CN112721234A - 一种高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法 - Google Patents

一种高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法；其处理步骤包括：高精度模具表面涂覆脱模剂；将预浸料置于烘箱中加热一定时间；将预浸料铺覆在高精度模具表面；在预浸料表面覆盖低透气脱模布/均压板/透气材料/真空袋；进罐抽真空升温打压固化；固化结束后将反射面脱模，在反射面表面形成零气泡富树脂层。本发明利用成型模具面的高精度和低透气脱模布的保胶能力，使得复合材料天线反射面蒙皮贴模具面富树脂，得到等同于模具精度的反射面蒙皮，同时实现复合材料天线反射面蒙皮的低孔隙率与重量控制。

Description

一种高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法
技术领域
本发明涉及航天结构功能件的成型方法，具体为一种高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法。
背景技术
天线反射器作为人类太空探测的重要工具，其型面精度要求非常高以减少信号损耗，同时为了减少太空极端温度环境的影响以及满足减重要求，通常采用复合材料设计低膨胀天线反射面。复合材料天线反射面结构主要由复合材料天线反射面蒙皮+蜂窝或点阵结构组成，目前高精度复合材料天线反射面蒙皮的制造难度非常高，一是对模具型面加工精度要求非常高，二是保证反射面蒙皮表面富树脂以实现对模具型面的100％复制即复型，故亟需研发一次成型就保证高型面精度的工艺技术，同时能够避免因型面精度超标带来的复合材料蒙皮二次精细研磨、修复，达到降本增效的目的。
中国发明专利申请CN110474169A公开了一种高精度复合材料天线反射面成型方法，其处理步骤为：(1)将天线反射面表面粗糙化，高精度模具表面涂覆脱模剂；(2)将模具、环氧树脂与反射面长时间静置于高真空环境；(3)在高真空环境下将树脂施于模具面，并将反射面压于树脂上；(4)待树脂层铺满模具面后，恢复常压；(5)树脂固化后将反射面脱模，在反射面表面形成零气泡树脂层。本发明利用模具面的高精度和树脂的复制能力，得到等同于模具精度的反射面，同时依靠高真空环境有效的完全去除树脂气泡，并在此环境下完成复制，在得到高精度反射面同时，实现表面树脂层的零气泡状态，从而解决了气泡对反射面后续表面金属化与吸收发射比的影响。然而，该方法属于二次修复，即蒙皮成型后再进行二次修复，不能保证一次成型就达到型面精度要求；同时修复所用树脂为室温固化树脂，耐高温性能无法达到本体树脂所能承受的空间环境温度要求，且二次修复层与本体层存在界面，对天线反射面的层间性能不利。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法。
根据本发明提供的一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法，所述方法包括如下步骤：
S1、高精度模具表面涂覆脱模剂；
S2、预浸料预热后，铺覆在高精度模具表面；
S3、预浸料表面覆盖低透气脱模布；
S4、真空升温打压固化，脱模，即得复合材料天线反射面蒙皮。
作为本发明的一个实施方案，步骤S4中，反射面表面形成零气泡树脂层。
作为本发明的一个实施方案，步骤S4中，复合材料天线反射面蒙皮壁厚≤0.6mm；以降低内部孔隙率。
作为本发明的一个实施方案，步骤S4中，所述真空升温打压固化中，真空度为≤-0.097MPa；升温打压固化工艺为室温升至凝胶点120℃打压0.5MPa后保温1h，然后继续升温至180℃并保温3h，最后降温至60℃。
作为本发明的一个实施方案，预浸料树脂在真空升温打压固化的固化升温过程中最低粘度满足≥100mPa·s。可以为100mPa·s～300mPa·s。
作为本发明的一个实施方案，步骤S3中，预浸料表面覆盖低透气脱模布后继续敷设均压板、透气材料和真空袋；将完成铺设后的模具进罐进行抽真空升温打压固化。
作为本发明的一个实施方案，所述低透气脱模布透气率为0.05m/s～0.1m/s。能够兼顾蒙皮内部孔隙率满足≤2％的要求与蒙皮复型要求。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述预热为60℃～80℃下加热2～4h；以提前释放小分子挥发份。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述预浸料含胶量为36％±2％。该预浸料含胶量与低透气脱模布透气率相匹配，能够兼顾蒙皮重量要求与蒙皮复型能力。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，高精度模具的精度是复合材料天线反射面满足应用的要求精度的1.5～2倍。
与现有复合材料天线反射面蒙皮成型方法相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明使用的预浸料含胶量与低透气脱模布透气率适宜，既能实现控胶能力，保证蒙皮复型效果，又能保证复合材料制品的内部孔隙率低于2％的要求，同时能够有效控制蒙皮重量，避免超重。
(2)本发明实现的一次成型复型效果，避免了因型面精度超标带来的复合材料蒙皮二次精细研磨，有效节约了生产成本及生产周期。
(3)本发明实现的一次成型所达到表面树脂层零气泡状态，能够解决气泡对反射面后续表面金属化与吸收发射比的影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为预浸料铺设后的辅助层铺设示意图；
其中，1为预浸料，2为高精度模具，3为低透气脱模布，4为均压板，5为透气材料，6为真空薄膜，7为边缘透气材料，8为密封胶条。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法，具体包括如下步骤：
1)首先在高精度复合材料天线反射面蒙皮成型模具(精度为R.M.S＝0.02mm)表面涂覆脱模剂，晾干后备用；
2)同时提前制备预浸料，其组成成分为:M55J-6K碳布/酚-91树脂，酚-91树脂由华东理工大学研制，该树脂在固化升温过程中最低粘度为100mPa·s。预浸料的含胶量为37％，然后对预浸料进行预烘加热处理；在烘箱加热3h，加热温度70℃以提前释放小分子挥发份；
3)如图1所示，将已加热处理并恢复至室温条件的预浸料1铺覆在高精度模具2表面，再进行辅助层铺设，辅助层顺序：低透气脱模布3/均压板4/透气材料5(选用无纺布)/真空薄膜6，真空薄膜6内预浸料1外的区域放置边缘透气材料7(选用无纺布)进行填充，真空薄膜6边缘处与高精度模具2表面接触出设有密封胶条8；再将成型模具置于热压罐内抽真空升温打压固化，具体固化制度为：真空度为≤-0.097MPa；升温打压固化工艺为室温升至凝胶点120℃打压0.5MPa后保温1h，然后继续升温至180℃并保温3h，最后降温至60℃，最终将复合材料天线反射面蒙皮脱模，其表面能够实现零气泡富树脂效果，达到复型要求；所选用的透气脱模布透气率为0.09m/s；制得的复合材料天线反射面壁厚为0.53～0.56mm(理论壁厚为0.45mm)，重量2.01kg；精度为R.M.S＝0.03mm。
实施例2
本实施例提供了一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法，具体包括如下步骤：
1)首先在高精度复合材料天线反射面蒙皮成型模具(精度为R.M.S＝0.02mm)表面涂覆脱模剂，晾干后备用；
2)同时提前制备预浸料，其组成成分为:M55J-6K碳布/酚-91树脂，酚-91树脂由华东理工大学研制，该树脂在固化升温过程中最低粘度为100mPa·s。预浸料的含胶量为37％，然后对预浸料进行预烘加热处理；在烘箱加热3h，加热温度70℃以提前释放小分子挥发份；
3)如图1所示，将已加热处理并恢复至室温条件的预浸料1铺覆在高精度模具2表面，再进行辅助层铺设，辅助层顺序：低透气脱模布3/均压板4/透气材料5(选用无纺布)/真空薄膜6，真空薄膜6内预浸料1外的区域放置边缘透气材料7(选用无纺布)进行填充，真空薄膜6边缘处与高精度模具2表面接触出设有密封胶条8；再将成型模具置于热压罐内抽真空升温打压固化，具体固化制度为：真空度为≤-0.097MPa；升温打压固化工艺为室温升至凝胶点120℃打压0.5MPa后保温1h，然后继续升温至180℃并保温3h，最后降温至60℃，最终将复合材料天线反射面蒙皮脱模，其表面能够实现零气泡富树脂效果，达到复型要求；所选用的透气脱模布透气率为0.05m/s；制得的复合材料天线反射面壁厚为0.56～0.59mm(理论壁厚为0.45mm)，重量2.07kg；精度为R.M.S＝0.03mm。
实施例3
本实施例提供了一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法，具体包括如下步骤：
1)首先在高精度复合材料天线反射面蒙皮成型模具(精度为R.M.S＝0.02mm)表面涂覆脱模剂，晾干后备用；
2)同时提前制备预浸料，其组成成分为:M55J-6K碳布/酚-91树脂，酚-91树脂由华东理工大学研制，该树脂在固化升温过程中最低粘度为100mPa·s。预浸料的含胶量为37％，然后对预浸料进行预烘加热处理；在烘箱加热3h，加热温度70℃以提前释放小分子挥发份；
3)如图1所示，将已加热处理并恢复至室温条件的预浸料1铺覆在高精度模具2表面，再进行辅助层铺设，辅助层顺序：低透气脱模布3/均压板4/透气材料5(选用无纺布)/真空薄膜6，真空薄膜6内预浸料1外的区域放置边缘透气材料7(选用无纺布)进行填充，真空薄膜6边缘处与高精度模具2表面接触出设有密封胶条8；再将成型模具置于热压罐内抽真空升温打压固化，具体固化制度为：真空度为≤-0.097MPa；升温打压固化工艺为室温升至凝胶点120℃打压0.5MPa后保温1h，然后继续升温至180℃并保温3h，最后降温至60℃，最终将复合材料天线反射面蒙皮脱模，其表面能够实现零气泡富树脂效果，达到复型要求；所述透气脱模布透气率为0.07m/s；制得的复合材料天线反射面壁厚为0.55～0.58mm(理论壁厚为0.45mm)，重量2.04kg；精度为R.M.S＝0.03mm。
对比例1
本对比例提供了一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法，基本同实施例2，所不同之处仅在于：所述低透气脱模布透气率为0.01m/s。
制得的复合材料天线反射面壁厚为0.65mm，重量为2.23kg；精度为R.M.S＝0.03mm；反射面表面状态同实施例1、2、3。
对比例2
本对比例提供了一种高精度复合材料天线反射面蒙皮的成型方法，基本同实施例3，所不同之处仅在于：所述低透气脱模布透气率为0.2m/s。
制得的复合材料天线反射面壁厚为0.47mm，重量为1.91kg；精度为R.M.S＝0.08mm；反射面表面存在贫胶现象，存在大量气泡缺陷。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、高精度模具表面涂覆脱模剂；
S2、预浸料预热后，铺覆在高精度模具表面；
S3、预浸料表面覆盖低透气脱模布；
S4、真空升温打压固化，脱模，即得复合材料天线反射面蒙皮。
2.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S4中，反射面表面形成零气泡树脂层。
3.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S4中，复合材料天线反射面蒙皮壁厚≤0.6mm。
4.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S4中，所述真空升温打压固化中，真空度为≤-0.097MPa；升温打压固化工艺为室温升至凝胶点120℃打压0.5MPa后保温1h，然后继续升温至180℃并保温3h，最后降温至60℃。
5.如权利要求1或4所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，预浸料树脂在真空升温打压固化的固化升温过程中最低粘度满足100mPa·s～300mPa·s。
6.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S3中，预浸料表面覆盖低透气脱模布后继续敷设均压板、透气材料和真空袋；将完成铺设后的模具进罐进行抽真空升温打压固化。
7.如权利要求1或6所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，所述低透气脱模布透气率为0.05m/s～0.1m/s。
8.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S2中，所述预热为60℃～80℃下加热2～4h。
9.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S2中，所述预浸料含胶量为36％±2％。
10.如权利要求1所述的高精度复合材料天线反射面蒙皮成型方法，其特征在于，步骤S1中，高精度模具的精度是复合材料天线反射面满足应用的要求精度的1.5～2倍。
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GR01 Patent grant
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