[发明专利]一种体装式太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化结构及方法

说明书

本发明提供了一种体装式太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化结构及方法，步骤1，裁剪聚酰亚胺薄膜，测试聚酰亚胺薄膜的绝缘性能；步骤2，制备过渡缓冲层；步骤3，实施各层预浸料的下料；步骤4，根据碳纤维面板铺层顺序要求，在聚酰亚胺薄膜表面依次铺放各层预浸料；步骤5，在聚酰亚胺薄膜+碳纤维面板预浸料组合体表面铺放隔离材料，在热压罐内预压排气；步骤6，碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化。本发明体装式太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化方法采用碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜一次性共固化整体成型，而不是采用传统的先制备铝面板蜂窝夹层结构板，然后在外表面二次胶接粘贴聚酰亚胺薄膜的方法，可以大幅提高生产效率并实现产品减重。

技术领域

本发明涉及了一种结构与电功能一体化太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化结构及方法，属于小卫星太阳翼结构、深空探测技术领域。

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和节省材料，同时又能满足电、热、信号处理的功能性能要求。传统的太阳翼基板和结构支撑是两个独立功能模块，太阳翼基板主要承担电池片安装和结构支撑功能，结构支撑主要承担整星结构支撑和传递力的功能。体装式太阳翼摒弃传统航天器中结构和太阳翼结构独立设计的弊病，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，还可以提供太阳翼电池片绝缘、电路传输、设备连接等功能。这种体装式太阳翼结构形式被越来越多地小卫星所采用，可以最大限度的减轻卫星结构质量，并减少卫星总装工作量。

初期体装式太阳翼主要采用在已成型的铝面板蜂窝夹层结构板表面，二次胶接粘贴聚酰亚胺薄膜，以满足太阳翼电池阵与基板之间的绝缘性能需求，要求聚酰亚胺薄膜表面不透气、无漏点，粘贴过程中聚酰亚胺薄膜与基板之间的气泡控制成为难以攻克的难题，同时，这种二次固化成型方法的制造周期长、工序战线长、制造成本高。随着对复合材料特性的深入了解。在碳纤维面板蜂窝夹层结构板粘贴聚酰亚胺薄膜为航天器的设计提供了一种新的思路，新型碳纤维面板蜂窝夹层的体装式太阳翼有望实现减轻航天器的质量目标。碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化成型方法因为是一次整体成型，减少了热压罐的使用次数，大大降低了制造成本和制造周期。共固化成型不使用胶黏剂，制造出来的构件结构重量轻，构件变形量小，这对于要求结构重量轻和外形尺寸精确高的卫星结构等零部件来说，具有无可比拟的优势。

太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜一体化结构是指聚酰亚胺薄膜完全贴合在碳纤维面板表面，二者之间的间隙由碳纤维面板的预浸树脂完全填充，必须避免表面不透气的聚酰亚胺薄膜与太阳翼的碳纤维面板之间的气泡出现，由于太空真空条件下聚酰亚胺薄膜表面微小气泡会扩展鼓包对电池阵造成灾难性的破坏。因此，碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜贴合过程中的气泡控制和成型质量的控制是共固化成型工艺方案的重点和难点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有铝面板蜂窝夹层结构板表面二次粘贴聚酰亚胺膜技术制造周期长及制造成本高的不足，以及碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜技共固化技术中气泡控制难的不足，提出了一种体装式太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化方法。该方法制备的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化结构贴合密实、无肉眼可见气泡，成型质量好。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种体装式太阳翼的碳纤维面板与聚酰亚胺薄膜共固化方法，包括以下步骤：

步骤1，根据碳纤维面板的外形尺寸裁剪对应外形尺寸的聚酰亚胺薄膜，测试聚酰亚胺薄膜的绝缘性能，并选用绝缘性能满足要求的聚酰亚胺薄膜；

步骤2，根据碳纤维面板的外形尺寸制备过渡缓冲层，用于缓冲匹配碳纤维与聚酰亚胺薄膜由于二者材料热膨胀系数差异造成收缩不一致而导致的屈曲、褶皱缺陷；

步骤3，根据碳纤维面板的外形尺寸准备碳纤维面板坯件所需的预浸料，并实施各层预浸料的下料；

步骤4，根据碳纤维面板铺层顺序要求，在聚酰亚胺薄膜表面依次铺放各层预浸料；