CN109065670A - 碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，包括以下步骤：步骤S1、设计网格蒙皮缠绕成型工装，所述网格蒙皮缠绕成型工装包括：两个连接轴、平板、连接板；步骤S2、在网格蒙皮缠绕成型工装上进行0°缠绕，0°缠绕结束后，将网格蒙皮缠绕成型工装与缠绕机的连接轴进行90°转向，并完成相对的90°缠绕成型，实现网格十字交叉缠绕；步骤S3、组装方管连接边框：选用碳纤维方管作为连接边框，方管连接处采用金属件加强处理；步骤S4、基板成型；步骤S5、粘贴聚酰亚胺薄膜。采用该方法能够确保网格蒙皮中纤维分布及树脂含量的均匀性，确保太阳电池阵基板整体平面度需求，所制作的太阳电池阵基板质量稳定、性能满足设计要求。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种刚性碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法。
背景技术
太阳电池阵基板主要是用于支撑太阳电池片，保障太阳电池片在飞行主动段和轨道飞行段飞行的安全，电池阵基板不仅要求质量轻，太阳电池阵基板需要足够的刚度，以确保基板在收载状态下的固有频率与卫星本体固有频率不发生耦合现象，而且在展开状态下的固有频率能够避免对卫星姿态控制系统干扰，所以具有一定刚度是对太阳电池阵基板正常工作的保证条件之一。目前铝蜂窝芯+碳纤维复合材料面板+聚酰亚胺薄膜是刚性基板的典型结构。聚酰亚胺薄膜主要用于满足太阳电池与慕板间的绝缘要求，在真空的工作条件下，电池片粘贴的聚酰胺薄膜面不能发生鼓泡现象，所以聚酰亚胺薄膜的粘贴成为目前的工艺难题。此外，由于该太阳电池基板网格蒙皮的特性，使其刚度较刚性基板差，特别是大网格蜂窝、厚度较薄的帆板固化后有明显的变形特性，整体平面度较差，且成型后的基板在粘贴聚酰亚胺薄膜后，由于薄膜与基板纤维的热胀系数相差较大，会加剧基板的变形。因此，加强帆板的刚度，提高阻尼，是避免帆板在试验以及发射过程中随整体共振造成电池片破碎的必要要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有成型工艺上的缺陷，提供一种刚性碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法。该方法是在现有的刚性基板成型工艺基础上进行改进，通过对现有刚性网格蒙皮太阳能电池阵基板成型工艺进行改进和优化，保证了太阳能电池阵基板的平面度、刚度，以及粘贴聚酰亚胺薄膜性能的要求。
为实现上述目的，本发明提供的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、网格蒙皮缠绕成型工装的准备：设计网格蒙皮缠绕成型工装，所述网格蒙皮缠绕成型工装包括：两个连接轴、平板、连接板；所述的两个连接轴十字交叉设置，每个连接轴上均安装两个连接板，在连接板的两侧均安装有平板，通过连接板将连接轴与平板进行连接；所述连接轴与缠绕机连接，通过缠绕机实现转动；
步骤S2、网格蒙皮编织：在网格蒙皮缠绕成型工装的表面铺放一层吸胶布，浸胶的碳纤维砂束通过缠绕机在网格蒙皮缠绕成型工装上进行0°缠绕，0°缠绕结束后，将网格蒙皮缠绕成型工装与缠绕机的连接轴进行90°转向，并完成相对的90°缠绕成型，实现网格十字交叉缠绕；0°和90°缠绕结束后，在外表面以同样的方式铺放一层吸胶布，然后进行固化处理；
步骤S3、组装方管连接边框：选用无扭转变形、平面度优良的碳纤维方管作为连接边框，方管连接处采用金属件加强处理，以胶黏剂和螺钉进行紧固，组装后的方管连接边框置于模具中进行固化，固化后进行平面度修整；
步骤S4、基板成型：将网格蒙皮、蜂窝芯子、组装后的方管连接边框共同固化成型，形成基板；
步骤S5、粘贴聚酰亚胺薄膜：对成型后的基板方管连接边框和金属件的凹坑处用胶黏剂进行补平处理，胶黏剂固化后在方管处进行间隔打孔；打孔工序完成后，使用胶粘剂粘贴聚酰亚胺膜，之后采用热压袋固化方式或真空袋固化方式进行固化即可。
作为本发明的优选，步骤S2中，浸胶的碳纤维是指浸有树脂胶的碳纤维；所述的碳纤维为M40/12K纤维束，所述的树脂胶为环氧树脂胶。
作为本发明的优选，步骤S2中，以真空袋成型方式完成固化，固化温度150℃～180℃，固化时间2h～3h；
作为本发明的进一步优选，步骤S3中，所述胶黏剂为J-133，固化制度为室温固化。
作为本发明的更进一步优选，步骤S5中，补平处理所用的胶黏剂为J-133，固化制度为室温固化，打孔大小为Φ3 mm，间隔为10mm；粘贴聚酰亚胺薄膜所用的胶粘剂为J-243-2，胶粘剂用量为52g/m2～54g/m2。
作为本发明的再更进一步优选，步骤S5中，粘贴聚酰亚胺膜后，需对金属件和边框处的气泡进行驱赶，确保该处没有残存气泡。
此外，为确保所粘贴的聚酰亚胺膜表面凹陷小、挥发性物质的彻底挥发，使太阳电池阵基板在热真空高温条件下的安全系数提高，步骤S5中，采用真空袋固化方式时，固化制度为50℃/5h～120℃/2h。
本发明的方管在作为刚性边框的使用前提下，本身需要具有足够的轴向刚度以及承受一定扭矩的能力；此外，方管边框作为整块太阳电池阵基板刚度和基板平面度的保证，需要确保方管边框连接后具有较好的整体平面度和整体承受扭矩的能力，因此需要选用无扭转变形、平面度优良的方管作为连接边框。
本发明的优点和积极效果：本发明是在现有的刚性复合材料网格蒙皮太阳电池阵基板的制备技术基础上进行改进，通过对网格蒙皮成型工装的设计、网格蒙皮成型工艺的改进，确保了网格蒙皮中纤维分布的均匀性以及树脂含量的分布均匀性；通过对刚性边框的预固化成型，确保了太阳电池阵基板整体平面度需求，并对太阳电池阵基板粘贴聚酰亚胺薄膜的过程中存在裹夹气泡，使聚酰亚胺薄膜在热真空条件下薄膜表面起泡的现象提供了一种解决方案。通过本发明制备的刚性碳纤维复合材料网格蒙皮太阳电池阵基板质量稳定、性能满足设计要求。
附图说明
图1为网格蒙皮缠绕成型工装的结构示意图；
图2为网格蒙皮缠绕成型工装的侧视图；
图3为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例将有助于本领域技术人员的进一步理解，对本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以进一步作出改进，同时这些都属于本发明的保护范围。
实施例1 碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法
参阅图3，本发明提供的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、网格蒙皮缠绕成型工装的准备：设计网格蒙皮缠绕成型工装，所述网格蒙皮缠绕成型工装包括：两个连接轴1、平板2、连接板3；所述的两个连接轴1十字交叉设置，每个连接轴1上均安装两个连接板3，在连接板3的两侧均上安装有平板1，通过连接板3将连接轴1与平板2进行连接；所述连接轴1与缠绕机连接，通过缠绕机实现转动（详见图1、图2）；
步骤S2、网格蒙皮编织：在网格蒙皮缠绕成型工装的表面铺放一层吸胶布，浸胶（环氧树脂胶）的碳纤维砂束（M40/12K纤维束）通过缠绕机在所设计的工装上进行0°缠绕，0°缠绕结束后，将工装与缠绕机的连接轴进行90°转向，并完成相对的90°缠绕成型，实现网格十字交叉缠绕；0°和90°缠绕结束后，在外表面以同样的方式铺放一层吸胶布，以真空袋成型方式完成固化，固化温度150℃～180℃：固化时间2h～3h；
步骤S3、组装方管连接边框：选用无扭转变形、平面度优良的碳纤维复合材料薄壁方管作为连接边框，方管连接处采用金属件加强处理，以J-133胶黏剂进行粘接金属件与碳纤维方管，组装后的方管连接边框置于工装模具（该模具与基板相同大小包括底板和侧挡板）中处于无应力状态后进行常温固化，确保最小变形量，固化后进行平面度修整，并用螺钉对方管与金属件进行连接；
步骤S4、基板成型：将网格蒙皮、蜂窝芯子、组装后的方管连接边框共同固化成型，形成基板；
步骤S5、粘贴聚酰亚胺薄膜：对成型后的基板方管连接边框和金属件的凹坑处用J-133胶黏剂进行补平处理，胶黏剂固化后在方管处进行间隔打孔，打孔工序完成后，使用J-243-2胶粘剂粘贴聚酰亚胺膜，胶粘剂用量为52g/m2～54g/m2,粘贴后需要对金属件和边框处的气泡进行驱赶，确保该处没有残存气泡；而且为确保所粘贴的聚酰亚胺膜表面凹陷小、挥发性物质的彻底挥发，使太阳电池阵基板在热真空高温条件下的安全系数提高，采用真空袋固化方式进行固化，固化制度为50℃/5h～120℃/2h。
采用本发明提供的方法制得的三套碳纤维帆板已经通过了振动试验，热真空循环试验，通过卫星发射已经在轨无问题运行。
Claims (7)
1.碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1、网格蒙皮缠绕成型工装的准备：设计网格蒙皮缠绕成型工装，所述网格蒙皮缠绕成型工装包括：两个连接轴、平板、连接板；所述的两个连接轴十字交叉设置，每个连接轴上均安装两个连接板，在连接板的两侧均安装有平板，通过连接板将连接轴与平板进行连接；所述连接轴与缠绕机连接，通过缠绕机实现转动；
步骤S2、网格蒙皮编织：在网格蒙皮缠绕成型工装的表面铺放一层吸胶布，浸胶的碳纤维砂束通过缠绕机在网格蒙皮缠绕成型工装上进行0°缠绕，0°缠绕结束后，将网格蒙皮缠绕成型工装与缠绕机的连接轴进行90°转向，并完成相对的90°缠绕成型，实现网格十字交叉缠绕；0°和90°缠绕结束后，在外表面以同样的方式铺放一层吸胶布，
步骤S3、组装方管连接边框：选用无扭转变形、平面度优良的碳纤维方管作为连接边框，方管连接处采用金属件加强处理，以胶黏剂和螺钉进行紧固，组装后的方管连接边框置于模具中进行固化，固化后进行平面度修整；
步骤S4、基板成型：将网格蒙皮、蜂窝芯子、组装后的方管连接边框共同固化成型，形成基板；
步骤S5、粘贴聚酰亚胺薄膜：对成型后的基板方管连接边框和金属件的凹坑处用胶黏剂进行补平处理，胶黏剂固化后在方管处进行间隔打孔；打孔工序完成后，使用胶粘剂粘贴聚酰亚胺膜，之后采用热压袋固化方式或真空袋固化方式进行固化即可。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，步骤S2中，浸胶的碳纤维是指浸有树脂胶的碳纤维；所述的碳纤维为M40/12K纤维束，所述的树脂胶为环氧树脂胶。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，步骤S2中，以真空袋成型方式完成固化，固化温度150℃～180℃，固化时间2h～3h。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述胶黏剂为J-133，固化制度为室温固化。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，步骤S5中，补平处理所用的胶黏剂为J-133，固化制度为室温固化，打孔大小为Φ3 mm，间隔为10mm；粘贴聚酰亚胺薄膜所用的胶粘剂为J-243-2，胶粘剂用量为52g/m2～54g/m2。
6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，步骤S5中，粘贴聚酰亚胺膜后，需对金属件和边框处的气泡进行驱赶，确保该处没有残存气泡。
7.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料网格蒙皮太阳能电池阵基板的制备方法，其特征在于，步骤S5中，采用真空袋固化方式时，固化制度为50℃/5h～120℃/2h。
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