低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板的成型方法

摘要

本发明涉及一种低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板的成型方法，包括如下步骤：(1)网格面板浸胶成型；(2)网格面板张紧、转移；(3)低刚度碳纤维复合材料框架胶接成型；(4)网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架胶接。本发明方法在现有半刚性基板网格面板成型方法的基础上进行改进，通过专用的转移框架对网格面板进行张力保持，进而保证网格面板张力及基板的平面度，低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板在成型过程中存在的技术问题提供一种解决方案。采用本发明成型的低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板质量稳定，性能满足设计要求，适用于工程应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板的成型方法。

背景技术

光电太阳电池阵是航天器应用的最普遍的能源系统。目前国内卫星与飞船都采用刚 性太阳电池阵板，由于刚性太阳电池阵板中使用了聚酰亚胺薄膜，其耐原子氧的能力较 差，因此对于低轨道的飞船和有长寿命要求的卫星、空间站影响较大。而半刚性太阳电 池阵基板同时具备大型化、轻量化、耐原子氧等特点，在国外广泛应用，俄罗斯和前苏 联绝大多数的应用卫星和飞船的太阳电池阵采用的都是半刚性基板技术，例如俄罗斯为 “和平号”空间站以及俄罗斯的联盟TM飞船研制的半刚性太阳电池阵。其中和平号空 间站太阳电池阵最大输出功率为9KW，展开的总面积为76m²，在轨寿命长达13年。天宫 一号为国内首次采用半刚性基板的型号，实际应用证明：半刚性基板不但在寿命方面具 有显著优势，同时由于半刚性基板背面也透光，太阳能电池片可双面采光，从而提高了 电池片的效率；此外，由于其结构优势，在热控方面也具备较大优势，天宫一号太阳电 池阵基板在轨的最高温度较类比的刚性基板的温度低10℃左右。由此可见，半刚性基板 综合优势明显，将逐渐成为卫星、飞船、空间站等航天产品太阳电池阵基板的首选结构 形式。但半刚性基板目前在单位面积重量方面没有优势，尤其是对于单块面积小于4m2 的基板，单位面积重量较刚性基板重，成为目前半刚性基板应用的最大障碍。目前应用 于型号的半刚性基板只有天宫一号，其结构部分单板的重量达到6.5kg。为此，结构减 重成为半刚性基板最紧迫的任务。但由于卫星半刚性太阳电池阵基板网格面板成型方法 困难，网格面板与框架复合后网格面板残余张力很难控制，因此目前为止国内还未对含 低刚度框架的半刚性太阳电池阵基板进行工程应用。

申请号为200710172462.1的发明公开了一种半刚性太阳电池阵基板成型工艺，虽 然方法简单，但在后期扩大生产过程中发现，其张紧效果差，整体平面度4.5～5.5mm， 不符合单块半刚性基板平面度的要求；同时，基板的残余应力偏差保持在20％以上；在 后期应用过程中发现，该基板与配套器件之间间隙大并且不均匀，导致最终的装备器材 震颤较大，组装不稳定，严重影响组装器械的性能。

本发明在此基础上进行方法优化，显著优化了基板的整体平面度和残余应力偏差， 克服了使用过程中出现间隙和震颤的严重问题，保证了基板组装器械的正常性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低刚度碳纤维复合材料半刚性 太阳电池阵基板的成型方法，为含低刚度框架的半刚性基板在成型过程中存在的技术问 题提供一种解决方案。本发明方法在现有半刚性基板网格面板成型方法的基础上进行改 进，通过对网格面板进行张紧、再张紧，并用专用的转移框架对网格面板进行张力保持， 进而保证网格面板张力及基板的平面度。

本发明提供一种低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板的成型方法，包括如 下步骤：

步骤一、网格面板浸胶成型：通过张网机将编织好的网格面板进行张紧，置于有机 硅树脂溶液中进行浸润，最后放入烘箱中固化；

步骤二、网格面板张紧、转移：将步骤一固化后的网格面板通过张网机再次张紧， 然后用转移框架对网格面板进行固定、保持张力，最后利用位移监测装置测量网格面板 的张力；

步骤三、框架胶接成型：通过模压成型方法制备低刚度碳纤维复合材料的杆件、接 头，然后用环氧胶黏剂对杆件、接头进行胶接，常温固化后形成低刚度碳纤维复合材料 框架；

步骤四、网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架胶接：采用捆扎的方式将步骤二所 得的网格面板固定在步骤三成型的低刚度碳纤维复合材料框架上，并将网格面板与低刚 度碳纤维复合材料框架接触的区域进行胶接。

优选地，步骤一中，所述有机硅树脂溶液的浓度为10～15％；所述百分比是重量百 分比。

优选地，步骤一中，所述固化的温度为115～150℃、时间为2～3小时。

优选地，步骤二中，所述转移框架，为矩形框架，包括：碳纤维复合材料边框、压 紧板，碳纤维复合材料边框设置有若干个等间距设置的压紧板，所述压紧板用于对网格 面板进行压紧。

优选地，步骤二中，所述张力为25.6～35.6kg。

优选地，步骤四中，所述胶接是指涂刷胶体J-133。

本发明方法采用张紧、浸胶、再张紧、用专用转移框架转移、固定等，确保网 格面板与低刚度碳纤维复合材料框架复合后保持足够张力的情况下，不会对低刚度 碳纤维复合材料框架引起较大变形，从而保证半刚性基板的整体平面度，达到工程 应用的需求；专用转移框架结构稳定，能有效固定网格面板，稳定网格面板的剩余 张力；同时网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架采用捆扎、胶接双重方式进行组合， 确保残余力偏差处于较低的水平。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

(1)平面度对基板质量至关重要，直接影响到基板材料与其他器件之间的装配及 整体间隙，甚至严重影响组装器械的性能，采用常规半刚性基板成型手段成型的含低 刚度框架的半刚性基板，整板平面度超过5mm；根据基板之间间距的控制要求，设 计对单块半刚性基板平面度的要求为3mm，因此采用常规半刚性基板成型手段成型 的基板无法满足使用要求；而本发明方法通过对网格面板张紧和再张紧，使得本专 利方法生产成型的基板，其整体平面度小于2mm，明显优于现有技术；

(2)残余应力偏差严重影响基板的精度，目前基板的残余应力偏差均在30％以上； 而本方法利用专用转移框架对网格面板进行固定、保持张力，然后采用捆扎、胶接双重 方式将网格面板和低刚度碳纤维复合材料框架进行组合，最终制备低刚度碳纤维复合 材料框架的半刚性太阳电池阵基板，基板的残余应力偏差不超过10％，所以从基板精度 上来讲，本发明方法具有显著进步。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明成型方法中使用的转移框架结构示意图；

其中，1为碳纤维复合材料边框、2为压紧板；

图2为本发明成型方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板的成型方法，具体 步骤如图2所示，包括如下步骤：

步骤一、网格面板编织：采用中国专利CN1793460A于2006年06月28日公开的玻璃纤 维网格织物编织方法进行编织。

步骤二、网格面板浸胶成型步骤：

(1)预张紧，通过张网机将网格面板进行张紧；

(2)浸胶，使用10％的有机硅树脂对网格面板进行浸润；

(3)固化，将浸胶完成的网格面板置入烘箱，115℃固化3小时。

步骤三、网格面板张紧、转移步骤：

(1)张紧，通过张网机将网格面板再次张紧；

(2)转移，通过专用转移框架(如图1所示)对网格面板进行固定，保持张力；

(3)张紧力测试，测试张紧力是否满足要求。

步骤四、框架胶接成型步骤：

(1)通过模压成型方法制备碳纤维复合材料杆件、接头；通过车、铣加工金属零 件；

(2)采用环氧胶粘剂对杆件、接头和金属零件在低刚度碳纤维复合材料框架上进 行胶接，常温固化形成低刚度碳纤维复合材料框架。

步骤五、网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架胶接步骤：

(1)固定，采用捆扎的方式将网格面板固定在低刚度碳纤维复合材料框架上；

(2)胶接，在网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架接触区域涂刷J-133进行胶 接。

采用本发明提供的方法制得的20m²半刚性基板工程样板；该样板通过了振动试样、 热真空试样、噪声试样和模态试样；平面度为1.0mm；残余应力偏差为6％。

实施例2

本实施例提供一种低刚度碳纤维复合材料半刚性太阳电池阵基板的成型方法，具体 步骤如图2所示，包括如下步骤：

步骤一、网格面板编织：采用中国专利CN1793460A于2006年06月28日公开的玻璃纤 维网格织物编织方法进行编织。

步骤二、网格面板浸胶成型步骤：

(1)预张紧，通过张网机构将网格面板进行张紧；

(2)浸胶，使用15％的有机硅树脂对网格面板进行浸润；

(3)固化，将浸胶完成的网格面板置入烘箱，150℃固化2小时。

步骤三、网格面板张紧、转移步骤：

(1)张紧，通过专门的张网机将网格面板再次张紧；

(2)转移，通过专用转移框架对网格面板进行固定，保持张力；

(3)张紧力测试，测试张紧力是否满足要求。

步骤四、低刚度碳纤维复合材料框架的胶接成型步骤：

(1)通过模压成型方法制备碳纤维复合材料杆件、接头；通过车、铣加工金属零 件；

(2)采用环氧胶粘剂对杆件、接头和金属零件在低刚度碳纤维复合材料框架胶接 工装上进行胶接，常温固化形成半刚性基板低刚度碳纤维复合材料框架。

步骤五、网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架胶接步骤：

(1)固定，采用捆扎的方式将网格面板固定的低刚度碳纤维复合材料框架上；

(2)胶接，在网格面板与低刚度碳纤维复合材料框架接触区域涂刷J-133进行胶 接。

采用本发明提供的方法制得的20m²半刚性基板工程样板。该样板通过了振动试样、 热真空试样、噪声试样和模态试样；平面度为1.5mm；残余应力偏差为8％。

对比例1

本对比例提供一种半刚性太阳能阵基板，其成型方法采用现有技术公开的成型方法， 包括如下步骤：

步骤一、网格面板编织：采用中国专利CN1793460A于2006年06月28日公开的玻璃纤 维网格织物编织方法进行编织。

步骤二、网格面板的成型，采取如下步骤：

(1)张紧：通过专门的张紧机构张紧，张紧时，确保网格面板纤维的平直、网格 单元大小的一致性及张力的均匀；

(2)浸胶：使用有机硅树脂配成胶液，胶液浓度在20～60％；

(3)固化：将浸胶好的网格面板放入烘箱固化，在160±15℃保温0.5～1.5小时， 在215±15℃保温2～3小时。

步骤三、框架的制造：

采用复合材料模压成型方法制备框架。

步骤四、网格面板和框架的复合，采取如下步骤：

(1)固定：将网格面板固定在框架的边框及梁上；

(2)胶接：在网格面板粘接部位涂粘胶剂，涂后将网格面板粘接在边框上，并将 网格面板利用梁捆绑收紧。常温放置12小时固化后，完成了网格面板和框架的复合成 型。

使用上述方法制得5000mm半刚性太阳电池基板工程样板。该样板虽通过了随机及 正旋振动试验、热真空试验、模态试验、噪声试验和振动试验，但平面度为4.8mm；残 余应力偏差为22％。

通过上述三个实施例比较，实施例1和2，通过对网格面板张紧和再张紧，使得本 发明专利方法生产成型的基板，其整体平面度小于2mm，明显优于对比例1。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。