CN107161318A - 一种太阳能飞机的蒙皮结构及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能飞机的蒙皮结构及其制备工艺，蒙皮结构包括太阳能电池板和压合在太阳能电池板背面的蒙皮材料，该蒙皮材料包括通过环氧树脂从下到上依次压合在太阳能电池板的背面的第一纤维布、泡沫和第二纤维布；上述蒙皮结构通过以下步骤制成：(1)将太阳能电池板铺贴在模具表面；(2)将第一纤维布铺贴到太阳能电池板背面，再依次铺贴上泡沫与第二纤维布；(3)抽真空使太阳能电池板与蒙皮材料压合在模具上，固化后脱模，即得到蒙皮结构；上述第一纤维布和第二纤维布在铺贴前，先用环氧树脂滚压预浸渍。与现有技术相比，本发明具有工艺简单、太阳能电池板不易损坏，产品强度高，耐冲击性能好，结构轻等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒙皮结构及其制备工艺，尤其是涉及一种太阳能飞机的蒙皮结构及其制备工艺。
背景技术
以太阳能作为未来飞行器的辅助能源乃至主要能源，是人类发展具有方向性和前沿性的重要研究目标。太阳能飞机是在上世纪70年代随着太阳能电池成本的降低而出现，由于太阳能飞机飞行不需要自带燃料，为长航时飞行创造了条件。因此，不少发达国家均致力于基于太阳能的高空长航时无人机的研发。
太阳能飞机的机翼等部件通常都会采用蒙皮，飞机蒙皮的作用是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性。
常用的蒙皮制作工艺通常都是采用将相应的材料放入由上模具和下模具组成的模具组件中间，然后压合而成。而太阳能飞机上的蒙皮因为通常与太阳能电池结合在一起，若与蒙皮材料一起压合的话，特别容易造成太阳能电池的损坏。此外，现有的飞机的蒙皮通常都是采用合金材料制成，其质量较大，特别不适合于太阳能飞机的轻量化设计。
中国专利ZL201310066809.X公开了一种机翼蒙皮，包括夹层结构，其使用金属、纤维和陶瓷层状复合材料制成，具有至少一个金属层/纤维层/陶瓷层构成的夹层结构，其特征在于金属层采用铝、镁、钛或者相应的合金材料，纤维层采用玻璃纤维、kevlar纤维、碳纤维、氮化硅、碳化硅或者二氧化锆纤维，所述陶瓷层包括氧化锆、氧化镁和氧化铈。该专利制备的机翼蒙皮虽然硬度高、韧性好，但是其质量仍然无法满足太阳能飞机的轻量化设计要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种太阳能飞机的蒙皮结构及其制备工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种太阳能飞机的蒙皮结构，包括太阳能电池板和压合在太阳能电池板背面的蒙皮材料，该蒙皮材料包括通过环氧树脂从下到上依次压合在太阳能电池板的背面的第一纤维布、泡沫和第二纤维布，所述的泡沫上带有闭孔。
所述的第一纤维布和第二纤维布均为玻璃纤维布或碳纤维布，第一纤维布和第二纤维布的厚度均为0.1～0.3mm。
所述的泡沫为PVC泡沫或者PMI泡沫，其厚度为1～4mm。
所述的闭孔的孔径不大于250μm，其在泡沫上的分布密度为1～2个/cm2。闭孔结构的设置便于环氧树脂浸润填充闭孔，相当于间接增大了第一纤维布、第二纤维布与泡沫的接触面积，而且当环氧树脂固化后，其在泡沫内还能能够充当一部分支撑骨架支柱的作用，有利于实现蒙皮材料的约束固化成型，同时还能使得第一纤维布、第二纤维布和泡沫三者形成一个承力整体，进而大大提高蒙皮结构的强度与耐冲击性能。
所述的太阳能电池板的背面带有由砂布打磨形成的凹凸面结构，所述的第一纤维布面向太阳能电池板的一面上带有凸出的纤维毛状结构。凹凸面结构与纤维毛状结构的配合可以有效的增加第一纤维布与太阳能电池板的接触面积，从而提高太阳能电池板与第一纤维布的粘接固定效果。
太阳能飞机的蒙皮结构的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将太阳能电池板的正面朝下铺贴在模具表面，形成与模具表面相同的折弯曲率；
(2)将第一纤维布铺贴到太阳能电池板的背面，再将泡沫铺贴在第一纤维布上，使其与模具表面形成相同的折弯曲率，并在泡沫上铺贴上第二纤维布；
(3)抽真空使太阳能电池板与蒙皮材料压合在模具上，固化后脱模，即得到蒙皮结构；
上述第一纤维布和第二纤维布在铺贴前，先用环氧树脂滚压预浸渍。
步骤(1)中太阳能电池板铺贴在模具表面之前，先用砂布打磨太阳能电池板背面。
上述步骤中的处理工艺条件均为：温度18～22℃，相对湿度为40～60％。
本发明在制备蒙皮结构时，首先通过依次将太阳能电池板和三层蒙皮材料铺贴在模具表面，最后抽真空压合成型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)太阳能电池板不易损坏、工艺操作简单：本发明的通过依次将太阳能电池板和三层蒙皮材料铺贴在模具表面，最后抽真空压合成型，整个操作过程操作简单，同时成型过程中对太阳能电池板的压力低且分布均匀，基本不会发生太阳能电池板损坏的情况。此外，选用的粘接材料环氧树脂的固化温度低，使得整个对整个工艺条件的要求很低。
(2)强度高、耐冲击性能好：本发明通过环氧树脂将两层纤维布与泡沫铺贴在太阳能电池板背面并形成三明治夹心结构，此外，泡沫内带有上下贯通的闭孔，闭孔结构的设置便于环氧树脂浸润填充闭孔，相当于间接增大了第一纤维布、第二纤维布与泡沫的接触面积，而且当环氧树脂固化后，其在泡沫内还能能够充当一部分支撑骨架支柱的作用，有利于实现蒙皮材料的约束固化成型，同时还能使得第一纤维布、第二纤维布和泡沫三者形成一个承力整体，进而大大提高蒙皮结构的强度与耐冲击性能。
(3)成本低廉、结构轻：本发明所选用的纤维布、泡沫和粘接用的树脂等的来源广泛，价格较低，重量较低，特别适合于在太阳能飞机上的应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-模具，2-太阳能电池板，3-第一纤维布，4-泡沫，5-第二纤维布，6-纤维毛状结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种太阳能飞机的蒙皮结构，其结构如图1所示，包括太阳能电池板2和压合在太阳能电池板2背面的蒙皮材料，该蒙皮材料包括通过环氧树脂从下到上依次压合在太阳能电池板2的背面的第一纤维布3、泡沫4和第二纤维布5，太阳能电池板2的背面带有由砂布打磨形成的凹凸面结构，第一纤维布3面向太阳能电池板2的一面上带有凸出的纤维毛状结构6，第一纤维布3和第二纤维布5均为玻璃纤维布，其中，第一纤维布3和第二纤维布5的厚度均为0.1mm，泡沫4为PMI泡沫，其厚度为2mm，泡沫4上具有孔径不超过250μm的闭孔，闭孔在泡沫4上的分布密度约为1个/cm2。
上述蒙皮结构通过以下步骤制成：
先预处理清洗干净模具1后，根据生产要求进行画线定位，确定好太阳能电池板2的铺贴的位置，然后将太阳能电池板2铺贴并固定在模具1表面，形成和模具1表面一样的折弯曲率。然后用环氧树脂预浸好的第一纤维布3铺贴到太阳能电池板2的背面，再将泡沫4铺贴在第一纤维布3上，并进行滚压，使之铺贴完好，形成与模具1表面一样的折弯曲率，继续在泡沫4的表面铺贴一层第二纤维布5，这样便在太阳能电池板2背面形成“纤维布-泡沫4-纤维布”的三明治夹心结构，最后利用真空袋抽真空将太阳能电池板2、蒙皮材料与模具1压到一起，等环氧树脂固化后，脱模即可得到蒙皮结构。上述制备过程中温度为20℃，相对湿度为50％。
上述第一纤维布3与第二纤维布5在铺贴前，均已用环氧树脂中滚压浸渍15min左右。
实施例2
一种太阳能飞机的蒙皮结构，包括太阳能电池板2和压合在太阳能电池板2背面的蒙皮材料，该蒙皮材料包括通过环氧树脂从下到上依次压合在太阳能电池板2的背面的第一纤维布3、泡沫4和第二纤维布5，太阳能电池板2的背面带有由砂布打磨形成的凹凸面结构，第一纤维布3面向太阳能电池板2的一面上带有凸出的纤维毛状结构6，第一纤维布3和第二纤维布5均为碳纤维布，其中，第一纤维布3和第二纤维布5的厚度均为0.3mm，泡沫4为PVC泡沫，其厚度为4mm，泡沫4上具有孔径不超过250μm的闭孔，闭孔在泡沫4上的分布密度约为2个/cm2。
上述蒙皮结构通过以下步骤制成：
先预处理清洗干净模具1后，根据生产要求进行画线定位，确定好太阳能电池板2的铺贴的位置，然后将太阳能电池板2铺贴并固定在模具1表面，形成和模具1表面一样的折弯曲率。然后用环氧树脂预浸好的第一纤维布3铺贴到太阳能电池板2的背面，再将泡沫4铺贴在第一纤维布3上，并进行滚压，使之铺贴完好，形成与模具1表面一样的折弯曲率，继续在泡沫4的表面铺贴一层第二纤维布5，这样便在太阳能电池板2背面形成“纤维布-泡沫4-纤维布”的三明治夹心结构，最后利用真空袋抽真空将太阳能电池板2、蒙皮材料与模具1压到一起，等环氧树脂固化后，脱模即可得到蒙皮结构。上述制备过程中温度为22℃，相对湿度为60％。
上述第一纤维布3与第二纤维布5在铺贴前，均已用环氧树脂滚压预浸渍10min左右。
实施例3
一种太阳能飞机的蒙皮结构，包括太阳能电池板2和压合在太阳能电池板2背面的蒙皮材料，该蒙皮材料包括通过环氧树脂从下到上依次压合在太阳能电池板2的背面的第一纤维布3、泡沫4和第二纤维布5，太阳能电池板2的背面带有由砂布打磨形成的凹凸面结构，第一纤维布3面向太阳能电池板2的一面上带有凸出的纤维毛状结构6，第一纤维布3和第二纤维布5均为玻璃纤维布，其中，第一纤维布3和第二纤维布5的厚度均为0.2mm，泡沫4为PMI泡沫，其厚度为1mm，泡沫4上具有孔径不超过250μm的闭孔，闭孔在泡沫4上的分布密度约为1个/cm2。
上述蒙皮结构通过以下步骤制成：
先预处理清洗干净模具1后，根据生产要求进行画线定位，确定好太阳能电池板2的铺贴的位置，然后将太阳能电池板2铺贴并固定在模具1表面，形成和模具1表面一样的折弯曲率。然后用环氧树脂预浸好的第一纤维布3铺贴到太阳能电池板2的背面，再将泡沫4铺贴在第一纤维布3上，并进行滚压，使之铺贴完好，形成与模具1表面一样的折弯曲率，继续在泡沫4的表面铺贴一层第二纤维布5，这样便在太阳能电池板2背面形成“纤维布-泡沫4-纤维布”的三明治夹心结构，最后利用真空袋抽真空将太阳能电池板2、蒙皮材料与模具1压到一起，等环氧树脂固化后，脱模即可得到蒙皮结构。上述制备过程中温度为18℃，相对湿度为60％。
上述第一纤维布3与第二纤维布5在铺贴前，均已用环氧树脂滚压预浸渍20min左右。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种太阳能飞机的蒙皮结构，其特征在于，包括太阳能电池板和压合在太阳能电池板背面的蒙皮材料，该蒙皮材料包括通过环氧树脂从下到上依次压合在太阳能电池板的背面的第一纤维布、泡沫和第二纤维布，所述的泡沫上分布有闭孔。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能飞机的蒙皮结构，其特征在于，所述的第一纤维布和第二纤维布均为玻璃纤维布或碳纤维布，第一纤维布和第二纤维布的厚度均为0.1～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能飞机的蒙皮结构，其特征在于，所述的泡沫为PVC泡沫或者PMI泡沫，其厚度为1～4mm。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能飞机的蒙皮结构，其特征在于，所述的泡沫上闭孔的孔径不大于250μm，闭孔在泡沫上的分布密度为1～2个/cm2。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能飞机的蒙皮结构，其特征在于，所述的太阳能电池板的背面带有由砂布打磨形成的凹凸面结构，所述的第一纤维布面向太阳能电池板的一面上带有凸出的纤维毛状结构。
6.如权利要求1～5任一所述的太阳能飞机的蒙皮结构的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将太阳能电池板的正面朝下铺贴在模具表面，形成与模具表面相同的折弯曲率；
(2)将第一纤维布铺贴到太阳能电池板的背面，再将泡沫铺贴在第一纤维布上，使其与模具表面形成相同的折弯曲率，并在泡沫上铺贴上第二纤维布；
(3)抽真空使太阳能电池板与蒙皮材料压合在模具上，固化后脱模，即得到蒙皮结构；
上述第一纤维布和第二纤维布在铺贴前，先用环氧树脂滚压预浸渍。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能飞机的蒙皮结构的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中太阳能电池板铺贴在模具表面之前，先用砂布打磨太阳能电池板背面。
8.根据权利要求6所述的一种太阳能飞机的蒙皮结构的制备工艺，其特征在于，上述步骤的处理工艺条件均为：温度18～22℃，相对湿度为40～60％。
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