CN114211777A - 一种碳纤维复合材料反射面的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合材料反射面的制造方法。先根据反射面设计图纸铸造模具，再将裁切好的垫片放入下模模具中并涂刷离型剂，然后将发泡材料均匀的铺在矽胶垫上；盖好上下模模具并锁死后加热成型，取出预制芯材；再对模具涂刷离型剂，然后用氧气‑乙炔火焰喷枪在下模具上喷涂铝丝使模具上形成铝薄膜，再涂刷环氧类胶粘剂或贴环氧类胶膜，使铝薄膜和碳纤维复合材料有足够的粘结强度；再根据常规方法铺贴碳纤维预浸布；芯材涂刷环氧类胶粘剂或环氧类胶膜后放入模具中压紧密合后在预制芯材上继续按照常规复合材料工艺方法放置内存块及铺贴纤维预浸布；将上下模合起锁紧，加热成型。该方法一体成型，操作简单，制造成本低，成品的精度高。
Description
技术领域
本发明涉及纤维复材成型领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料反射面的制造方法。
背景技术
在雷达天线反射面制造工程领域，国内外一般采用以下几种制造技术：一、模具冲压拉伸制造金属反射面；根据反射面图纸设计冷冲模具将金属板材通过液压机冲压成型天线面板，然后通过铆接或粘结的方式组装反射面，但是此类方法制造出来的反射面极其笨重同时精度不高；二、真空热压罐成型工艺；根据反射面图纸设计球墨铸铁铸造蒙皮模具，蒙皮模具包括前蒙皮模具和后蒙皮模具，然后清理前、后蒙皮模具进行除油处理及涂脱模剂、金属转化剂等；分别在前、后蒙皮模具上铺贴预浸料再将前蒙皮模具和后蒙皮模具封装、真空热压固化成型出前、后蒙皮。然后将前蒙皮和后蒙皮脱模修整后与裁剪好的铝蜂窝以及预埋件粘贴在前蒙皮上，而后在铝蜂窝上粘贴后蒙皮，将前蒙皮模具封装、真空热压固化得到整体的反射面，最后再进行脱模修整得到产品反射面。总共需要进出热压罐3次才能完成同时前后蒙皮以及合型后都需要整修打磨(工艺见图1)。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出一种精度高，一体成型的碳纤维复合材料反射面的制造方法。
为实现上述目的，本发明提供一种碳纤维复合材料反射面的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据反射面设计图纸铸造模具，模具包括上模和下模；
S2：将裁切好的垫片放入下模模具中并涂刷离型剂，然后将发泡材料均匀的铺在垫片上；
其中优选的，所述垫片是根据反射面的下模裁切出相应形状尺寸的垫片；垫片的厚度设计为幅面上下皮层厚度之和；
优选的，所述发泡材料的用量根据反射面体积按0.04-0.08g/cm3的密度计算出；
S3：盖好上下模模具并锁死，置入加热台120-150℃加热成型0.5-2h后，将模具冷却至室温，取出预制芯材，并去除其中的垫片；
S4：对取出预制芯材的模具涂刷离型剂，然后用氧气-乙炔火焰喷枪在下模具上喷涂铝丝使模具上形成铝薄膜，优选的，铝薄膜的厚度为0.1-0.2mm；然后再在铝薄膜上涂刷环氧类胶粘剂或贴环氧类胶膜，使铝薄膜和碳纤维复合材料有足够的粘结强度；优选的，所述环氧类胶粘剂或环氧类胶膜的用量控制在100-150g/㎡；然后再在涂刷后的铝薄膜上根据常规方法铺贴碳纤维预浸布；
S5：铺层结束后将S3步骤所得的去除垫片后的预制芯材上下面涂刷环氧类胶粘剂或环氧类胶膜，再将其放入S4的模具中压紧密合后在预制芯材上继续按照常规复合材料工艺方法放置内存块以及铺贴纤维预浸布；
S6：待所有铺层结束后，将上下模合起锁紧，置入120-150℃成型台中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品；或待所有铺层结束后，在下模模具上铺放辅助成型材料后封装抽真空推入真空热压罐中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品；
S7：将取出的反射面制品进行打磨整修以及补胶处理；最后对反射面进行3d扫描测试其精度。
进一步，所述S1步骤中，还包括用有机溶剂对上下模具进行除油清洁，然后涂刷离型剂；优选的，有机溶剂为酒精或乙酸乙酯。
进一步，所述S2步骤中，所述垫片是具有导热功能的垫片，优选矽胶板或金属板或耐130度以上的工程塑料板；更优选的，金属板的材质为纯金属或合金的材质；最优选的，纯金属为铝、铁、铜或钛；合金为铝合金、铁合金、铜合金、钛合金或不锈钢。耐130度以上的工程塑料板，比如PEEK聚醚醚酮。
进一步，所述S5步骤中，内存块是金属块。
进一步，所述S6步骤中，辅助成型材料为隔离织物、透气毡或真空袋。
本发明与现有技术的不同工艺在于利用垫片预留包纱厚度的同时采用热自膨胀的发泡材料制备预型芯材制品，然后包纱一体成型出反射面。
本发明优点：
本碳纤维复合材料反射面制造方法与现有面板制造技术的优点在于运用热自膨胀的发泡芯材和碳纤维结合的一体成型技术，抛弃了铝合金拉伸蒙皮制造精度不高(目前口径5m以内的反射面通过铝合金拉伸蒙皮制造的幅面精度一般在0.5mm左右，本发明口径1.6m左右的反射面通过一体成型的方法精度控制在0.3mm以内)，比重大、强度低的弊端，同时又规避了采用铝蜂窝等作为夹层材料需要分别成型前后蒙皮的碳纤维反射面的繁杂程序和漫长的制程周期，有效的减少了能耗降低了生产周期节约了制造成本。
附图说明
图1是现有真空热压罐方法流程图。
图2是本发明的工艺流程图。
图3是反射面制备方法所需的下模具照片。
图4是反射面制备方法所需的上下模具合模后的照片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
以下用到的发泡材料可以为HR-313-8或HR-330；离型剂为HR-955。
以下实施例参照图2的工艺流程图和图3-图4。
一种碳纤维复合材料反射面的制造方法:
S1：根据反射面图纸设计铸造模具，模具包括上模和下模，下模具和合模后的照片如图3和4。
用酒精或乙酸乙酯等有机溶剂对上下模具进行除油清洁，然后涂刷离型剂。
根据反射面体积按0.04-0.08g/cm3的密度计算出所需发泡材料(比如HR-313-8或HR-330)的用量。
(反射面体积可以根据以下方式获得，1、通过幅面的3d图纸直接在3D作图软件中计算获得反射面的体积；2、根据幅面的大椭圆体积-小椭圆体积计算获得反射面的体积(椭圆体积公式V＝π*a*b*h其中a、b、c分别为椭圆的半长轴、半短轴的长、h为椭圆的高)。
根据反射面下模裁切出相应形状尺寸的垫片(垫片厚度设计为幅面上下皮层厚度之和)。
S2：将裁切好的垫片放入下模模具中并涂刷离型剂，然后将计算好的发泡材料均匀的铺在垫片上。
S3：盖好上下模模具并锁死，置入加热台120-150℃加热成型0.5-2h后，将模具冷却至室温，取出预制芯材，并去除其中的垫片。
S4：对去除芯材的模具进行简单清理并涂刷离型剂，然后用氧气-乙炔火焰喷枪在下模具上喷涂铝丝使模具上形成铝薄膜，厚度约为0.1-0.2mm，然后再在铝薄膜上涂刷环氧类胶粘剂或贴环氧类胶膜(环氧类胶粘剂或环氧类胶膜的用量控制在100-150g/㎡，使铝薄膜和碳纤维复合材料有足够的粘结强度)；然后在铝薄膜上根据常规方法铺贴碳纤维预浸布；
S5：铺层结束后将S3步骤所得的去除垫片(垫片是具有导热功能的垫片，优选矽胶板或金属板或耐130度以上的工程塑料板；更优选的，金属板的材质为纯金属或合金的材质；最优选的，纯金属为铝、铁、铜或钛；合金为铝合金、铁合金、铜合金、钛合金或不锈钢。)后的预制芯材上下面涂刷环氧类胶粘剂或环氧类胶膜，再将其放入S4的模具中压紧密合后在预制芯材上继续按照常规复合材料工艺方法放置内存块(比如是金属块)以及铺贴纤维预浸布。
S6：待所有铺层结束后，将上下模合起锁紧，置入120-150℃成型台中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品；或待所有铺层结束后，在下模模具上铺放辅助成型材料后封装抽真空推入真空热压罐中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品；
S7：将取出的反射面制品进行打磨整修以及补胶处理；最后对反射面进行3d扫描测试。
实施例1
S1：根据反射面图纸设计铸造模具，模具包括上模和下模，下模具和合模后的照片如图3和4。
用酒精或乙酸乙酯等有机溶剂对上下模具进行除油清洁，然后涂刷离型剂。
根据反射面体积按0.04-0.08g/cm3的密度计算出所需发泡材料的用量。
(反射面体积可以根据以下方式获得，1、通过幅面的3d图纸直接在3D作图软件中计算获得反射面的体积；2、根据幅面的大椭圆体积-小椭圆体积计算获得反射面的体积(椭圆体积公式V＝π*a*b*h其中a、b、c分别为椭圆的半长轴、半短轴的长、h为椭圆的高)。
根据反射面下模裁切出相应形状尺寸的矽胶垫(矽胶垫厚度设计为幅面上下皮层厚度之和)。
S2：将裁切好的矽胶垫放入下模模具中并涂刷离型剂，然后将计算好的发泡材料均匀的铺在矽胶垫上。
S3：盖好上下模模具并锁死，置入加热台120℃加热成型2h后，将模具冷却至室温，取出预制芯材，并去除其中的矽胶垫。
S4：对去除芯材的模具进行简单清理并涂刷离型剂，然后用氧气-乙炔火焰喷枪在下模具上喷涂铝丝使模具上形成铝薄膜，厚度约为0.1-0.2mm，然后再在铝薄膜上涂刷环氧类胶粘剂(环氧类胶粘剂的用量控制在100-150g/㎡，使铝薄膜和碳纤维复合材料有足够的粘结强度)；然后在铝薄膜上根据常规方法铺贴碳纤维预浸布；
S5：铺层结束后将S3步骤所得的去除矽胶垫后的预制芯材上下面涂刷环氧类胶粘剂，再将其放入S4的模具中压紧密合后在预制芯材上继续按照常规复合材料工艺方法放置内存块(金属块)以及铺贴纤维预浸布。
S6：待所有铺层结束后，将上下模合起锁紧，置入120-150℃成型台中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品。
S7：将取出的反射面制品进行打磨整修以及补胶处理；最后对反射面进行3d扫描测试。
按照上述方法，最后得到口径约1.6m的反射面，对反射面进行3d扫描测试，幅面的精度测量结果均方根值不大于0.3mm。
实施例2
S1：根据反射面图纸设计铸造模具，模具包括上模和下模，下模具和合模后的照片如图3和4。
用酒精或乙酸乙酯等有机溶剂对上下模具进行除油清洁，然后涂刷离型剂。
根据反射面体积按0.04-0.08g/cm3的密度计算出所需发泡材料(比如HR-313-8或HR-330)的用量。
(反射面体积可以根据以下方式获得，1、通过幅面的3d图纸直接在3D作图软件中计算获得反射面的体积；2、根据幅面的大椭圆体积-小椭圆体积计算获得反射面的体积(椭圆体积公式V＝π*a*b*h其中a、b、c分别为椭圆的半长轴、半短轴的长、h为椭圆的高)。
根据反射面下模裁切出相应形状尺寸的垫片(垫片厚度设计为幅面上下皮层厚度之和)。
S2：将裁切好的垫片放入下模模具中并涂刷离型剂，然后将计算好的发泡材料均匀的铺在垫片上。
S3：盖好上下模模具并锁死，置入加热台120℃加热成型2h后，将模具冷却至室温，取出预制芯材，并去除其中的垫片。
S4：对去除芯材的模具进行简单清理并涂刷离型剂，然后用氧气-乙炔火焰喷枪在下模具上喷涂铝丝使模具上形成铝薄膜，厚度约为0.1-0.2mm，然后再在铝薄膜上涂刷环氧类胶膜(环氧类胶膜的用量控制在100-150g/㎡，使铝薄膜和碳纤维复合材料有足够的粘结强度)；然后在铝薄膜上根据常规方法铺贴碳纤维预浸布；
S5：铺层结束后将S3步骤所得的去除铝垫片后的预制芯材上下面涂刷环氧类胶膜，再将其放入S4的模具中压紧密合后在预制芯材上继续按照常规复合材料工艺方法放置内存块(金属块)以及铺贴纤维预浸布。
S6：待所有铺层结束后，在下模模具上铺放隔离织物、透气毡、真空袋等辅助成型材料后封装抽真空(负压达到-0.094Mpa以下)推入真空热压罐(施压0.4-0.5Mpa)中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品。
S7：将取出的反射面制品进行打磨整修以及补胶处理；最后对反射面进行3d扫描测试。
最后得到口径约1.6m的反射面，对反射面进行3d扫描测试，幅面的精度测量结果均方根值不大于0.3mm。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种碳纤维复合材料反射面的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据反射面设计图纸铸造模具，模具包括上模和下模；
S2：将裁切好的垫片放入下模模具中并涂刷离型剂，然后将发泡材料均匀的铺在垫片上；
其中优选的，所述垫片是根据反射面的下模裁切出相应形状尺寸的垫片；垫片的厚度设计为幅面上下皮层厚度之和；
优选的，所述发泡材料的用量根据反射面体积按0.04-0.08g/cm3的密度计算出；
S3：盖好上下模模具并锁死，置入加热台120-150℃加热成型0.5-2h后，将模具冷却至室温，取出预制芯材，并去除其中的垫片；
S4：对取出预制芯材的模具涂刷离型剂，然后用氧气-乙炔火焰喷枪在下模具上喷涂铝丝使模具上形成铝薄膜，优选的，铝薄膜的厚度为0.1-0.2mm；然后再在铝薄膜上涂刷环氧类胶粘剂或贴环氧类胶膜，使铝薄膜和碳纤维复合材料有足够的粘结强度；优选的，所述环氧类胶粘剂或环氧类胶膜的用量控制在100-150g/㎡；然后再在涂刷后的铝薄膜上根据常规方法铺贴碳纤维预浸布；
S5：铺层结束后将S3步骤所得的去除垫片后的预制芯材上下面涂刷环氧类胶粘剂或环氧类胶膜，再将其放入S4的模具中压紧密合后在预制芯材上继续按照常规复合材料工艺方法放置内存块以及铺贴纤维预浸布；
S6：待所有铺层结束后，将上下模合起锁紧，置入120-150℃成型台中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品；或待所有铺层结束后，在下模模具上铺放辅助成型材料后封装抽真空推入真空热压罐中加热成型1-3h，成型结束后将模具冷却至室温开模取出反射面制品；
S7：将取出的反射面制品进行打磨整修以及补胶处理；最后对反射面进行3d扫描测试其精度。
2.如权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述S1步骤中，还包括用有机溶剂对上下模具进行除油清洁，然后涂刷离型剂；优选的，有机溶剂为酒精或乙酸乙酯。
3.如权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述S2步骤中，垫片是具有导热功能的垫片，优选的，是矽胶板或金属板或耐130度以上的工程塑料板；更优选的，金属板的材质为纯金属或合金的材质。
4.如权利要求3所述制造方法，其特征在于，所述纯金属为铝、铁、铜或钛；合金为铝合金、铁合金、铜合金、钛合金或不锈钢。
5.如权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述S5步骤中，内存块是金属块。
6.如权利要求1所述制造方法，其特征在于，所述S6步骤中，辅助成型材料为隔离织物、透气毡或真空袋。
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- 2021-12-13 CN CN202111514882.XA patent/CN114211777A/zh active Pending
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