CN212312949U

CN212312949U - 一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜

Info

Publication number: CN212312949U
Application number: CN201922459818.0U
Authority: CN
Inventors: 严素欣; 曹伟
Original assignee: CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Current assignee: CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2029-12-31

Abstract

本实用新型提供一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，包括采用胶黏剂依次粘接的内部气密层、金属刚化层以及外部气密层，其中，金属刚化层为自成型刚化柔性材料；固化过程是材料的物理变化，不需要空间飞行器提供成型固化能量，固化方式简单，在一定程度上，自刚化复合薄膜的成型固化过程可逆，因此能进行多次地面展开测试；除胶粘剂外，自刚化复合薄膜的组分材料之间没有化学反应，则其在真空中释放出的气体量很小，所以无论是在地面还是具有极端温度、湿气、热循环等的宇宙空间，自刚化复合薄膜的储存对装载系统都影响甚微；此外，自刚化复合薄膜还可以通过外部充气系统、控制系统控制充气瓶充气，充气固化速度快。

Description

一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜

技术领域

本实用新型属于空间复合材料技术领域，尤其涉及一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜。

背景技术

空间充气展开结构由柔性材料(薄膜或有涂层的织物)制成，通过充气使结构形状随内部压力而展开，可应用于航天器结构或航天器的功能部件。由于采用了柔性材料，在发射升空前可将其折叠包装，大大节省了发射体积；在进入轨道后，通过充气将其展开，再进行成型固化使其具有充分的强度和刚度。空间充气展开技术可用于构建太阳能电池、雷达和反射天线、太阳帆、返回和制动系统等大型空间结构。

柔性材料是构成空间充气展开结构的主要组成部分，柔性材料主要包括薄膜材料、带有涂层的织物材料和可成型固化材料。柔性材料就是材料本身为柔性可折叠，当结构充气展开后，通过某种方式(如加热、冷却、紫外线辐射、与充气气体发生反应等)，使材料发生刚化，最终结构达到预期的强度和刚度。柔性材料研究是充气展开技术中的关键和难点。目前现有的空间充气展开结构用柔性材料通常通过加热、紫外线固化，通常需要固化过程复杂、固化速度慢、贮藏寿命短、固化过程不可逆等问题，制约空间充气展开结构设计发展。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，固化方式简单、固化速度快、贮藏寿命长、真空中释放出的气体少、在一定程度上，成型固化过程可逆。

一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，包括采用胶黏剂依次粘接的内部气密层、金属刚化层以及外部气密层，其中，金属刚化层为自成型刚化柔性材料。

进一步地，所述内部气密层和外部气密层材质为聚酰亚胺薄膜材料。

进一步地，所述金属刚化层为金属膜。

进一步地，所述金属刚化层的材质为铝箔材料。

进一步地，所述金属刚化层的厚度不超过0.1mm。

进一步地，所述金属刚化层的厚度为0.05-0.0762mm。

有益效果：

1、本实用新型提供一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，固化过程是材料的物理变化，不需要空间飞行器提供成型固化能量，固化方式简单，在一定程度上，自刚化复合薄膜的成型固化过程可逆，因此能进行多次地面展开测试；除胶粘剂外，自刚化复合薄膜的组分材料之间没有化学反应，则其在真空中释放出的气体量很小，所以无论是在地面还是具有极端温度、湿气、热循环等的宇宙空间，自刚化复合薄膜的储存对装载系统都影响甚微；此外，自刚化复合薄膜还可以通过外部充气系统、控制系统控制充气瓶充气，充气固化速度快。

2、本实用新型提供一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，采用聚酰亚胺薄膜材料作为内部气密层和外部气密层，材料性能稳定，贮藏寿命长。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜的结构示意图；

1-内部气密层、2-金属刚化层、3-外部气密层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，该图为本实施例提供的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜的结构示意图。所述薄膜包括采用胶黏剂依次粘接的内部气密层1、金属刚化层 2以及外部气密层3，其中，金属刚化层为自成型刚化柔性材料，即当所述空间充气展开结构的内部气压增大到使其管壁应力大于金属刚化层的屈服强度时，所述金属刚化层发生塑性变形而硬化。

可选的，空间充气展开结构用自刚化复合薄膜采用层合铝柔性复合材料，层合铝材料由聚酰亚胺薄膜材料和铝箔层合而成，通过铝箔上下两面复合聚酰亚胺薄膜形成。层合铝材料是一种自成型刚化柔性材料，不需要提供额外的成型固化能量。当对其进行充气展开后，便不再需要气体进行保压。

需要说明的是，在空间环境条件下，聚酰亚胺薄膜材料耐折叠性能、拉伸强度及粘接强度等方面具有较高的优势，且聚酰亚胺薄膜在制备方面能够做到足够小的厚度，可以在一定程度上降低材料质量。同时，铝刚化屈服强度低，易于固化，且铝箔密度小，质量轻，降低空间飞行器发射成本。

可选的，本实施例的金属刚化层2的厚度不宜超过0.1mm，否则空间充气展开结构用自刚化复合薄膜在折叠时容易造成快速和不可恢复的强度下降。金属刚化层2的最佳厚度在0.05-0.0762mm之间。

本实施例的工作原理为：

金属膜具有塑性变形的特点，也就是说金属膜，如铝箔在较大的作用力下可塑性变形，而在低于屈服应力时有高的硬度。具体地，层合薄膜充气展开硬化支撑管的硬化需要经过两个阶段。第一个阶段是充气展开阶段，随着气体的充入，结构慢慢的完全膨胀展开；气压继续增大，当管壁应力达到金属膜的屈服强度之上时，由金属膜制成的刚化层产生塑性变形，金属膜硬化，结构便取得了一定的刚度，这个刚度即使在结构内没有气压作用的情况下也是不变的，即得到一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜。

由此可见，本实施例的自刚化复合薄膜具有如下特点：

一、固化方式简单。现有的空间充气展开结构常用复合薄膜的固化方式之一是热固化方式。需要利用空间飞行器携带的电源进行加热固化，而空间飞行器由于发射重量等的限制，所携带的电源容量有限。而本实施例涉及的空间充气展开结构用自刚化复合薄膜不需要空间飞行器提供成型固化能量，固化方式简单。

二、固化速度快，可预测。现有的空间充气展开结构常用复合薄膜的固化方式之一是紫外线固化方式。通过紫外线辐照下，引起树脂材料成型固化。固化过程受太空中紫外线强弱影响，易导致不均匀固化和结构的形状畸变，不可控。本实施例涉及的空间充气展开结构用自刚化通过充气系统控制系统控制充气瓶充气，充气固化速度快，可以预测。

三、贮藏寿命长。空间飞行器在设计制造完成后通常不会马上发射到太空，需要一定的贮藏期。本实施例涉及的空间充气展开结构用自刚化复合薄膜所采用的层合材料性能稳定，贮藏寿命长。

四、真空中释放出的气体少。除胶粘剂外，本实施例的自刚化复合薄膜的组分材料之间没有化学反应，则其在真空中释放出的气体量也很小，所以无论是在地面还是具有极端温度、湿气、热循环等的宇宙空间，自刚化复合薄膜的储存对装载系统都影响甚微。

五、在一定程度上，成型固化过程可逆。以往空间充气展开结构用热固化薄膜和紫外线固化薄膜，均存在固化后材料发生化学反应，过程不可逆。而本实施例涉及的自刚化复合薄膜固化过程是材料的物理变化，在一定程度上，自刚化复合薄膜的成型固化过程可逆，因此能进行多次地面展开测试。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，其特征在于，包括采用胶黏剂依次粘接的内部气密层、金属刚化层以及外部气密层，其中，金属刚化层为自成型刚化柔性材料。

2.如权利要求1所述的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，其特征在于，所述内部气密层和外部气密层材质为聚酰亚胺薄膜材料。

3.如权利要求1所述的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，其特征在于，所述金属刚化层为金属膜。

4.如权利要求1所述的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，其特征在于，所述金属刚化层的材质为铝箔材料。

5.如权利要求1所述的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，其特征在于，所述金属刚化层的厚度不超过0.1mm。

6.如权利要求5所述的一种空间充气展开结构用自刚化复合薄膜，其特征在于，所述金属刚化层的厚度为0.05-0.0762mm。