專利名稱：碳纖維天線反射面的一體成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維天線反射面的一體成型工藝，成型的碳纖維天線反射面應(yīng)用于通信及測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高剛度、高精度、耐腐蝕、耐疲勞、減振性好等特點(diǎn)，20世紀(jì)90年代就已在星載天線反射面領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步、材料成本的降低，碳纖維復(fù)合材料必將取代更多的金屬材料，成為便攜式、車載、機(jī)載、星載天線甚至地面站天線反射面及結(jié)構(gòu)件的主流材料。目前，碳纖維復(fù)合材料天線反射面主要為蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外蒙皮采用碳纖維預(yù)浸料熱壓罐中溫固化成型，而后再與蜂窩夾芯采用膠膜粘接成型。該方法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、力學(xué)性能好；缺點(diǎn)是工藝繁瑣，需要多次進(jìn)罐，無(wú)法一體成型，成本較高，且受熱壓罐的口徑限制無(wú)法制得大口徑的反射面，限制了其在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種可簡(jiǎn)化工藝，不用熱壓罐固化，制造成本低，產(chǎn)品精度高，可成型大口徑的碳纖維天線反射面的一體成型方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種碳纖維天線反射面的一體成型工藝，包括一對(duì)背架，在該對(duì)背架的后端開(kāi)有固定孔；其步驟如下
1)預(yù)制碳纖維天線反射面的模具；
2)將步驟I)預(yù)制的模具表面清理干凈，涂覆脫模劑；
3)在步驟2)模具的表面鋪覆一層脫模布，其上鋪貼外蒙皮碳纖維預(yù)浸料，同時(shí)將鋪貼過(guò)程中層與層之間的氣泡趕出，鋪好后將該外蒙皮碳纖維預(yù)浸料連同脫模布一起取下放置備用;
4)在步驟3)取下外蒙皮碳纖維預(yù)浸料的模具上鋪貼內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料，同時(shí)將鋪貼過(guò)程中層與層之間的氣泡趕出；在鋪好的內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料表面鋪覆一層膠膜；
5)2個(gè)所述背架平行于所述模具長(zhǎng)徑方向以其軸心為準(zhǔn)向兩側(cè)等距平行鋪放在步驟
4)所述的膠膜上且與其表面粘接固定，其粘接長(zhǎng)度為該背架由前端至全長(zhǎng)的2/3段；所述背架裝有固定孔的后端伸出所述模具長(zhǎng)徑方向一端；2個(gè)所述背架固裝孔之間的距離為O.1 I米；同時(shí)加熱該膠膜將預(yù)埋金屬件粘在所述背架周邊的膠膜上；
6 )取一蜂窩層，將其裁剪至與所述內(nèi)蒙皮表面尺寸相同鋪覆在膠膜上且將背架2的位置處剪開(kāi)，鋪覆在背架2周邊及以外的膠膜上；裁剪處用發(fā)泡膠連接；而后在蜂窩層上鋪覆第二層膠膜；將步驟4)制備的外蒙皮碳纖維預(yù)浸料劃線裁去所述背架部分后鋪覆在第二層的膠膜上；再加熱外蒙皮碳纖維預(yù)浸料使其通過(guò)第二層膠膜粘在第一層膠膜上；
7)在步驟5)成型的外蒙皮碳纖維預(yù)浸料上表面依次包覆脫模布、透氣氈及真空袋后成型為碳纖維天線反射面毛坯，將其送入一固化爐內(nèi)在真空狀態(tài)下高溫固化；固化完成后自然冷卻至低于50度后脫模；
8)將脫膜后的翻邊毛刺打磨平整，外蒙皮處刮膩?zhàn)?，打磨平整?br>
9)用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢驗(yàn)脫模后的所述碳纖維天線反射面制品內(nèi)表面精度，制備而成所述碳纖維天線反射面。步驟I)所述的天線反射面模具為鑄鐵或鋼數(shù)控銑制備，型面誤差小于O. 3mm。步驟2)所述的碳纖維預(yù)浸料為碳纖維單向預(yù)浸料或碳纖維織物預(yù)浸料中一種或兩種組合物。步驟3)所述背架設(shè)有一對(duì)，為鋁合金預(yù)制件；背架的前端位于該背架長(zhǎng)徑的中部，且粘接在第一層膠膜上；2個(gè)背架與該碳纖維天線反射面相接面的前端以該碳纖維天線反射面的軸心向兩側(cè)等距平行粘接，其兩側(cè)的間距各為O.1 I米。步驟5)所述的蜂窩層為鋁蜂窩夾芯材料。步驟6)所述固化爐上裝有真空管道，真空管道與外設(shè)真空泵相接；所述固化爐加熱和抽真空同時(shí)進(jìn)行；所述固化溫度為80 180°C。上述固化爐加熱溫度在常溫至200°C之間。上述的真空管道上串裝有真空表，該真空表設(shè)定的真空壓力低于-O. 085MPa。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下I)天線反射面內(nèi)、外蒙皮、蜂窩夾芯材料與背架可一體成型，工藝簡(jiǎn)單，易操作，加工效率高，不用多次固化，節(jié)約了成本；2)使用固化爐固化，可成型大尺寸天線反射面產(chǎn)品，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
圖1為本發(fā)明天線反射面與背架連接位置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為天線反射面的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的天線反射面由反射面I和背架2組裝而成。其中，反射面I為橢圓形，其長(zhǎng)徑為O. 5 2米，短徑為O. 3 1. 8米，厚度為8 18毫米；背架2設(shè)有一對(duì)，為鋁合金加工的預(yù)制件；一般背架的薄厚、規(guī)格大小均與反射面I的薄厚、規(guī)格大小對(duì)應(yīng)設(shè)置，背架2的前端與反射面的內(nèi)蒙皮上鋪設(shè)的膠膜粘接，2個(gè)背架以該反射面的軸心向兩側(cè)等距平行粘接，其間距為O.1 I米。如圖2所示，天線反射面在模具上成型；其中模具3為上凸的弧形面，弧形面的下方為多個(gè)垂直于平行面的支撐柱；反射面I在模具3的表面成型，其由下至上依次鋪設(shè)有內(nèi)蒙皮4、背架2、蜂窩層5、外蒙皮6、脫模布7、透氣氈9、真空袋10、真空嘴8 ;其中，真空嘴8通過(guò)真空管與外設(shè)的真空泵12連接；上述鋪在模具3上的反射面毛坯與模具3 —起送入一固化爐11內(nèi)加溫固化；同時(shí)接通真空泵通過(guò)真空嘴將其真空袋10內(nèi)腔抽真空，在真空環(huán)境下固化成型為本發(fā)明的反射面I。該天線反射面的成型工藝，包括一對(duì)背架，在該對(duì)背架的后端開(kāi)有固定孔；其步驟如下1)預(yù)制天線反射面的模具3;
2)將步驟I)預(yù)制的模具3表面清理干凈，涂覆脫模劑；
3)在步驟2)模具3的表面鋪覆一層脫模布，其上鋪貼外蒙皮碳纖維預(yù)浸料，同時(shí)用刮板將鋪貼過(guò)程中層與層之間的氣泡趕出，鋪好后將外蒙皮碳纖維預(yù)浸料連同脫模布一起取下放置備用；
4)在步驟3)取下碳纖維預(yù)浸料的模具上鋪貼內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料，同時(shí)將鋪貼過(guò)程中層與層之間的氣泡趕出；在鋪好后的內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料表面鋪覆一層膠膜；
5)2個(gè)所述背架平行于所述模具長(zhǎng)徑方向以其軸心為準(zhǔn)向兩側(cè)等距平行鋪放在步驟
4)所述的膠膜上且與其表面粘接固定，其粘接長(zhǎng)度為該背架由前端至全長(zhǎng)的2/3段；所述背架裝有固定孔的后端伸出所述模具長(zhǎng)徑方向一端；2個(gè)所述背架固裝孔之間的距離為
O.1 I米;
6)取一蜂窩層5，將其裁剪至與內(nèi)蒙皮4大小相同的形狀，將背架2的位置處剪開(kāi)，鋪覆在背架2周邊及以外的膠膜上，蜂窩層5與背架2之間以及蜂窩層5剪開(kāi)之處用發(fā)泡膠連接；而后在鋁蜂窩5上再鋪覆第二層膠膜；將步驟3)制備的外蒙皮碳纖維預(yù)浸料6劃線裁去背架2所在部分后鋪覆在第二層的膠膜上；再加熱外蒙皮碳纖維預(yù)浸料6使其通過(guò)第二層膠膜粘在第一層膠膜上；
7)在步驟6)鋪好的外蒙皮碳纖維預(yù)浸料6上表面依次包覆脫模布7、透氣氈9及真空袋10后成型為碳纖維天線反射面毛坯，將其送入固化爐12內(nèi)在真空狀態(tài)下高溫固化；固化完成后自然冷卻至低于50度后脫模；
8)將脫膜后的翻邊毛刺打磨平整，外蒙皮處刮膩?zhàn)樱蚰テ秸?br>
9)用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢驗(yàn)脫模后的碳纖維天線反射面制品內(nèi)表面精度，制備而成本發(fā)明的碳纖維天線反射面。其中，背架2與第一層膠膜的粘接、外蒙皮通過(guò)第二層膠膜與第一層膠膜的粘接所用的熱源為電吹風(fēng)。步驟I)中天線反射面模具為鑄鐵或鋼數(shù)控銑制備，型面誤差小于O. 3mm。步驟3)、4)中碳纖維預(yù)浸料為碳纖維單向預(yù)浸料或碳纖維織物預(yù)浸料其中之一或它們的組合物。步驟5)中蜂窩層5為鋁蜂窩夾芯材料。步驟6)中固化爐12上帶真空管道，真空管道接外設(shè)的真空泵，固化爐12可以邊加熱邊抽真空。固化爐12可加熱溫度為常溫至200°C。真空管道上接真空表，真空壓力可以在-O. 085MPa以下。以下通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。其中，所用的各種原料均可以通過(guò)商業(yè)途徑獲得。實(shí)例1:
O根據(jù)球墨鑄鐵數(shù)控銑制造天線反射面模具，模具型面誤差小于O. 2mm ;模具上包含定位工裝，該工裝可以通過(guò)銷子將背架定位。2)將反射面金屬模具表面清理干凈，涂覆脫模劑；
3)在模具上鋪覆一層脫模布，而后鋪貼外蒙皮預(yù)浸料，預(yù)浸料選用上海力碩的LS-15000預(yù)浸料，鋪層角度選擇「O /+45 / -45/90/90/-45/+45/0」鋪層形式，鋪貼時(shí)使用刮板將層與層之間的氣泡趕出，鋪好后將預(yù)浸料連同脫模布一起取下放置在一邊備用。4)在模具上鋪貼內(nèi)蒙皮預(yù)浸料，預(yù)浸料選用上海力碩的LS-15000預(yù)浸料，鋪層角度選擇「O /+45 /-45/90/90/-45/+45/0」鋪層形式，鋪貼時(shí)使用刮板將層與層之間的氣泡趕出，內(nèi)蒙皮鋪貼好后在上面均勻鋪覆一層膠膜，將鋁合金加工制備的背架定好位放置在膠膜上，通過(guò)膠膜粘接在產(chǎn)品中。使用電吹風(fēng)加熱膠膜使背架粘在膠膜上。5)將鋁蜂窩外緣裁剪至與內(nèi)蒙皮大小相當(dāng)，鋪放在膠膜上，鋁蜂窩選用蘇州航泰蜂窩科技有限公司的鋁蜂窩材料，鋁蜂窩邊長(zhǎng)4mm、鋁箔厚度O. 06mm、高度10mm，鋁蜂窩尺寸不夠可以拼接，接縫用發(fā)泡膠填充。而后在鋁蜂窩上再均勻鋪放一層膠膜，將步驟(3 )制備的外蒙皮劃線裁去背架部分，而后鋪覆在膠膜上。使用電吹風(fēng)加熱外蒙皮使其粘在膠膜上。6)在外蒙皮上依次包覆脫模布、透氣氈、真空袋、真空嘴，進(jìn)固化爐固化，邊固化邊抽真空。固化條件為(80±5)°C /0. 5h+(130±5)°C /1. 5h，真空袋內(nèi)壓力小于-O. 085MPa。產(chǎn)品自然冷卻至50度脫模。7)將翻邊毛刺打磨平整，外蒙皮處刮膩?zhàn)?，打磨平整?)使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢驗(yàn)內(nèi)表面，即反射面正面的精度，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x可以使用通用的儀器設(shè)備。實(shí)例2
I)根據(jù)鋼材料制造天線反射面模具；模具型面誤差小于O. 3mm ;模具上包含定位工裝，該工裝可以通過(guò)銷子將背架定位。2)將反射面金屬模具表面清理干凈，涂覆脫模劑；
3)在模具上鋪覆一層脫模布，而后鋪貼外蒙皮碳纖維預(yù)浸料，預(yù)浸料選用威海光威的W3021預(yù)浸料，鋪層角度選擇「O (90)/±45/±45/0 (90)」鋪層形式，鋪貼時(shí)使用刮板將層與層之間的氣泡趕出，鋪好后將預(yù)浸料連同脫模布一起取下放置在一邊備用。4)在模具上鋪貼內(nèi)蒙皮預(yù)浸料，預(yù)浸料選用威海光威的W3021預(yù)浸料，鋪層角度選擇「O (90)/±45/±45/0 (90)」鋪層形式，鋪貼時(shí)使用刮板將層與層之間的氣泡趕出，內(nèi)蒙皮鋪貼好后在上面均勻鋪覆一層膠膜，將鋁合金加工制備的背架定好位放置在膠膜上，通過(guò)膠膜粘接在產(chǎn)品中。使用電吹風(fēng)加熱膠膜使背架粘在膠膜上。5)將鋁蜂窩外緣裁剪至與內(nèi)蒙皮大小相當(dāng)，鋪放在膠膜上，鋁蜂窩選用蘇州航泰蜂窩科技有限公司的鋁蜂窩材料，鋁蜂窩邊長(zhǎng)5mm，鋁箔厚度O. 07mm,厚度8mm，鋁蜂窩尺寸不夠可以拼接，接縫用發(fā)泡膠填充。而后在鋁蜂窩上均勻鋪覆一層膠膜，將步驟3 )制備的外蒙皮劃線裁去背架部分，而后鋪覆在膠膜上。使用電吹風(fēng)加熱外蒙皮使其粘在膠膜上。6)在外蒙皮上依次包覆脫模布、透氣氈、真空袋、真空嘴，進(jìn)固化爐固化，邊固化邊抽真空。固化條件為(80±5) °C/lh+(130±5) °C/2h，真空袋內(nèi)壓力小于-O. 085MPa。產(chǎn)品自然冷卻至40度以下脫模。7)將翻邊毛刺打磨平整，外蒙皮處刮膩?zhàn)?，打磨平整?)使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢驗(yàn)內(nèi)表面，即反射面正面的精度，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x可以使用通用的儀器設(shè)備。本發(fā)明天線反射面成型后內(nèi)表面的精度要求與其應(yīng)用領(lǐng)域直接相關(guān)，按照產(chǎn)品的應(yīng)用不同精度要求不同，可參照具體應(yīng)用領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維天線反射面的一體成型工藝，包括一對(duì)背架，在該對(duì)背架的后端開(kāi)有固定孔；其步驟如下 1)預(yù)制碳纖維天線反射面的模具； 2)將步驟I)預(yù)制的模具表面清理干凈，涂覆脫模劑； 3)在步驟2)模具的表面鋪覆一層脫模布，其上鋪貼外蒙皮碳纖維預(yù)浸料，同時(shí)將鋪貼過(guò)程中層與層之間的氣泡趕出，鋪好后將該外蒙皮碳纖維預(yù)浸料連同脫模布一起取下放置備用; 4)在步驟3)取下外蒙皮碳纖維預(yù)浸料的模具上鋪貼內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料，同時(shí)將鋪貼過(guò)程中層與層之間的氣泡趕出；在鋪好的內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料表面鋪覆一層膠膜； 5)2個(gè)所述背架平行于所述模具長(zhǎng)徑方向以其軸心為準(zhǔn)向兩側(cè)等距平行鋪放在步驟4)所述的膠膜上且與其表面粘接固定，其粘接長(zhǎng)度為該背架由前端至全長(zhǎng)的2/3段；所述背架裝有固定孔的后端伸出所述模具長(zhǎng)徑方向一端；2個(gè)所述背架固裝孔之間的距離為O.1 I米； 6)取一蜂窩層，將其裁剪至與所述內(nèi)蒙皮表面尺寸相同鋪覆在膠膜上且將背架2的位置處剪開(kāi)，鋪覆在背架2周邊及以外的膠膜上；裁剪處用發(fā)泡膠連接；而后在蜂窩層上鋪覆第二層膠膜；將步驟4)制備的外蒙皮碳纖維預(yù)浸料劃線裁去所述背架部分后鋪覆在第二層的膠膜上；再加熱外蒙皮碳纖維預(yù)浸料使其通過(guò)第二層膠膜粘在第一層膠膜上； 7)在步驟5)成型的外蒙皮碳纖維預(yù)浸料上表面依次包覆脫模布、透氣氈及真空袋后成型為碳纖維天線反射面毛坯，將其送入一固化爐內(nèi)在真空狀態(tài)下高溫固化；固化完成后自然冷卻至低于50度后脫模； 8)將脫膜后的翻邊毛刺打磨平整，外蒙皮處刮膩?zhàn)?，打磨平整? 9)用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢驗(yàn)脫模后的所述碳纖維天線反射面制品內(nèi)表面精度，制備而成所述碳纖維天線反射面。
2.如權(quán)利要求1所述的一體成型工藝，其特征在于步驟I)所述的天線反射面模具為鑄鐵或鋼數(shù)控銑制備，型面誤差小于O. 3mm。
3.如權(quán)利要求2所述的一體成型工藝，其特征在于步驟2)所述的碳纖維預(yù)浸料為碳纖維單向預(yù)浸料或碳纖維織物預(yù)浸料中一種或兩種組合物。
4.如權(quán)利要求3所述的一體成型工藝，其特征在于步驟3)所述背架設(shè)有一對(duì)，為鋁合金預(yù)制件；所述背架的前端位于該背架長(zhǎng)徑的中部，其粘接在所述第一層膠膜上，前端2個(gè)背架以該碳纖維天線反射面的軸心向兩側(cè)等距平行粘接，其間距為O.1 I米。
5.如權(quán)利要求1所述的一體成型工藝，其特征在于步驟5)所述的蜂窩層為鋁蜂窩夾芯材料。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一體成型工藝，其特征在于步驟6)所述固化爐上裝有真空管道，真空管道與外設(shè)真空泵相接；所述固化爐加熱和抽真空同時(shí)進(jìn)行；所述固化溫度為80 180°C。
7.如權(quán)利要求6所述的一體成型工藝，其特征在于所述固化爐加熱溫度為常溫至200。。。
8.如權(quán)利要求7所述的一體成型工藝，其特征在于所述真空管道上串裝有真空表，該真空表設(shè)定的真空壓力低于-O. 085MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳纖維天線反射面一體成型工藝，包括步驟如下1)預(yù)制天線反射面的模具；2)清理模具，涂脫模劑；3)在模具表面鋪脫模布，其上鋪外蒙皮碳纖維預(yù)浸料，再將該外蒙皮碳纖維預(yù)浸料連同脫模布一起取下放置備用；4)在模具上鋪內(nèi)蒙皮碳纖維預(yù)浸料，其上涂膠膜；5)預(yù)制天線反射面用的背架，將其粘在膠膜上；6)鋪覆蜂窩層，上鋪第二層膠膜；將外蒙皮碳纖維預(yù)浸料，加熱粘接其上表面；7)依次包覆脫模布、透氣氈及真空袋后成型為碳纖維天線反射面毛坯，經(jīng)高溫固化脫模；最后打磨平整、檢驗(yàn)脫模后碳纖維天線反射面制品內(nèi)表面精度，制備成碳纖維天線反射面。該產(chǎn)品可一體成型，一次固化，成本低；可成型大尺寸天線反射面產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B29C70/02GK103042697SQ201210589370
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者孫超明, 趙衛(wèi)生, 彭玉剛, 談娟娟, 楊凱, 張翠妙, 劉輝 申請(qǐng)人:北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司