CN115816866A - 适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及复合材料结构件的成型领域的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，具体步骤如下：S1、均压板的翻制；S2、网格面板缠绕；S3、辅助层铺放；S4、整体共固化；S5、脱模。本发明相较于传统聚酰亚胺薄膜常温胶后胶接方式，碳纤维复合材料网格面板聚酰亚胺薄膜共固化成型方法，其本体胶的用胶量控制更加精确，胶层厚度更加均匀，不仅整体减重10％，而且减少了太阳翼电池阵基板的重量控制偏差范围，同时本体胶的使用提高了其整体成型及胶接质量，薄膜与网格面板剥离强度明显提高，避免了倒屋顶型网格面板拐角处聚胶的问题，极端高低温环境下的结构稳定性能更加优异。

Description

适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型 方法

技术领域

本发明涉及复合材料结构件的成型领域，具体地，涉及适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法。

背景技术

随着航空航天事业的不断进步和发展，对高轨卫星的使用要求越来越严格，同时，减轻卫星结构重量，是提高卫星性能的主要手段之一，卫星结构重量的降低不仅大大的降低了卫星的发射成本，还可以为有效载荷的设计提供空间。传统的金属材料存在固有的热胀冷缩特性，影响高轨卫星的在轨运行姿态。

先进树脂基复合材料具有高的比强度、比模量，同时还具有抗疲劳，热稳定性好等优势，已在高轨卫星的各个部件上得到应用。

碳纤维复合材料网格面板作为高轨卫星太阳翼电池阵基板上重要组成部分，其成型质量要求高，胶层厚度要求均匀，基板正面绝缘面即聚酰亚胺薄膜面平面度要求每100×100mm范围内优于0.1mm。同时为了保证太阳翼电池阵基板在轨状态时展开姿态正常，其重量控制要求更高，偏差要求在±8％以内。另外高轨卫星的工作温度区间一般为-160℃～+100℃，卫星太阳翼电池板作为舱外暴露部件，极端的低温工况和较大的高低温区间对其结构稳定性和内部成型质量提出了更高的要求。传统的聚酰亚胺薄膜常温胶后胶接方式已越来越难以满足不断提出的新的要求。

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适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法。

根据本发明提供的一种适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制均压板；

S2、网格面板缠绕：铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜(薄膜面朝外)，缠绕复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯面贴倒屋顶型成型模，在碳纤维网格面板产品上铺放辅助层；

S4、整体共固化：通过整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型，降温至一定温度时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉辅助层。

优选的，在步骤S1中，按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板。

优选的，在步骤S2中，在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜(薄膜面朝外)，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯。

优选的，在步骤S3中，将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯聚四氟乙烯脱模布面贴倒屋顶型成型模，在碳纤维网格面板产品上铺放辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖。

优选的，在步骤S4中，将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型；降温至一定温度时出炉将产品与成型模分离。

优选的，在步骤S5中，固化后脱掉辅助层，清理表面毛刺。

优选的，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板；

S2、网格面板缠绕：在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜(薄膜面朝外)，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯聚四氟乙烯脱模布面贴倒屋顶型成型模，在碳纤维网格面板产品上依次铺放不透气聚四氟乙烯脱模布\均压板\无纺布\真空薄膜辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖；

S4、整体共固化：将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型；降温至一定温度时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉辅助层，清理表面毛刺。

优选的，在步骤S2中，复合材料网格面板的材料体系为高模量碳纤维/氰酸酯树脂体系，其铺层性能：纵向拉伸强度≥1300MPa，纵向拉伸模量≥280MPa，膨胀系数绝对值小于1×10^(-6)/℃。

优选的，在步骤S4中，当温度为室温～177℃，升温速率≤0.5℃/min，保持真空表压≤-0.090MPa；当温度为177±2℃，保温1-3h，保持真空表压≤-0.090MPa，177℃保温结束后关真空，通大气；当温度为177℃～60℃，降温速率≤0.5℃/min；当温度降为100±5℃，热脱模。

优选的，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板；

S2、网格面板缠绕：在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜(薄膜面朝外)，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯从滚筒模具上转移至倒屋顶型钢制成型模，要求含聚四氟乙烯脱模布面与模具伏帖，在碳纤维网格面板产品上依次铺放不透气聚四氟乙烯脱模布\均压板\无纺布\真空薄膜辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖；

S4、整体共固化：将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型，固化制度为室温～177℃，升温速率≤0.5℃/min，保持真空表压≤-0.090MPa；177±2℃，保温1-3h，保持真空表压≤-0.090MPa，177℃保温结束后关真空，通大气；177℃～100℃，降温速率≤0.5℃/min；降温至100±5℃时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉聚四氟乙烯脱模布、均压板等辅助层，清理表面毛刺。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明相较于传统聚酰亚胺薄膜常温胶后胶接方式，碳纤维复合材料网格面板聚酰亚胺薄膜共固化成型方法，其本体胶的用胶量控制更加精确，胶层厚度更加均匀，不仅整体减重10％，而且减少了太阳翼电池阵基板的重量控制偏差范围，同时本体胶的使用提高了其整体成型及胶接质量，薄膜与网格面板剥离强度明显提高，避免了倒屋顶型网格面板拐角处聚胶的问题，极端高低温环境下的结构稳定性能更加优异。

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为倒屋顶型网格面板结构示意图；

图2为均压板成型时局部填料位置图。

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板；

S2、网格面板缠绕：在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜(薄膜面朝外)，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯从滚筒模具上转移至倒屋顶型钢制成型模，要求含聚四氟乙烯脱模布面与模具伏帖，在碳纤维网格面板产品上依次铺放不透气聚四氟乙烯脱模布\均压板\无纺布\真空薄膜辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖；

S4、整体共固化：将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型，固化制度为室温～177℃，升温速率≤0.5℃/min，保持真空表压≤-0.090MPa；177±2℃，保温1-3h，保持真空表压≤-0.090MPa，177℃保温结束后关真空，通大气；177℃～100℃，降温速率≤0.5℃/min；降温至100±5℃时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉聚四氟乙烯脱模布、均压板等辅助层，清理表面毛刺

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上完成的，具体的，包括如下步骤：

S1、均压板的翻制：按设计要求的倒屋顶型模型结构及尺寸在钢制模具上使用3层无碱玻璃布/钡酚醛树脂预浸料铺层，其中在图2所示R角40mm范围内铺贴2层帘子布/钡酚醛树脂预浸料进行填料，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板；

S2、网格面板缠绕：在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜(薄膜面朝外)，使用按[0°/90°]缠绕顺序缠绕3mm×3mm纤维间距的复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯从滚筒模具上转移至倒屋顶型钢制成型模，要求含聚四氟乙烯脱模布面与模具伏帖，在碳纤维网格面板产品上依次铺放不透气聚四氟乙烯脱模布\均压板\无纺布\真空薄膜辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖；

S4、整体共固化：将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型，固化制度为室温～177℃，升温速率≤0.5℃/min，保持真空表压≤-0.090MPa；177±2℃，保温1-3h，保持真空表压≤-0.090MPa，177℃保温结束后关真空，通大气；177℃～100℃，降温速率≤0.5℃/min；降温至100±5℃时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉聚四氟乙烯脱模布、均压板等辅助层，清理表面毛刺。

对比例

本对比例涉及适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，所述方法的步骤与实施例基本相同，不同之处在于在缠绕及固化工序中未采用聚酰亚胺薄膜与网格面板共固化成型，而采用J133常温胶将网格面板及聚酰亚胺薄膜进行后胶接方式成型。对太阳翼基板网格面板进行绝缘性能测试、薄膜的剥离强度测试、重量测试，其对比结果如下。

对比可以发现，采用聚酰亚胺薄膜与网格面板共固化的成型方法与传统后胶接方式的电绝缘性能基本相当，可增大聚酰亚胺薄膜与网格面板之间的粘接强度2倍以上，网格面板基板减重约10％，整体成型及胶接质量明显提高，结构稳定性能更加优异。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制均压板；

S2、网格面板缠绕：铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜，缠绕复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯面贴倒屋顶型成型模，在碳纤维网格面板产品上铺放辅助层；

S4、整体共固化：通过整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型，降温至一定温度时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉辅助层。

2.根据权利要求1所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S1中，按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板。

3.根据权利要求1所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S2中，在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯。

4.根据权利要求1所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S3中，将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯聚四氟乙烯脱模布面贴倒屋顶型成型模，在碳纤维网格面板产品上铺放辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖。

5.根据权利要求1所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S4中，将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型；降温至一定温度时出炉将产品与成型模分离。

6.根据权利要求1所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S5中，固化后脱掉辅助层，清理表面毛刺。

7.根据权利要求1-6任一项所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板；

S2、网格面板缠绕：在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯聚四氟乙烯脱模布面贴倒屋顶型成型模，在碳纤维网格面板产品上依次铺放不透气聚四氟乙烯脱模布\均压板\无纺布\真空薄膜辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖；

S4、整体共固化：将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型；降温至一定温度时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉辅助层，清理表面毛刺。

8.根据权利要求7所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S2中，复合材料网格面板的材料体系为高模量碳纤维/氰酸酯树脂体系，其铺层性能：纵向拉伸强度≥1300MPa，纵向拉伸模量≥280MPa，膨胀系数绝对值小于1×10^(-6)/℃。

9.根据权利要求8所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，在步骤S4中，当温度为室温～177℃，升温速率≤0.5℃/min，保持真空表压≤-0.090MPa；当温度为177±2℃，保温1-3h，保持真空表压≤-0.090MPa，177℃保温结束后关真空，通大气；当温度为177℃～60℃，降温速率≤0.5℃/min；当温度降为100±5℃，热脱模。

10.根据权利要求9所述的适用于倒屋顶型聚酰亚胺薄膜共固化复合材料网格面板成型方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、均压板的翻制：按设计结构及尺寸在钢制模具上铺层，铺层结束后进行抽真空预压实，翻制复合材料网格面板成型用均压板；

S2、网格面板缠绕：在数控缠绕机的滚筒模具上铺贴聚四氟乙烯脱模布和聚酰亚胺薄膜，按设定的缠绕程序缠绕具有一定纤维间距的复合材料网格面板毛坯；

S3、辅助层铺放：将缠绕完成的复合材料网格面板毛坯从滚筒模具上转移至倒屋顶型钢制成型模，要求含聚四氟乙烯脱模布面与模具伏帖，在碳纤维网格面板产品上依次铺放不透气聚四氟乙烯脱模布\均压板\无纺布\真空薄膜辅助层，保证带聚酰亚胺薄膜的网格面板产品与倒屋顶型成型模伏帖；

S4、整体共固化：将合模制袋后的复合材料网格面板产品采用与聚酰亚胺薄膜整体共固化的方法一体加热抽真空固化成型，固化制度为室温～177℃，升温速率≤0.5℃/min，保持真空表压≤-0.090MPa；177±2℃，保温1-3h，保持真空表压≤-0.090MPa，177℃保温结束后关真空，通大气；177℃～100℃，降温速率≤0.5℃/min；降温至100±5℃时出炉将产品与成型模分离；

S5、脱模：固化后脱掉聚四氟乙烯脱模布、均压板等辅助层，清理表面毛刺。

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