本發(fā)明涉及一種蒙皮結(jié)構(gòu)及其制備工藝，尤其是涉及一種太陽能飛機(jī)的蒙皮結(jié)構(gòu)及其制備工藝。
背景技術(shù)：
以太陽能作為未來飛行器的輔助能源乃至主要能源，是人類發(fā)展具有方向性和前沿性的重要研究目標(biāo)。太陽能飛機(jī)是在上世紀(jì)70年代隨著太陽能電池成本的降低而出現(xiàn)，由于太陽能飛機(jī)飛行不需要自帶燃料，為長航時(shí)飛行創(chuàng)造了條件。因此，不少發(fā)達(dá)國家均致力于基于太陽能的高空長航時(shí)無人機(jī)的研發(fā)。
太陽能飛機(jī)的機(jī)翼等部件通常都會(huì)采用蒙皮，飛機(jī)蒙皮的作用是維持飛機(jī)外形，使之具有很好的空氣動(dòng)力特性。
常用的蒙皮制作工藝通常都是采用將相應(yīng)的材料放入由上模具和下模具組成的模具組件中間，然后壓合而成。而太陽能飛機(jī)上的蒙皮因?yàn)橥ǔＥc太陽能電池結(jié)合在一起，若與蒙皮材料一起壓合的話，特別容易造成太陽能電池的損壞。此外，現(xiàn)有的飛機(jī)的蒙皮通常都是采用合金材料制成，其質(zhì)量較大，特別不適合于太陽能飛機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)。
中國專利zl201310066809.x公開了一種機(jī)翼蒙皮，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用玻璃纖維、kevlar纖維、碳纖維、氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括氧化鋯、氧化鎂和氧化鈰。該專利制備的機(jī)翼蒙皮雖然硬度高、韌性好，但是其質(zhì)量仍然無法滿足太陽能飛機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種太陽能飛機(jī) 的蒙皮結(jié)構(gòu)及其制備工藝。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種太陽能飛機(jī)的蒙皮結(jié)構(gòu)，包括太陽能電池板和壓合在太陽能電池板背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環(huán)氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板的背面的第一纖維布、泡沫和第二纖維布，所述的泡沫上帶有閉孔。
所述的第一纖維布和第二纖維布均為玻璃纖維布或碳纖維布，第一纖維布和第二纖維布的厚度均為0.1～0.3mm。
所述的泡沫為pvc泡沫或者pmi泡沫，其厚度為1～4mm。
所述的閉孔的孔徑不大于250μm，其在泡沫上的分布密度為1～2個(gè)/cm2。閉孔結(jié)構(gòu)的設(shè)置便于環(huán)氧樹脂浸潤填充閉孔，相當(dāng)于間接增大了第一纖維布、第二纖維布與泡沫的接觸面積，而且當(dāng)環(huán)氧樹脂固化后，其在泡沫內(nèi)還能能夠充當(dāng)一部分支撐骨架支柱的作用，有利于實(shí)現(xiàn)蒙皮材料的約束固化成型，同時(shí)還能使得第一纖維布、第二纖維布和泡沫三者形成一個(gè)承力整體，進(jìn)而大大提高蒙皮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與耐沖擊性能。
所述的太陽能電池板的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結(jié)構(gòu)，所述的第一纖維布面向太陽能電池板的一面上帶有凸出的纖維毛狀結(jié)構(gòu)。凹凸面結(jié)構(gòu)與纖維毛狀結(jié)構(gòu)的配合可以有效的增加第一纖維布與太陽能電池板的接觸面積，從而提高太陽能電池板與第一纖維布的粘接固定效果。
太陽能飛機(jī)的蒙皮結(jié)構(gòu)的制備工藝，包括以下步驟：
(1)將太陽能電池板的正面朝下鋪貼在模具表面，形成與模具表面相同的折彎曲率；
(2)將第一纖維布鋪貼到太陽能電池板的背面，再將泡沫鋪貼在第一纖維布上，使其與模具表面形成相同的折彎曲率，并在泡沫上鋪貼上第二纖維布；
(3)抽真空使太陽能電池板與蒙皮材料壓合在模具上，固化后脫模，即得到蒙皮結(jié)構(gòu)；
上述第一纖維布和第二纖維布在鋪貼前，先用環(huán)氧樹脂滾壓預(yù)浸漬。
步驟(1)中太陽能電池板鋪貼在模具表面之前，先用砂布打磨太陽能電池板背面。
上述步驟中的處理工藝條件均為：溫度18～22℃，相對(duì)濕度為40～60％。
本發(fā)明在制備蒙皮結(jié)構(gòu)時(shí)，首先通過依次將太陽能電池板和三層蒙皮材料鋪貼 在模具表面，最后抽真空壓合成型。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)太陽能電池板不易損壞、工藝操作簡單：本發(fā)明的通過依次將太陽能電池板和三層蒙皮材料鋪貼在模具表面，最后抽真空壓合成型，整個(gè)操作過程操作簡單，同時(shí)成型過程中對(duì)太陽能電池板的壓力低且分布均勻，基本不會(huì)發(fā)生太陽能電池板損壞的情況。此外，選用的粘接材料環(huán)氧樹脂的固化溫度低，使得整個(gè)對(duì)整個(gè)工藝條件的要求很低。
(2)強(qiáng)度高、耐沖擊性能好：本發(fā)明通過環(huán)氧樹脂將兩層纖維布與泡沫鋪貼在太陽能電池板背面并形成三明治夾心結(jié)構(gòu)，此外，泡沫內(nèi)帶有上下貫通的閉孔，閉孔結(jié)構(gòu)的設(shè)置便于環(huán)氧樹脂浸潤填充閉孔，相當(dāng)于間接增大了第一纖維布、第二纖維布與泡沫的接觸面積，而且當(dāng)環(huán)氧樹脂固化后，其在泡沫內(nèi)還能能夠充當(dāng)一部分支撐骨架支柱的作用，有利于實(shí)現(xiàn)蒙皮材料的約束固化成型，同時(shí)還能使得第一纖維布、第二纖維布和泡沫三者形成一個(gè)承力整體，進(jìn)而大大提高蒙皮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與耐沖擊性能。
(3)成本低廉、結(jié)構(gòu)輕：本發(fā)明所選用的纖維布、泡沫和粘接用的樹脂等的來源廣泛，價(jià)格較低，重量較低，特別適合于在太陽能飛機(jī)上的應(yīng)用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1-模具，2-太陽能電池板，3-第一纖維布，4-泡沫，5-第二纖維布，6-纖維毛狀結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
一種太陽能飛機(jī)的蒙皮結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括太陽能電池板2和壓合在太陽能電池板2背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環(huán)氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板2的背面的第一纖維布3、泡沫4和第二纖維布5，太陽能電池板2的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結(jié)構(gòu)，第一纖維布3面向太陽能電池板2的一面上帶有凸出的纖維毛狀結(jié)構(gòu)6，第一纖維布3和第二纖維布5均為玻璃纖維 布，其中，第一纖維布3和第二纖維布5的厚度均為0.1mm，泡沫4為pmi泡沫，其厚度為2mm，泡沫4上具有孔徑不超過250μm的閉孔，閉孔在泡沫4上的分布密度約為1個(gè)/cm2。
上述蒙皮結(jié)構(gòu)通過以下步驟制成：
先預(yù)處理清洗干凈模具1后，根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行畫線定位，確定好太陽能電池板2的鋪貼的位置，然后將太陽能電池板2鋪貼并固定在模具1表面，形成和模具1表面一樣的折彎曲率。然后用環(huán)氧樹脂預(yù)浸好的第一纖維布3鋪貼到太陽能電池板2的背面，再將泡沫4鋪貼在第一纖維布3上，并進(jìn)行滾壓，使之鋪貼完好，形成與模具1表面一樣的折彎曲率，繼續(xù)在泡沫4的表面鋪貼一層第二纖維布5，這樣便在太陽能電池板2背面形成“纖維布-泡沫4-纖維布”的三明治夾心結(jié)構(gòu)，最后利用真空袋抽真空將太陽能電池板2、蒙皮材料與模具1壓到一起，等環(huán)氧樹脂固化后，脫模即可得到蒙皮結(jié)構(gòu)。上述制備過程中溫度為20℃，相對(duì)濕度為50％。
上述第一纖維布3與第二纖維布5在鋪貼前，均已用環(huán)氧樹脂中滾壓浸漬15min左右。
實(shí)施例2
一種太陽能飛機(jī)的蒙皮結(jié)構(gòu)，包括太陽能電池板2和壓合在太陽能電池板2背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環(huán)氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板2的背面的第一纖維布3、泡沫4和第二纖維布5，太陽能電池板2的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結(jié)構(gòu)，第一纖維布3面向太陽能電池板2的一面上帶有凸出的纖維毛狀結(jié)構(gòu)6，第一纖維布3和第二纖維布5均為碳纖維布，其中，第一纖維布3和第二纖維布5的厚度均為0.3mm，泡沫4為pvc泡沫，其厚度為4mm，泡沫4上具有孔徑不超過250μm的閉孔，閉孔在泡沫4上的分布密度約為2個(gè)/cm2。
上述蒙皮結(jié)構(gòu)通過以下步驟制成：
先預(yù)處理清洗干凈模具1后，根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行畫線定位，確定好太陽能電池板2的鋪貼的位置，然后將太陽能電池板2鋪貼并固定在模具1表面，形成和模具1表面一樣的折彎曲率。然后用環(huán)氧樹脂預(yù)浸好的第一纖維布3鋪貼到太陽能電池板2的背面，再將泡沫4鋪貼在第一纖維布3上，并進(jìn)行滾壓，使之鋪貼完好，形成與模具1表面一樣的折彎曲率，繼續(xù)在泡沫4的表面鋪貼一層第二纖維布5，這樣便在太陽能電池板2背面形成“纖維布-泡沫4-纖維布”的三明治夾心結(jié)構(gòu)，最后利用真空袋抽真空將太陽能電池板2、蒙皮材料與模具1壓到一起，等環(huán)氧樹脂 固化后，脫模即可得到蒙皮結(jié)構(gòu)。上述制備過程中溫度為22℃，相對(duì)濕度為60％。
上述第一纖維布3與第二纖維布5在鋪貼前，均已用環(huán)氧樹脂滾壓預(yù)浸漬10min左右。
實(shí)施例3
一種太陽能飛機(jī)的蒙皮結(jié)構(gòu)，包括太陽能電池板2和壓合在太陽能電池板2背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環(huán)氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板2的背面的第一纖維布3、泡沫4和第二纖維布5，太陽能電池板2的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結(jié)構(gòu)，第一纖維布3面向太陽能電池板2的一面上帶有凸出的纖維毛狀結(jié)構(gòu)6，第一纖維布3和第二纖維布5均為玻璃纖維布，其中，第一纖維布3和第二纖維布5的厚度均為0.2mm，泡沫4為pmi泡沫，其厚度為1mm，泡沫4上具有孔徑不超過250μm的閉孔，閉孔在泡沫4上的分布密度約為1個(gè)/cm2。
上述蒙皮結(jié)構(gòu)通過以下步驟制成：
先預(yù)處理清洗干凈模具1后，根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行畫線定位，確定好太陽能電池板2的鋪貼的位置，然后將太陽能電池板2鋪貼并固定在模具1表面，形成和模具1表面一樣的折彎曲率。然后用環(huán)氧樹脂預(yù)浸好的第一纖維布3鋪貼到太陽能電池板2的背面，再將泡沫4鋪貼在第一纖維布3上，并進(jìn)行滾壓，使之鋪貼完好，形成與模具1表面一樣的折彎曲率，繼續(xù)在泡沫4的表面鋪貼一層第二纖維布5，這樣便在太陽能電池板2背面形成“纖維布-泡沫4-纖維布”的三明治夾心結(jié)構(gòu)，最后利用真空袋抽真空將太陽能電池板2、蒙皮材料與模具1壓到一起，等環(huán)氧樹脂固化后，脫模即可得到蒙皮結(jié)構(gòu)。上述制備過程中溫度為18℃，相對(duì)濕度為60％。
上述第一纖維布3與第二纖維布5在鋪貼前，均已用環(huán)氧樹脂滾壓預(yù)浸漬20min左右。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。