一种柔性基板原子氧防护层的生产线

摘要

本发明提供了一种柔性基板原子氧防护层的生产线，具备：用于固定安装柔性基板的固定安装预备系统；用于清洗并烘干的清洗烘干处理系统；用于进行活化预处理的活化处理系统；用于进行硅烷化处理的硅烷化处理系统；用于稳定化处理的稳定化处理系统；用于检测的自主检测系统；用于对废液进行回收处理的废液回收系统；用于在各系统间传动柔性基板的传动系统；和用于控制动作的控制系统；各系统间采用线性排列。根据本发明，能以自动化的方式流水线作业，生产出的柔性基板原子氧防护层产品具有产品大面积均匀性好、批次稳定性好、成品率高，防原子氧效果显著等优点，适合于柔性基板原子氧防护层的生产使用。

说明书

技术领域

本发明涉及柔性基板原子氧防护层生产设备技术领域，具体地涉及一种柔性基板原子氧防护层的生产线。

背景技术

柔性基板是低轨航天器柔性太阳电池翼的关键部件。由于低轨航天器运行环境中存在大量高活性的原子氧，会使暴露于空间环境的柔性基板表面材料发生强烈的氧化与侵蚀，直接导致构件失效，因此必须在不影响原有使用性能的前提下使柔性基板具备防原子氧功能，才能满足日益增长的低轨航天器的发展需求。针对以上需求，申请人在前期研究的基础上，开展了低轨航天器柔性基板原子氧防护层的研制工作。

结果表明，所研制的柔性基板原子氧防护层试样的原子氧侵蚀速率由原始聚酰亚胺的3.0×10^-24>3/>-26>3/>

然而，在实际应用中，低轨航天器用柔性基板一般为大尺寸基板，比如空间站用大尺寸柔性基板组件的长度长达2.5米，宽度接近0.5米，这对设备机械制造和控制的均匀性提出了很高的要求。按照当前低轨航天器用柔性基板原子氧防护层的生产工艺，现有设备无法满足大尺寸柔性基板原子氧防护层的研制。

具体而言，一方面，因涉及工艺原理复杂性、工艺特殊性以及对控制精度和大尺寸均匀性要求高等特性，低轨航天器用柔性基板原子氧防护层的生产线包含多个非标研制的系统功能模块。另一方面，因工艺作业流程长且必需满足大批量生产的需求，因此需要具备自动化控制系统以进行PLC或PAC控制，还需包括薄膜框自动流程计算、自动故障识别、伺服机构运行精度及反馈控制、废气废液自动化处理等。

目前，市场上并没有完整的柔性基板原子氧防护层产品的生产线，而由不同构件组装的试验装置均不具备生产大尺寸柔性基板原子氧防护层产品的必要工序，生产出的产品难以保证质量，或难以用于流水线作业，成本高，成品率低，性能不稳定等。因此，必须针对大尺寸柔性基板原子氧防护层产品研制进行生产线建设，用于上述柔性基板原子氧防护层的生产，满足低轨航天器的发展需要。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性基板原子氧防护层产品的生产线，以自动化的方式流水线作业，生产出的柔性基板原子氧防护层产品具有产品大面积均匀性好、批次稳定性好、成品率高，防原子氧效果显著等优点，适合于柔性基板原子氧防护层的生产使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性基板原子氧防护层的生产线，具备：用于固定安装所述柔性基板，并将其送入预备工位的固定安装预备系统；用于清洗并烘干所述柔性基板表面的清洗烘干处理系统；用于对所述柔性基板的表面层进行活化预处理的活化处理系统；用于对经活化处理后的所述柔性基板的表面层进行硅烷化处理的硅烷化处理系统；用于对硅烷化处理后的所述柔性基板进行稳定化处理的稳定化处理系统；用于处理后的所述柔性基板进行检测的自主检测系统；用于对生产过程中的各种废液进行回收处理的废液回收系统；用于在所述各系统间传动所述柔性基板的传动系统；和用于控制所述各系统及所述柔性基板动作的控制系统；所述各系统间采用线性排列。

根据本发明，通过控制系统实现自动操作功能，运用自主传动系统，按照生产工艺，制作柔性基板原子氧防护层产品，根据定型的生产工艺流程将需进行原子氧防护处理的柔性基板置入生产线的各系统中进行特殊处理和自主检测，各系统间采用线性排列，利于自主传动机构的稳定运行及各系统间的特殊气氛进行特殊处理。因此，根据本发明生产的柔性基板原子氧防护层产品性能优良，有望具备较好的均匀性、一致性，成品率高、易于流水线作业，适合于低轨航天器用柔性基板原子氧防护层的研制，可在低轨航天器中获得实际应用。

又，在本发明中，也可以是，还具备向所述各系统间传送新风的新风系统。借助于此，不仅可保障生产环境中温湿度的稳定性，还可及时处理掉生产过程中的废气。

又，在本发明中，也可以是，所述固定安装预备系统具备尺寸调整模块。借助于此，可以有利于各种型号的柔性基板，增加生产线适应性。

又，在本发明中，也可以是，所述清洗烘干处理系统包括采用去离子水清洗的清洗装置和采用乙醇清洗的清洗装置。借助于此，可以在不损伤柔性基板的前提下保证柔性基板的清洁和无多余物残留。

又，在本发明中，也可以是，所述活化处理系统包括紫外辐照模块，所述紫外辐照模块内配置有低压石英汞灯、冷却循环系统和净化过滤系统。借助于冷却循环系统，可防止紫外辐照模块长时间辐照引起的辐照环境过热等问题。

又，在本发明中，也可以是，所述硅烷化处理系统包括与硅源前驱体溶液硅烷化腔体密封对接的专用惰性保护气氛密封存储罐。借助于此，可实现自动取液及放液，并在取液及放液过程中进行惰性气氛保护。

又，在本发明中，也可以是，所述稳定化处理系统包括紫外辐照装置和时效热处理装置；所述紫外辐照模块内配置有低压石英汞灯、冷却循环系统和净化过滤系统，借助于冷却循环系统，可防止紫辐照模块长时间辐照引起的辐照环境过热等问题；所述时效热处理装置具备多段程序升温功能，可通过多段程序的PLC控制精确控制温度偏离保证升温速率以及温度均匀性的要求。

又，在本发明中，也可以是，所述自主检测系统为3D在线检测系统。借助于此，可对柔性基板原子氧防护层产品进行检测，保证产品质量。

又，在本发明中，也可以是，所述废液回收系统具备废弃水回收装置、废弃乙醇回收装置、活化溶液的回收装置、硅源前驱体溶液回收装置以及其他有机清洗液的回收装置。借助于此，可以将生产后的废液快速排至废液回收系统以等待专业的废液处理公司进行处理，不影响下一轮的生产以缩短不同批次柔性基板原子氧防护层产品间的换液时间，并保证符合废液的处理要求。

本发明可包含权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合。尤其是，本发明包含权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施形态的柔性基板原子氧防护层的生产线的示意图；

图2是根据本发明一实施形态的装有柔性基板的固定框架装置的结构示意图；

图3是示出薄膜框和基板的结合的结构的局部放大图；

图4是根据本发明一实施形态的带有3个工位的预备装置的工位图；

附图说明：

1 固定安装预备系统；

11 固定框架装置；

12 安装操作平台；

13 预备装置；

2 清洗烘干处理系统；

21a、21b 清洗模块；

22 烘干热处理模块；

23 第一缓冲处理装置；

3 活化处理系统；

31a、31b 溶液浸泡处理模块；

32 表面清洗模块；

33 缓冲处理模块；

34 紫外辐照模块；

4 硅烷化处理系统；

41 硅源前驱体溶液硅烷化腔体；

42 表面静置浸泡清洗装置；

43 第二缓冲处理装置；

44 专用惰性保护气氛密封存储罐；

5 稳定化处理系统；

51 紫外辐照装置；

52 时效热处理装置；

6 自主检测系统；

61 3D在线检测装置；

611 光学单元；

612 在线自动检测单元；

613 数据自动处理和分析单元；

7 废液回收系统；

8 传动系统；

81 机械传输导轨；

82 机械传送悬臂；

83 机械抓取机构；

9 控制系统；

B 柔性基板；

100 生产线设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施形态对本发明的技术方案进行详细说明。在各附图中对相同或相应的部件标以相同的附图标记。

图1是示出根据本发明一实施形态的柔性基板原子氧防护层的生产线的示意图。在该图1所示的实施形态中，为便于说明，将该柔性基板原子氧防护层的生产线的传送方向定为左右方向，但实际应用时不限于此。

如图1所示，该柔性基板原子氧防护层的生产线，具备：用于固定安装所述柔性基板B，并送入预备工位的固定安装预备系统1；用于清洗并烘干所述柔性基板B表面的清洗烘干处理系统2；用于对所述柔性基板B的表面层进行活化预处理的活化处理系统3；用于对经活化处理后的所述柔性基板B的表面层进行硅烷化处理的硅烷化处理系统4；用于对硅烷化处理后的所述柔性基板B进行稳定化处理的稳定化处理系统5；用于处理后的所述柔性基板B进行检测的自主检测系统6；用于对生产过程中的各种废液进行回收处理的废液回收系统7；用于在所述各系统间传动所述柔性基板B的传动系统8；和用于控制所述各系统及所述柔性基板B动作的控制系统9；所述各系统间采用线性排列。

本发明中，通过控制系统9实现自动操作功能，运用自主传动系统8，按照生产工艺，根据定型的生产工艺流程将需进行原子氧防护处理的柔性基板B置入生产线的各系统1-9中进行特殊处理和自主检测，各系统间采用线性排列，利于自主传动机构的稳定运行及各系统间的特殊气氛进行特殊处理。因此，根据本发明生产的柔性基板B原子氧防护层产品性能优良，有望具备较好的均匀性、一致性，成品率高、易于流水线作业，适合于低轨航天器用柔性基板B原子氧防护层的研制，可在低轨航天器中获得实际应用。

如图1所示，用于对柔性基板B的表面进行各种功能化处理的上述各系统间采用线性排列，以方便自动化运行。具体地，固定安装预备系统1用于柔性基板B的固定安装以及将装有柔性基板B的固定框架放入生产线设备100的预备工位以进行后续处理。固定安装预备系统1包括：固定柔性基板B的固定框架装置11、用于安装柔性基板B的安装操作平台12和将固定框架装置11内的柔性基板B 送入预备工位的预备装置13。

具体地，柔性基板B与固定框架装置11的结合，且柔性基板B的四周可用于与固定框架装置11固定，固定框架装置11上下两侧长边具备可调节上下压紧位置的压紧装置，用于固定柔性基板B。然后，固定有柔性基板B的固定框架装置11与预备装置13的结合，预备装置13为类似卡槽的结构，和固定框架装置11尺寸相匹配，保证固定框架装置11能够竖直放入预备装置13中。

本发明中，固定框架装置11具备一定范围内的尺寸调整功能，以应对各种尺寸的柔性基板B。此外，连续生产时，固定框架装置11可研制多套。机械抓取机构83配置有能够自动识别固定框架装置11的光电传感器，以便于后述的控制系统9和后述的传动系统8能够自动识别并定位装有待处理柔性基板B的固定框架装置11。

随后，通过控制系统9的控制经由传动系统8，将柔性基板B送入清洗烘干处理系统2。清洗烘干处理系统2用于对柔性基板B进行表面清洁处理，依次包括两套清洗模块21a、21b和烘干热处理模块22。其中，所述清洗模块21a、21b可用喷淋清洗模块或超声清洗模块，但不限于此，亦可采用其他功能相同或相近的模块进行替换。本发明中，清洗装置21a、21b上配置有自动进出液单元、自动控温单元和液体过滤净化功能单元等。具体而言，清洗模块21a、21b例如包括采用去离子水清洗的清洗装置21a、和采用乙醇清洗的清洗装置21b，但不限于此。此外，在清洗烘干处理系统2之后可增加第一缓冲处理装置23，其上可设置多个操作工位，用于短暂周转储存经清洗烘干处理系统2清洁处理后柔性基板B。

柔性基板B被传动系统8送入活化处理系统3。活化处理系统3用于对柔性基板B表面层进行活化处理，依次包括：溶液浸泡处理模块31a、31b、表面清洗模块32、缓冲处理模块33、和紫外辐照模块34。本发明中，溶液浸泡处理模块31a、31b例如可包括碱性溶液活化腔体31a和酸性溶液活化腔体31b。

其中，溶液活化腔体31a、溶液活化腔体31b和表面清洗模块32可具备自动进出液功能和液位显示功能，表面清洗模块32例如可具备3道以上的清洗功能，但不限于此。缓冲处理模块33上可设置多个操作工位，以用于将浸泡清洗处理后柔性基板B进行短暂周转储存。紫外辐照模块34上例如可配置低压石英汞灯，同时还可配置冷却循环系统和净化过滤系统，以防止紫外辐照模块34长时间辐照引起的辐照环境过热等问题。所述冷却系统的冷却手段不做具体限定，空冷或水冷均可。

柔性基板B随后进入硅烷化处理系统4。硅烷化处理系统4用于对经上述活化预处理后的柔性基板B的表面层进行硅烷化处理。依次包括：硅源前驱体溶液硅烷化腔体41、表面静置浸泡清洗装置42和第二缓冲处理装置43。本发明中，还配置有与硅源前驱体溶液硅烷化腔体41密封对接的专用惰性保护气氛密封存储罐44，用以实现自动取液及放液，并在取液及放液过程中进行惰性气氛保护。表面静置浸泡清洗装置42例如可具备3道以上的清洗功能、自动进出液功能和液位显示功能。第二缓冲处理装置43例如可设置多个操作工位以用于对硅烷化处理后的柔性基板B进行短暂周转储存。

随后，柔性基板B在控制系统9的控制下进入稳定化处理系统5。稳定化处理系统5用于对硅烷化处理后的柔性基板B进行稳定化处理，依次包括紫外辐照装置51和时效热处理装置52。本发明中，紫外辐照装置51上例如可配置低压石英汞灯，同时还可配置冷却系统和净化过滤系统，以防止紫外辐照装置51长时间辐照引起的辐照环境过热等问题。时效热处理装置52可具备多段程序升温功能，例如为15段以上的程序升温功能。

随后，自主检测系统6对处理后的柔性基板B进行检测。自主检测系统6可根据柔性基板B的使用需求来进行具体配备，不做特别限定。本发明中，主要包括对表面形貌进行检测的3D在线检测装置61，其用于对稳定化处理后的柔性基板B进行三维表面形貌的在线自主检测。具体地，3D在线检测装置61主要包括光学单元611、在线自动检测单元612以及数据自动处理和分析单元613。

更具体地，光学单元611例如可采用高分辨率的远心镜头。在线自动检测单元612应确保柔性基板B在X方向和Y方向（X方向和Y方向分别为水平面上的长度和宽度）上运动的高动态响应。其中，便携式检测仪器可采用市面上常见的装置，小巧便携，无需安装，主要用于过程检测，可根据柔性基板B的使用需求而具体配备，一般主要包括便携式的表面形貌、表面能、表面红外光谱等检测仪器等，但不限于此。

生产线设备100还具备废液回收系统7。废液回收系统7用于对生产过程中产生的各种废液进行回收处理。本发明中，废液回收系统7例如可包括废弃水回收装置、废弃乙醇回收装置、活化溶液的回收装置、硅源前驱体溶液回收装置以及其他有机清洗液的回收装置等，但不限于此，可根据具体实施情况而变更。此外，本发明还可按照生产工艺，对溶液进行分类后再综合处理。

生产线设备100还具备在所述各系统间传动所述柔性基板B的传动系统8。该传动系统8例如可包括机械传输导轨81、机械传送悬臂82、机械抓取机构83。本发明中，传动系统8的机械结构设计例如可采用高性能铝型材，机械传输导轨81例如可采用无缝焊接，以保证其输送过程稳定性，机械抓取机构83例如可采用气动控制，从而消除机械运行中产生破坏基板组件的动作隐患，此外，还可建立故障处理数据库，用以实现自主判断故障并执行相应的防护措施动作指令。

接着说明生产线设备100的控制系统9。本发明中，控制系统9主要由PLC控制系统（Programmable Logic Controller；可编程逻辑控制器）、网络和伺服系统组成，根据定型的生产工艺流程将需原子氧防护处理的柔性基板B置入生产线设备100的各功能系统中进行特殊处理和自主检测，从而完成与传动功能相关的工艺过程控制、以及柔性基板B的输送控制等。PLC控制系统可对生产线设备100的上述所有工艺系统进行集中监视、控制、管理以及自动调节等，通过PLC系统对传送系统8进行控制，从而实现自动操作等功能，进而可实现远方手动操作等。

此外，根据本发明的柔性基板原子氧防护层的生产线设备100还可具备新风系统，一方面可保障生产环境中温湿度的稳定性，另一方面可及时处理掉生产过程中的废气。

现结合附图1和具体实施例1对根据本发明的一实施形态进行说明，以进一步解释本发明。本实施例1中，考虑实施工艺所用试剂间的影响并同时有效利用空间，没有采用依次摆放的方式，而是活化和硅烷化系统用时效热处理装置和紫外辐照装置隔开了，依次配置为：固定框架装置11、安装操作平台12、预备装置13、清洗模块21a、清洗模块21b、烘干热处理模块22、碱性溶液活化腔体31a、酸性溶液活化腔体31b、表面清洗模块32、第一缓冲处理装置23、缓冲处理模块33、时效热处理装置52、紫外辐照模块34、紫外辐照装置51、硅源前驱体溶液硅烷化腔体41、表面静置浸泡清洗装置42、第二缓冲处理装置43、3D在线检测装置61。

本实施例中，控制系统9采用PLC系统，传动系统8从预备装置13贯穿至在线检测装置61，并采用了气路系统控制设备系统组元系统的开关，本实施形态中，该开关可在通气情况下通过一定气压打开箱盖，放气后箱使盖关闭。生产过程中，将根据生产工艺预先编写的工艺程序预先输入至控制系统9，随后启动控制系统9，通过控制系统9控制传动系统8通过机械抓取机构83抓取擦拭干净后需原子氧防护处理的柔性基板B置入从固定安装预备系统1的预备工位至稳定化处理系统5为止的各功能系统中，进行特殊处理。由于各处理单元采用线性竖直放置的方式，而3D在线检测装置61为水平放置的方式，所以在检测时一般而言需要人工将柔性基板B水平缓慢放置至3D在线检测装置61的检测平台上，通过电动平台进行自主检测。生产后的废液通过未图示的管路系统输送至废液回收7系统。

根据本发明提供的柔性基板B原子氧防护层的生产线，其生产的柔性基板B原子氧防护层产品性能优良，有望具备较好的均匀性、一致性，成品率高、易于流水线作业，适合于低轨航天器用柔性基板B原子氧防护层的研制，可在低轨航天器中获得实际应用。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。