CN112009066B - 基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的制造方法，属于航天器体装式太阳电池阵结构技术领域。本发明通过设计专用的胶接维型定位装置，制定工艺流程，胶黏剂及工艺参数选用，完成一种聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的成型，装置结构设计巧妙，工艺流程合理，工艺参数正确可行，不仅可以保证产品顺利胶接，而且保证了较高的成型精度。此装置可根据结构形状进行设计，满足不同尺寸聚酰亚胺泡沫隔热支撑一体化结构的成型，适用范围广、通用性强。

Description

基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的制造方法

技术领域

本发明涉及基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的制造方法，属于航天器体装式太阳电池阵结构技术领域。

背景技术

近代工程结构，特别是航空航天器的结构飞速发展，对结构产品和功能产品融合一体的迫切需求，要求尽可能减轻结构质量，同时又能满足结构、电、热、信号处理的功能性能要求。传统的卫星太阳翼电池阵和结构是两个独立的分系统，太阳翼电池阵担着将太阳能转换为电能的功能，结构主要承载整星结构的仪器、设备和传递力的功能。体装式太阳电池阵摒弃传统航天器中结构和太阳翼独立设计的形式，通过两个分系统的继承优化，既可以实现提供航天器结构的支撑和载荷传递功能，还可以提供太阳电池片绝缘、电路传输、设备连接等功能，同时由于聚酰亚胺泡沫特有的隔热性能，该体装式太阳电池阵在实现结构支撑和隔热功能的一体化集成。这种体装式太阳电池阵结构形式被越来越多的卫星和飞行器所采用，可以最大限度地减轻卫星结构质量，提高可靠性和姿态稳定性，具有无可比拟的优势。

聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构是指粘贴聚酰亚胺薄膜碳纤维面板与聚酰亚胺泡沫、蜂窝夹层结构组成的多界面共胶接结构，因此结构间胶接质量及胶接精度控制是聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造的重点和难点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构包括泡沫外面板和聚酰亚胺泡沫、蜂窝夹层结构板三部分，三种结构采用原位胶接技术、点面协同定位技术胶接成型，正压胶接技术。该方法制备的聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的胶接成型质量好、胶接精度高、平面度好。

本发明的技术解决方案是：基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，包括如下步骤：

步骤1，胶接维型定位装置，并对胶接维型定位装置进行处理及安装；

步骤2，准备泡沫外面板，并对泡沫外面板的表面进行处理，并在泡沫外面板表面涂覆硅橡胶，再将泡沫外面板涂胶面向上放置在维型定位装置的底板上，并在泡沫外面板上开孔穿过第一泡沫定位块、第二泡沫定位块和第三泡沫定位块，四周被第一侧边挡块、第二侧边挡块和第三侧边挡块约束定位；

步骤3，准备聚酰亚胺泡沫，并将其摆放在涂胶的泡沫外面板上；

步骤4，将均压板和加压模具依次放置在聚酰亚胺泡沫上，置于设定环境条件下进行加压固化；固化完成后拆卸均压板和加压模具；

步骤5，准备蜂窝夹层结构板，对蜂窝夹层结构板胶接面面板表面进行处理，在蜂窝夹层结构板胶接面面板上涂覆硅橡胶，并在蜂窝夹层结构板和聚酰亚胺泡沫的公共连接处位置预埋件处安装连接定位块和定位连接螺钉；

步骤6，将蜂窝夹层结构板翻转，使其涂胶面向下放置在聚酰亚胺泡沫上，将连接定位块插入第二泡沫定位块中，使得泡沫外面板、聚酰亚胺泡沫和蜂窝夹层结构板胶接位置准确；

步骤7，将均压板和加压模具依次放置在蜂窝夹层结构板上，置于设定环境条件下进行加压固化；固化完成后拆卸均压板和加压模具，得到聚酰亚胺泡沫夹层结构。

进一步地，所述维型定位装置包括底板、第一侧边挡块、第二侧边挡块、第三侧边挡块、第一泡沫定位块、第二泡沫定位块、第三泡沫定位块、连接定位块、均压板、加压模具、M5螺销和定位连接螺钉；

所述对胶接维型定位装置进行处理包括：采用化学试剂对底板、第一侧边挡块、第二侧边挡块、第三侧边挡块、第一泡沫定位块、第二泡沫定位块、第三泡沫定位块、连接定位块、均压板和加压模具进行表面清洗；其中，化学试剂为丙酮、酒精或乙酸乙酯，表面清洗过程中铺放的隔离材料为单面带胶隔离布或透气隔离布；以及采用脱模剂或油膏对M5螺销表面进行处理；

所述对胶接维型定位装置进行安装包括：将第一侧边挡块和第三侧边挡块固定连接在底板长边，将第二侧边挡块固定连接在底板短边；将第一泡沫定位块、第二泡沫定位块和第三泡沫定位块通过M5螺销与地板固定连接。

进一步地，所述对蜂窝夹层结构板的表面进行处理包括：采用砂纸对蜂窝夹层结构板表面胶接面进行打磨，用化学试剂对面板胶接面进行清洗；其中，砂纸为400目到1200目；化学试剂为丙酮、酒精或乙酸乙酯。

进一步地，所述在蜂窝夹层结构板表面涂覆硅橡胶流程为：配制硅橡胶胶黏剂；在胶黏剂基体中加入固化剂，搅拌5min，得到胶黏剂混合物；胶黏剂混合物在1h内用完。

进一步地，所述泡沫外面板为树脂基纤维复合材料层合板，厚度为 0.4mm-2mm；树脂基纤维复合材料层合板的纤维基体包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维；树脂基纤维复合材料层合板的树脂包括环氧树脂、氰酸酯树脂和酚醛树脂；泡沫外面板和聚酰亚胺泡沫胶接使用的硅橡胶为室温硫化硅橡胶，胶层厚度为0.1mm～0.5mm。

进一步地，所述步骤3中，将多块聚酰亚胺泡沫整齐拼接铺放在涂胶面板上，放置在第一侧边挡块、第二侧边挡块、第三侧边挡块约束范围内，聚酰亚胺泡沫上开孔穿过第一泡沫定位块、第二泡沫定位块和第三泡沫定位块；聚酰亚胺泡沫在蜂窝夹层结构板面板表面胶层上进行随形铺放，直至铺满整个涂胶面；铺放过程中泡沫高度阶差小于0.2mm。

进一步地，所述设定环境条件包括：湿度大于30％、温度18～28℃、固化时间72h-168h。

进一步地，所述均压板和加压模具产生的胶接压强大于1Kpa，小于6Kpa。

进一步地，所述蜂窝夹层结构板为树脂基纤维复合材料层合板-铝蜂窝夹层结构板或铝合金面板-铝蜂窝夹层结构板。

进一步地，所述蜂窝夹层结构板和聚酰亚胺泡沫胶接使用硅橡胶为室温硫化硅橡胶，胶层厚度为：0.1mm～0.5mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过设计专用的胶接维型定位装置，完成一种聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构的成型，该装置结构设计巧妙，通过底板、侧边挡块、泡沫定位块、均压板、加压模具的配合，不仅可以保证产品顺利胶接，而且保证了较高的成型精度。此装置可根据结构形状进行设计，满足不同尺寸聚酰亚胺泡沫隔热支撑一体化结构的成型，适用范围广、通用性强。

(2)本发明选用的胶黏剂为室温固化，比传统的加热固化节省能源。

(3)本发明聚酰亚胺泡沫夹层结构成型方法简单，易于实现。

(4)本发明实现了聚酰亚胺泡沫夹层结构的原位胶接成型，成型精度高；尺寸、形位公差满足设计要求。

(5)本发明可通过调节加压模具重量从而实现胶接压强调节，既有效地保证胶接质量，又可防止压力过大损伤聚酰亚胺泡沫自身结构。

附图说明

图1为本发明一种聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造的流程图；

图2为本发明一种维型定位装置的整体结构图；

图3为本发明一种定位装置的局部剖视图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1 所示)：

步骤1，制备胶接维型定位装置，并对装置进行处理及安装。

在本申请实施例所提供的方案中，参照图2，示出了一种维型定位装置的整体结构图；图3为本发明一种成型模具的剖视图。制备得到维型定位装置的如下各部件：底板1、第一侧边挡块2、第二侧边挡块3、第三侧边挡块4、第一泡沫定位块5、第二泡沫定位块6、第三泡沫定位块7、连接定位块8、均压板9、加压模具10、M5螺销11、定位连接螺钉12。

进一步，对成型模具进行预处理包括：对成型模具进行表面清理，铺放隔离材料。例如，可以采用化学试剂对底板1、第一侧边挡块2、第二侧边挡块3、第三侧边挡块4、第一泡沫定位块5、第二泡沫定位块6、第三泡沫定位块7、连接定位块8、均压板9、加压模具10进行表面清洗；其中，化学试剂可以是丙酮、酒精或乙酸乙酯。铺放的隔离材料为：单面带胶隔离布，透气隔离布。

可选的，对应胶接维型定位装置进行组装包括：将底板1与第一侧边挡块 2、第二侧边挡块3、第三侧边挡块4进行定位连接，底板1与第一泡沫定位块 5、第二泡沫定位块6、第三泡沫定位块7分别通过M5螺销11进行固定连接；

在一种可能实现的方式中，在对成型模具进行预处理时也包括了对M5螺销11的处理：采用脱模剂或油膏对M5螺销11表面进行处理。

步骤2，对泡沫外面板表面处理，在泡沫外面板表面涂覆硅橡胶，放置面板。

在一种可能实现的方式中，对泡沫外面板表面进行处理包括：可以采用砂纸对蜂窝夹层结构板表面胶接面进行打磨，用化学试剂对面板胶接面进行清洗；其中，砂纸可以是400目到1200目；化学试剂可以是丙酮、酒精或乙酸乙酯。

进一步，在一种可能实现的方式中，在泡沫外面板表面涂覆硅橡胶流程为：配制硅橡胶胶黏剂；在胶黏剂基体中加入固化剂，搅拌5min，得到胶黏剂混合物。需要注意的是，胶黏剂混合物需在1h内用完。

具体的，在将泡沫外面板涂胶面向上放置在底板1上，面板上开孔穿过第一泡沫定位块5、第二泡沫定位块6、第三泡沫定位块7，四周被第一侧边挡块2、第二侧边挡块3、第三侧边挡块4约束定位。

可选的，泡沫外面板为：树脂基纤维复合材料层合板，厚度0.4mm-2mm。

树脂基纤维复合材料层合板的纤维基体包括：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维。树脂基纤维复合材料层合板的树脂包括：环氧树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂。泡沫外面板，聚酰亚胺泡沫胶接使用硅橡胶为：室温硫化硅橡胶；。胶层厚度为：0.1mm～0.5mm。

步骤3，聚酰亚胺泡沫摆放在涂胶碳面板上。

在一种可能实现的方式中，将多块聚酰亚胺泡沫整齐拼接铺放在涂胶面板上，放置在第一侧边挡块2、第二侧边挡块3、第三侧边挡块4约束范围内，泡沫上开孔分别穿过第一泡沫定位块5、第二泡沫定位块6、第三泡沫定位块7。泡沫在面板表面胶层上进行随形铺放，直至铺满整个涂胶面。需要注意的是，铺放过程中需确保泡沫间缝隙尽可能小，泡沫高度阶差小于0.2mm。

步骤4，放置加压模具，固化完成，拆卸模具；

在一种可能实现的方式中，将均压板9、加压模具10依次放置在泡沫上，置于设定环境条件下进行加压固化。

可选的，设定环境条件包括：湿度大于30％、温度18～28℃、固化时间 72h-168h。胶接压强(即均压板9、加压模具10设计重量)根据胶接面积计算压强大于1Kpa，小于6Kpa。

在固化完成后，拆卸均压板9、加压模具10。

步骤5，对蜂窝夹层结构板表面处理，在板面上涂覆硅橡胶，安装连接定位块。

在一种可能实现的方式中，对面板进行处理包括：可以采用砂纸对面板胶接面进行打磨，用化学试剂对面板胶接面进行清洗；其中，砂纸可以是400目到1200目；化学试剂可以是丙酮、酒精或乙酸乙酯。

进一步，在一种可能实现的方式中，在面板表面涂覆硅橡胶流程为：配制硅橡胶胶黏剂；在胶黏剂基体中加入固化剂，搅拌5min，得到胶黏剂混合物。需要注意的是，胶黏剂混合物需在1h内用完。

在一种可能实现的方式中，在蜂窝夹层结构板与面板、聚酰亚胺泡沫公共连接处位置预埋件处安装连接定位块8、定位连接螺钉12。

具体的，在一种可能实现的方式中，蜂窝夹层结构板为：树脂基纤维复合材料面板-铝蜂窝夹层结构板，铝合金面板-铝蜂窝夹层结构板。

蜂窝夹层结构板，聚酰亚胺泡沫胶接使用硅橡胶为：室温硫化硅橡胶。

胶层厚度为：0.1mm～0.5mm

步骤6，蜂窝夹层结构放置在泡沫上；

进一步，在一种可能实现的方式中，将蜂窝夹层结构翻转涂胶面向下放置在泡沫上，确保连接定位块8插入第二泡沫定位块6，使得三种结构胶接位置准确；

步骤7，放置加压模具，固化完成，拆卸模具，得到聚酰亚胺泡沫夹层结构。

将均压板9、加压模具10依次放置在泡沫上，置于设定环境条件下进行加压固化。

可选的，设定环境条件包括：湿度大于30％、温度18～28℃、固化时间 72h-168h。

胶接压强(即均压板9、加压模具10设计重量)根据胶接面积计算压强大于1Kpa，小于6Kpa。

在固化完成后，需将胶接定位装置全部拆卸后再完成产品的整体脱模。

可选的，在本实施例中，所述基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构成型方法还可以包括：在制备胶接定位装置的步骤之后，将胶接定位装置的各部件与面板、聚酰亚胺泡沫，蜂窝夹层结构板按照对应成型工位进行预组装，并验证可拆装性。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，准备胶接维型定位装置，并对胶接维型定位装置进行处理及安装；

步骤2，准备泡沫外面板，并对泡沫外面板的表面进行处理，并在泡沫外面板表面涂覆硅橡胶，再将泡沫外面板涂胶面向上放置在胶接维型定位装置的底板上，并在泡沫外面板上开孔穿过第一泡沫定位块、第二泡沫定位块和第三泡沫定位块，四周被第一侧边挡块、第二侧边挡块和第三侧边挡块约束定位；

步骤3，准备聚酰亚胺泡沫，并将其摆放在涂胶的泡沫外面板上；

步骤4，将均压板和加压模具依次放置在聚酰亚胺泡沫上，置于设定环境条件下进行加压固化；固化完成后拆卸均压板和加压模具；

步骤5，准备蜂窝夹层结构板，对蜂窝夹层结构板胶接面面板表面进行处理，在蜂窝夹层结构板胶接面面板上涂覆硅橡胶，并在蜂窝夹层结构板和聚酰亚胺泡沫的公共连接处位置预埋件处安装连接定位块和定位连接螺钉；

步骤6，将蜂窝夹层结构板翻转，使其涂胶面向下放置在聚酰亚胺泡沫上，将连接定位块插入第二泡沫定位块中，使得泡沫外面板、聚酰亚胺泡沫和蜂窝夹层结构板胶接位置准确；

步骤7，将均压板和加压模具依次放置在蜂窝夹层结构板上，置于设定环境条件下进行加压固化；固化完成后拆卸均压板和加压模具，得到聚酰亚胺泡沫夹层结构；

所述胶接维型定位装置包括底板、第一侧边挡块、第二侧边挡块、第三侧边挡块、第一泡沫定位块、第二泡沫定位块、第三泡沫定位块、连接定位块、均压板、加压模具、M5螺销和定位连接螺钉；

所述对胶接维型定位装置进行处理包括：采用化学试剂对底板、第一侧边挡块、第二侧边挡块、第三侧边挡块、第一泡沫定位块、第二泡沫定位块、第三泡沫定位块、连接定位块、均压板和加压模具进行表面清洗；其中，化学试剂为丙酮、酒精或乙酸乙酯，表面清洗过程中铺放的隔离材料为单面带胶隔离布或透气隔离布；以及采用脱模剂或油膏对M5螺销表面进行处理；

所述对胶接维型定位装置进行安装包括：将第一侧边挡块和第三侧边挡块固定连接在底板长边，将第二侧边挡块固定连接在底板短边；将第一泡沫定位块、第二泡沫定位块和第三泡沫定位块通过M5螺销与底板固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于，所述对蜂窝夹层结构板胶接面面板表面进行处理包括：采用砂纸对蜂窝夹层结构板表面胶接面进行打磨，用化学试剂对面板胶接面进行清洗；其中，砂纸为400目到1200目；化学试剂为丙酮、酒精或乙酸乙酯。

3.根据权利要求2所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述在蜂窝夹层结构板胶接面面板上涂覆硅橡胶的流程为：配制硅橡胶胶黏剂；在胶黏剂基体中加入固化剂，搅拌5min，得到胶黏剂混合物；胶黏剂混合物在1h内用完。

4.根据权利要求3所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述泡沫外面板为树脂基纤维复合材料层合板，厚度为0.4mm-2mm；树脂基纤维复合材料层合板的纤维基体包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维；树脂基纤维复合材料层合板的树脂包括环氧树脂、氰酸酯树脂和酚醛树脂；泡沫外面板和聚酰亚胺泡沫胶接使用的硅橡胶为室温硫化硅橡胶，胶层厚度为0.1mm～0.5mm。

5.根据权利要求1所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述步骤3中，将多块聚酰亚胺泡沫整齐拼接铺放在涂胶面板上，放置在第一侧边挡块、第二侧边挡块、第三侧边挡块约束范围内，聚酰亚胺泡沫上开孔穿过第一泡沫定位块、第二泡沫定位块和第三泡沫定位块；聚酰亚胺泡沫在泡沫外面板表面胶层上进行随形铺放，直至铺满整个涂胶面；铺放过程中泡沫高度阶差小于0.2mm。

6.根据权利要求1所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述设定环境条件包括：湿度大于30％、温度18～28℃、固化时间72h-168h。

7.根据权利要求1所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述均压板和加压模具产生的胶接压强大于1Kpa，小于6Kpa。

8.根据权利要求1所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述蜂窝夹层结构板为树脂基纤维复合材料层合板-铝蜂窝夹层结构板或铝合金面板-铝蜂窝夹层结构板。

9.根据权利要求8所述的基于聚酰亚胺泡沫的隔热支撑一体化结构制造方法，其特征在于：所述蜂窝夹层结构板和聚酰亚胺泡沫胶接使用的硅橡胶为室温硫化硅橡胶，胶层厚度为：0.1mm～0.5mm。

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