低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，包括如下步驟：(1)網(wǎng)格面板浸膠成型；(2)網(wǎng)格面板張緊、轉(zhuǎn)移；(3)低剛度碳纖維復合材料框架膠接成型；(4)網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架膠接。本發(fā)明方法在現(xiàn)有半剛性基板網(wǎng)格面板成型方法的基礎(chǔ)上進行改進，通過專用的轉(zhuǎn)移框架對網(wǎng)格面板進行張力保持，進而保證網(wǎng)格面板張力及基板的平面度，低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板在成型過程中存在的技術(shù)問題提供一種解決方案。采用本發(fā)明成型的低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板質(zhì)量穩(wěn)定，性能滿足設(shè)計要求，適用于工程應(yīng)用。
【專利說明】低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光電太陽電池陣是航天器應(yīng)用的最普遍的能源系統(tǒng)。目前國內(nèi)衛(wèi)星與飛船都采用剛性太陽電池陣板，由于剛性太陽電池陣板中使用了聚酰亞胺薄膜，其耐原子氧的能力較差，因此對于低軌道的飛船和有長壽命要求的衛(wèi)星、空間站影響較大。而半剛性太陽電池陣基板同時具備大型化、輕量化、耐原子氧等特點，在國外廣泛應(yīng)用，俄羅斯和前蘇聯(lián)絕大多數(shù)的應(yīng)用衛(wèi)星和飛船的太陽電池陣采用的都是半剛性基板技術(shù)，例如俄羅斯為“和平號”空間站以及俄羅斯的聯(lián)盟TM飛船研制的半剛性太陽電池陣。其中和平號空間站太陽電池陣最大輸出功率為9KW，展開的總面積為76m2，在軌壽命長達13年。天宮一號為國內(nèi)首次采用半剛性基板的型號，實際應(yīng)用證明:半剛性基板不但在壽命方面具有顯著優(yōu)勢，同時由于半剛性基板背面也透光，太陽能電池片可雙面采光，從而提高了電池片的效率；此外，由于其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在熱控方面也具備較大優(yōu)勢，天宮一號太陽電池陣基板在軌的最高溫度較類比的剛性基板的溫度低10°C左右。由此可見，半剛性基板綜合優(yōu)勢明顯，將逐漸成為衛(wèi)星、飛船、空間站等航天產(chǎn)品太陽電池陣基板的首選結(jié)構(gòu)形式。但半剛性基板目前在單位面積重量方面沒有優(yōu)勢，尤其是對于單塊面積小于4m2的基板，單位面積重量較剛性基板重，成為目前半剛性基板應(yīng)用的最大障礙。目前應(yīng)用于型號的半剛性基板只有天宮一號，其結(jié)構(gòu)部分單板的重量達到6.5kg。為此，結(jié)構(gòu)減重成為半剛性基板最緊迫的任務(wù)。但由于衛(wèi)星半剛性太陽電池陣基板網(wǎng)格面板成型方法困難，網(wǎng)格面板與框架復合后網(wǎng)格面板殘余張力很難控制，因此目前為止國內(nèi)還未對含低剛度框架的半剛性太陽電池陣基板進行工程應(yīng)用。
[0003]申請?zhí)枮?00710172462.1的發(fā)明公開了一種半剛性太陽電池陣基板成型工藝，雖然方法簡單，但在后期擴大生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，其張緊效果差，整體平面度4.5?5.5_，不符合單塊半剛性基板平面度的要求；同時，基板的殘余應(yīng)力偏差保持在20%以上；在后期應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，該基板與配套器件之間間隙大并且不均勻，導致最終的裝備器材震顫較大，組裝不穩(wěn)定，嚴重影響組裝器械的性能。
[0004]本發(fā)明在此基礎(chǔ)上進行方法優(yōu)化，顯著優(yōu)化了基板的整體平面度和殘余應(yīng)力偏差，克服了使用過程中出現(xiàn)間隙和震顫的嚴重問題，保證了基板組裝器械的正常性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，為含低剛度框架的半剛性基板在成型過程中存在的技術(shù)問題提供一種解決方案。本發(fā)明方法在現(xiàn)有半剛性基板網(wǎng)格面板成型方法的基礎(chǔ)上進行改進，通過對網(wǎng)格面板進行張緊、再張緊，并用專用的轉(zhuǎn)移框架對網(wǎng)格面板進行張力保持，進而保證網(wǎng)格面板張力及基板的平面度。
[0006]本發(fā)明提供一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一、網(wǎng)格面板浸膠成型:通過張網(wǎng)機將編織好的網(wǎng)格面板進行張緊，置于有機硅樹脂溶液中進行浸潤，最后放入烘箱中固化；
[0008]步驟二、網(wǎng)格面板張緊、轉(zhuǎn)移:將步驟一固化后的網(wǎng)格面板通過張網(wǎng)機再次張緊，然后用轉(zhuǎn)移框架對網(wǎng)格面板進行固定、保持張力，最后利用位移監(jiān)測裝置測量網(wǎng)格面板的張力；
[0009]步驟三、框架膠接成型:通過模壓成型方法制備低剛度碳纖維復合材料的桿件、接頭，然后用環(huán)氧膠黏劑對桿件、接頭進行膠接，常溫固化后形成低剛度碳纖維復合材料框架；
[0010]步驟四、網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架膠接:采用捆扎的方式將步驟二所得的網(wǎng)格面板固定在步驟三成型的低剛度碳纖維復合材料框架上，并將網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架接觸的區(qū)域進行膠接。
[0011]優(yōu)選地，步驟一中，所述有機硅樹脂溶液的濃度為10?15% ;所述百分比是重量百分比。
[0012]優(yōu)選地，步驟一中，所述固化的溫度為115?150°C、時間為2?3小時。
[0013]優(yōu)選地，步驟二中，所述轉(zhuǎn)移框架，為矩形框架，包括:碳纖維復合材料邊框、壓緊板，碳纖維復合材料邊框設(shè)置有若干個等間距設(shè)置的壓緊板，所述壓緊板用于對網(wǎng)格面板進行壓緊。
[0014]優(yōu)選地，步驟二中，所述張力為25.6?35.6kg。
[0015]優(yōu)選地，步驟四中，所述膠接是指涂刷膠體J-133。
[0016]本發(fā)明方法采用張緊、浸膠、再張緊、用專用轉(zhuǎn)移框架轉(zhuǎn)移、固定等，確保網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架復合后保持足夠張力的情況下，不會對低剛度碳纖維復合材料框架引起較大變形，從而保證半剛性基板的整體平面度，達到工程應(yīng)用的需求；專用轉(zhuǎn)移框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能有效固定網(wǎng)格面板，穩(wěn)定網(wǎng)格面板的剩余張力；同時網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架采用捆扎、膠接雙重方式進行組合，確保殘余力偏差處于較低的水平。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:
[0018](I)平面度對基板質(zhì)量至關(guān)重要，直接影響到基板材料與其他器件之間的裝配及整體間隙，甚至嚴重影響組裝器械的性能，采用常規(guī)半剛性基板成型手段成型的含低剛度框架的半剛性基板，整板平面度超過5mm ;根據(jù)基板之間間距的控制要求，設(shè)計對單塊半剛性基板平面度的要求為3mm，因此采用常規(guī)半剛性基板成型手段成型的基板無法滿足使用要求；而本發(fā)明方法通過對網(wǎng)格面板張緊和再張緊，使得本專利方法生產(chǎn)成型的基板，其整體平面度小于2_，明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)；
[0019](2)殘余應(yīng)力偏差嚴重影響基板的精度，目前基板的殘余應(yīng)力偏差均在30%以上；而本方法利用專用轉(zhuǎn)移框架對網(wǎng)格面板進行固定、保持張力，然后采用捆扎、膠接雙重方式將網(wǎng)格面板和低剛度碳纖維復合材料框架進行組合，最終制備低剛度碳纖維復合材料框架的半剛性太陽電池陣基板，基板的殘余應(yīng)力偏差不超過10 %，所以從基板精度上來講，本發(fā)明方法具有顯著進步。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0021]圖1為本發(fā)明成型方法中使用的轉(zhuǎn)移框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]其中，I為碳纖維復合材料邊框、2為壓緊板；
[0023]圖2為本發(fā)明成型方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0025]實施例1
[0026]本實施例提供一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，具體步驟如圖2所示，包括如下步驟:
[0027]步驟一、網(wǎng)格面板編織:采用中國專利CN1793460A于2006年06月28日公開的玻璃纖維網(wǎng)格織物編織方法進行編織。
[0028]步驟二、網(wǎng)格面板浸膠成型步驟:
[0029](I)預張緊，通過張網(wǎng)機將網(wǎng)格面板進行張緊；
[0030](2)浸膠，使用10%的有機硅樹脂對網(wǎng)格面板進行浸潤；
[0031](3)固化，將浸膠完成的網(wǎng)格面板置入烘箱，115°C固化3小時。
[0032]步驟三、網(wǎng)格面板張緊、轉(zhuǎn)移步驟:
[0033](I)張緊，通過張網(wǎng)機將網(wǎng)格面板再次張緊；
[0034](2)轉(zhuǎn)移，通過專用轉(zhuǎn)移框架(如圖1所示)對網(wǎng)格面板進行固定，保持張力；
[0035](3)張緊力測試，測試張緊力是否滿足要求。
[0036]步驟四、框架膠接成型步驟:
[0037](I)通過模壓成型方法制備碳纖維復合材料桿件、接頭；通過車、銑加工金屬零件；
[0038](2)采用環(huán)氧膠粘劑對桿件、接頭和金屬零件在低剛度碳纖維復合材料框架上進行膠接，常溫固化形成低剛度碳纖維復合材料框架。
[0039]步驟五、網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架膠接步驟:
[0040](I)固定，采用捆扎的方式將網(wǎng)格面板固定在低剛度碳纖維復合材料框架上；
[0041](2)膠接，在網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架接觸區(qū)域涂刷J-133進行膠接。
[0042]采用本發(fā)明提供的方法制得的20m2半剛性基板工程樣板；該樣板通過了振動試樣、熱真空試樣、噪聲試樣和模態(tài)試樣；平面度為1.0mm ;殘余應(yīng)力偏差為6%。
[0043]實施例2
[0044]本實施例提供一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，具體步驟如圖2所示，包括如下步驟:
[0045]步驟一、網(wǎng)格面板編織:采用中國專利CN1793460A于2006年06月28日公開的玻璃纖維網(wǎng)格織物編織方法進行編織。
[0046]步驟二、網(wǎng)格面板浸膠成型步驟:
[0047](I)預張緊，通過張網(wǎng)機構(gòu)將網(wǎng)格面板進行張緊；
[0048](2)浸膠，使用15%的有機硅樹脂對網(wǎng)格面板進行浸潤；
[0049](3)固化，將浸膠完成的網(wǎng)格面板置入烘箱，150°C固化2小時。
[0050]步驟三、網(wǎng)格面板張緊、轉(zhuǎn)移步驟:
[0051](I)張緊，通過專門的張網(wǎng)機將網(wǎng)格面板再次張緊；
[0052](2)轉(zhuǎn)移，通過專用轉(zhuǎn)移框架對網(wǎng)格面板進行固定，保持張力；
[0053](3)張緊力測試，測試張緊力是否滿足要求。
[0054]步驟四、低剛度碳纖維復合材料框架的膠接成型步驟:
[0055](I)通過模壓成型方法制備碳纖維復合材料桿件、接頭；通過車、銑加工金屬零件；
[0056](2)采用環(huán)氧膠粘劑對桿件、接頭和金屬零件在低剛度碳纖維復合材料框架膠接工裝上進行膠接，常溫固化形成半剛性基板低剛度碳纖維復合材料框架。
[0057]步驟五、網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架膠接步驟:
[0058](I)固定，采用捆扎的方式將網(wǎng)格面板固定的低剛度碳纖維復合材料框架上；
[0059](2)膠接，在網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架接觸區(qū)域涂刷J-133進行膠接。
[0060]采用本發(fā)明提供的方法制得的20m2半剛性基板工程樣板。該樣板通過了振動試樣、熱真空試樣、噪聲試樣和模態(tài)試樣；平面度為1.5mm ;殘余應(yīng)力偏差為8%。
[0061]對比例I
[0062]本對比例提供一種半剛性太陽能陣基板，其成型方法采用現(xiàn)有技術(shù)公開的成型方法，包括如下步驟:
[0063]步驟一、網(wǎng)格面板編織:采用中國專利CN1793460A于2006年06月28日公開的玻璃纖維網(wǎng)格織物編織方法進行編織。
[0064]步驟二、網(wǎng)格面板的成型，采取如下步驟:
[0065](I)張緊:通過專門的張緊機構(gòu)張緊，張緊時，確保網(wǎng)格面板纖維的平直、網(wǎng)格單元大小的一致性及張力的均勻；
[0066](2)浸膠:使用有機娃樹脂配成膠液,膠液濃度在20?60% ；
[0067](3)固化:將浸膠好的網(wǎng)格面板放入烘箱固化,在160±15°C保溫0.5?1.5小時，在215±15°C保溫2?3小時。
[0068]步驟三、框架的制造:
[0069]采用復合材料模壓成型方法制備框架。
[0070]步驟四、網(wǎng)格面板和框架的復合，采取如下步驟:
[0071](I)固定:將網(wǎng)格面板固定在框架的邊框及梁上；
[0072](2)膠接:在網(wǎng)格面板粘接部位涂粘膠劑，涂后將網(wǎng)格面板粘接在邊框上，并將網(wǎng)格面板利用梁捆綁收緊。常溫放置12小時固化后，完成了網(wǎng)格面板和框架的復合成型。
[0073]使用上述方法制得5000mm半剛性太陽電池基板工程樣板。該樣板雖通過了隨機及正旋振動試驗、熱真空試驗、模態(tài)試驗、噪聲試驗和振動試驗，但平面度為4.8mm ;殘余應(yīng)力偏差為22%。
[0074]通過上述三個實施例比較，實施例1和2，通過對網(wǎng)格面板張緊和再張緊，使得本發(fā)明專利方法生產(chǎn)成型的基板，其整體平面度小于2_，明顯優(yōu)于對比例I。
[0075]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括如下步驟: 步驟一、網(wǎng)格面板浸膠成型:通過張網(wǎng)機將編織好的網(wǎng)格面板進行張緊，置于有機硅樹脂溶液中進行浸潤，最后放入烘箱中固化； 步驟二、網(wǎng)格面板張緊、轉(zhuǎn)移:將步驟一固化后的網(wǎng)格面板通過張網(wǎng)機再次張緊，然后用轉(zhuǎn)移框架對網(wǎng)格面板進行固定、保持張力，最后利用位移監(jiān)測裝置測量網(wǎng)格面板的張力； 步驟三、框架膠接成型:通過模壓成型方法制備低剛度碳纖維復合材料的桿件、接頭，然后用環(huán)氧膠黏劑對桿件、接頭進行膠接，常溫固化后形成低剛度碳纖維復合材料框架； 步驟四、網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架膠接:采用捆扎的方式將步驟二所得的網(wǎng)格面板固定在步驟三成型的低剛度碳纖維復合材料框架上，并將網(wǎng)格面板與低剛度碳纖維復合材料框架接觸的區(qū)域進行膠接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，其特征在于，步驟一中，所述有機硅樹脂溶液的濃度為10?15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，其特征在于，步驟一中，所述固化的溫度為115?150°C、時間為2?3小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，其特征在于，步驟二中，所述轉(zhuǎn)移框架，為矩形框架，包括:碳纖維復合材料邊框、壓緊板，碳纖維復合材料邊框設(shè)置有若干個等間距設(shè)置的壓緊板，所述壓緊板用于對網(wǎng)格面板進行壓緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，其特征在于，步驟二中，所述張力為25.6?35.6kg。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剛度碳纖維復合材料半剛性太陽電池陣基板的成型方法，其特征在于，步驟四中，所述膠接是指涂刷膠體J-133。
【文檔編號】H01L31/18GK104300041SQ201410487190
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】田杰, 潘江, 苑玲, 沈輝, 杭孝東, 史文鋒 申請人:上海復合材料科技有限公司