具上的杂物；
(33)将步骤(32)模具冷却至低于60℃。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(7)所述胶膜为J-69B胶膜。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(9)所述胶膜为J-69B胶膜。
作为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(12)中热压固化成型的工艺条件是：在130℃、10MPa/cm2的条件下固化2小时。
为本发明中碳纤维抛物面天线的制造方法的一种优选方案：步骤(13)中固化成型的工艺条件为：在室温下、压力为10MPa/cm2的条件下成型30分钟。
有益效果：抛物面天线的面精度达到0.05R.M.S，成型效率高，相比传统的热压罐工艺效率提高8.5倍，周期缩短，成本下降。因受限制于热压机的尺寸，适合生产3.0米口径以下天线中大批量生产应用。
附图说明
图1为模具的结构示意图；
图2为热压固化成型的示意图；
图3为装配后的碳纤维抛物面天线的结构示意图
其中：
1-凹模                      2-凸模
3-定位销孔                  4-四柱热压机
5-碳纤维反射面              6-预埋件
7-背架
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明的具体实施方式详细说明。
具体实施例1
一种碳纤维抛物面天线的制造方法，包括以下步骤：
(1)预制碳纤维抛物面天线的模具，模具包括凹模1和凸模2(如图1所示)；
(2)将步骤(1)中的模具(凹模1和凸模2)抛光；
(3)使用MPS/S单相机工业摄影测量系统检测步骤(2)模具的表面精度，步骤(2)模具的表面精度的均方根应小于0.005R.M.S；
(4)将步骤(3)模具加热并涂抹清洗剂以去除杂物；
(5)在步骤(4)模具表面均匀涂抹脱模剂，脱模剂为汉高NC700脱模剂；
(6)在步骤(5)模具的凸模1上铺设多层(一般为2～10层)前蒙皮碳纤维布预浸料，同时将铺设过程中层与层之间的气泡赶出；碳纤维材料选用编织成3K斜纹的T700原丝,预浸改性环氧树脂3021，纤维FAW:198g±2,树脂RC：48％±1；
(7)在步骤(6)凸模2的铺设一层用于粘结前蒙皮碳纤维布预浸料和泡沫芯材的胶膜；
(8)在步骤(7)的胶膜上铺设泡沫芯材，并放置多个连接搭扣使用的铝制预埋件6，预埋件6的具体位置及数量详见图3，；
(9)在步骤(8)凸模2的泡沫芯材铺设一层胶膜；
(10)在步骤(9)胶膜上铺设多层(一般为2～10层)后蒙皮碳纤维布预浸料，同时将铺设过程中层与层之间的气泡赶出；碳纤维材料选用编织成3K斜纹的T700原丝,预浸改性环氧树脂3021，纤维FAW:198g±2,树脂RC：48％±1；
(11)用销钉将步骤(10)凸模2与凹模1紧固连接：
(12)在四柱热压机4的工作台上将步骤(11)凸模2与凹模1热压固化成型；
(13)将步骤(12)凸模2与凹模1放置在冷压机上固化成型；
(14)脱模并将脱模后的预制件的翻边毛刺打磨平整并装配，预制件是多块，通过多个预埋件6将多块预制件组装成一个整体，同时在底部组装一个背架7(如图3所示)；
(15)使用MPS/S单相机工业摄影测量系统检验步骤(14)装配后的预制品的表面精度，检验合格后即得到碳纤维抛物面天线。
模具为采用球墨铸铁制作的凹凸对开的凹模1和凸模2，凹模1和凸模2的四角对应的位置设有四个定位销孔3。
上述定位销孔3与凹模1、凸模2为一体成型。凹模1、凸模2用4个∮20的销钉定位，防止错模。
步骤(2)抛光包括以下步骤：
(21)用320#油石粗抛，去除毛边；
(22)再接着用600#油石抛光；
(23)再接着用1000#油石抛光；
(24)再接着用1500#油石抛光；
(25)最后用3000#抛光膏配合羊毛抛光轮将模具抛成镜面，模具的凹面和模具的凸面的粗糙度小于0.2。
步骤(3)包括以下步骤：
(31)将步骤(3)模具加热至150℃；
(32)在步骤(31)模具上涂布H-7专用洗模剂，清除步骤(31)模具上的杂物；
(33)将步骤(32)模具冷却至低于60℃。
步骤(7)仲所用的胶膜为黑龙江省科学院石油化学研究院生产的J-69B环氧树脂胶膜。步骤(9)中所用的胶膜为黑龙江省科学院石油化学研究院生产的J-69B环氧树脂胶膜。
步骤(12)中热压固化成型的工艺条件是：在130℃、10MPa/cm2的条件下固化2小时。
步骤(13)中固化成型的工艺条件为：在室温下、压力为10MPa/cm2的条件下成型30分钟。
具体实施例2
与具体实施例1大致相同，区别仅在于：
步骤(3)包括以下步骤：
(31)将步骤(3)模具加热至145℃；
(32)在步骤(31)模具上涂布H-7专用洗模剂，清除步骤(31)模具上的杂物；
(33)将步骤(32)模具冷却至低于60℃。
具体实施例3
与具体实施例1大致相同，区别仅在于：
步骤(3)包括以下步骤：
(31)将步骤(3)模具加热至147℃；
(32)在步骤(31)模具上涂布H-7专用洗模剂，清除步骤(31)模具上的杂物；
(33)将步骤(32)模具冷却至低于60℃。
上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种碳纤维抛物面天线的制造方法，包括以下步骤：
(1)预制碳纤维抛物面天线的模具，所述模具包括凹模和凸模；
(2)将步骤(1)所述模具抛光；
(3)使用MPS/S单相机工业摄影测量系统检测步骤(2)所述模具的表面精度，步骤(2)所述模具的表面精度的均方根小于0.005R.M.S；
(4)将步骤(3)所述模具加热并涂抹清洗剂以去除杂物；
(5)在步骤(4)所述模具表面均匀涂抹脱模剂；
(6)在步骤(5)所述模具的凸模上铺设多层前蒙皮碳纤维布预浸料，同时将铺设过程中层与层之间的气泡赶出；
(7)在步骤(6)所述凸模的铺设一层用于粘结所述前蒙皮碳纤维布预浸料和泡沫芯材的胶膜；
(8)在步骤(7)所述的胶膜上铺设所述泡沫芯材，并放置多个连接搭扣使用的铝制预埋件；
(9)在步骤(8)所述凸模的泡沫芯材铺设一层胶膜；
(10)在步骤(9)所述胶膜上铺设多层后蒙皮碳纤维布预浸料，同时将铺设过程中层与层之间的气泡赶出；
(11)用销钉将步骤(10)中所述凸模与所述凹模紧固连接：
(12)在四柱热压机的工作台上将步骤(11)所述凸模与所述凹模热压固化成型；
(13)将步骤(12)所述凸模与所述凹模放置在冷压机上固化成型；
(14)脱模并将脱模后的预制件的翻边毛刺打磨平整并装配；
(15)使用MPS/S单相机工业摄影测量系统检验步骤(14)所述装配后的预制品的表面精度，合格后即得到所述碳纤维抛物面天线。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述模具为采用球墨铸铁制作的凹凸对开的凹模和凸模，所述凹模和所述凸模的四角对应的位置设有四个定位销孔。
3.如权利要求2所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，所述定位销孔与所述凹模、所述凸模为一体成型。
4.如权利要求1所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，步骤(2)所述抛光包括以下步骤：
(21)用320#油石粗抛，去除毛边；
(22)再接着用600#油石抛光；
(23)再接着用1000#油石抛光；
(24)再接着用1500#油石抛光；
(25)最后用3000#抛光膏配合羊毛抛光轮将所述模具抛成镜面，所述模具的凹面和凸面的粗糙度小于0.2。
5.如权利要求1所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，步骤(3)包括以下步骤：
(31)将步骤(3)所述模具加热至145～150℃；
(32)在步骤(31)所述模具上涂布H-7专用洗模剂，清除步骤(31)所述模具上的杂物；
(33)将步骤(32)模具冷却至低于60℃。
6.如权利要求1所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，步骤(7)所述胶膜为J-69B胶膜，步骤(9)所述胶膜为J-69B胶膜。
7.如权利要求1所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，步骤(12)中热压固化成型的工艺条件是：在130℃、10MPa/cm2的条件下固化2小时。
8.如权利要求1所述的一种碳纤维抛物面天线的制造方法，其特征在于，步骤(13)中固化成型的工艺条件为：在室温下、压力为10MPa/cm2的条件下冷却成型30分钟。
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