專利名稱：用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合薄膜及該薄膜的熱固性剛化方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代國(guó)防領(lǐng)域，國(guó)防力量的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)越來(lái)越發(fā)展為空間技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)，很大程度上將依賴于制空權(quán)的爭(zhēng)奪。而未來(lái)空間技術(shù)和制空權(quán)的競(jìng)爭(zhēng)，則越來(lái)越強(qiáng)烈的依賴于大型(或超大型)空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建技術(shù)，這些大型空間結(jié)構(gòu)例如大型空間天線、太陽(yáng)帆板，以及大型天基武器系統(tǒng)作戰(zhàn)平臺(tái)、空天飛行器等，在我國(guó)航天及國(guó)防等領(lǐng)域都有大量需求。發(fā)展大型空間結(jié)構(gòu)技術(shù)，對(duì)提高我國(guó)未來(lái)在國(guó)際空間技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)能力和空天作戰(zhàn)能力具有重要意義。同時(shí)由于受到運(yùn)載能力的限制，如何在空間構(gòu)建低成本的航天器，一直是航天科技研究的熱點(diǎn)。利用可膨脹形式的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)可以較為容易地構(gòu)建成大型空間結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以減輕發(fā)射重量和發(fā)射體積，是一種能夠構(gòu)建大型空間結(jié)構(gòu)和降低發(fā)射(運(yùn)載)成本的有效解決途徑。該項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)成為國(guó)際空間技術(shù)研究的熱點(diǎn)，已經(jīng)推出很多試驗(yàn)產(chǎn)品，并進(jìn)行了部分相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。但是從國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看，還沒(méi)有直接與此領(lǐng)域有關(guān)的資料。而國(guó)外的資料也大都是概念性的敘述，關(guān)鍵技術(shù)尚處于保密階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為填補(bǔ)目前可以減輕發(fā)射重量和發(fā)射體積的大型空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的空白，提供一種用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，本發(fā)明熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法具有適合太空環(huán)境、成型效果好的特點(diǎn)。本發(fā)明的方法中熱固性復(fù)合薄膜由內(nèi)部氣體阻隔層1、剛化層2、加熱層3、外部隔熱層4組成；剛化層2設(shè)置在內(nèi)部氣體阻隔層1的外側(cè)，加熱層3設(shè)置在剛化層2的外側(cè)，外部隔熱層4設(shè)置在加熱層3的外側(cè)。所述氣體阻隔層1由聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜制成；所述剛化層2由兩向或三向編制的纖維布預(yù)浸未固化的樹(shù)脂制成；所述加熱層3由金屬箔或金屬細(xì)絲放在內(nèi)側(cè)涂有熱固性粘膠劑的兩層聚酰亞胺薄膜中間，再放在熱壓機(jī)上加熱加壓成型制成；所述外部隔熱層4由單面或雙面鍍鋁打孔的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜和滌綸網(wǎng)粘合在一起制成。內(nèi)部氣體阻隔層1的厚度為0.025mm～0.05mm；剛化層2的厚度為0.1～0.8mm；加熱層3的厚度為0.1～0.3mm；外部隔熱層4的厚度為0.5～1mm。本發(fā)明熱固性復(fù)合薄膜的制作方法是一、內(nèi)部氣體阻隔層1的制作將聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜制成球狀、筒狀或管狀(充氣展開(kāi)后的形狀)；二、剛化層2的制作將兩向或三向編織的纖維布浸入熱固性樹(shù)脂，制成預(yù)浸布，再制成與內(nèi)部氣體阻隔層1相同的形狀，套設(shè)在內(nèi)部氣體阻隔層1的外側(cè)；三、加熱層3的制作將金屬箔或金屬細(xì)絲放在內(nèi)側(cè)涂有熱固性粘膠劑的兩層聚酰亞胺薄膜中間，再放在熱壓機(jī)上加熱加壓成型，然后制成與內(nèi)部氣體阻隔層1相同的形狀，套設(shè)在剛化層2的外側(cè)；四、外部隔熱層4的制作將單面或雙面鍍鋁打孔的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜和滌綸網(wǎng)粘合在一起，制成與內(nèi)部氣體阻隔層1相同的形狀，套設(shè)在加熱層3的外側(cè)；使內(nèi)部氣體阻隔層1、剛化層2、加熱層3、外部隔熱層4形成一個(gè)密閉的整體。本發(fā)明熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法是熱固性復(fù)合薄膜送入太空后，首先接通電源將加熱層3加熱到20℃，使其柔性增加，再向熱固性復(fù)合薄膜內(nèi)部充氣，使其充分展開(kāi)，然后提高溫度使剛化層2固化。本發(fā)明的熱固性復(fù)合薄膜一般稱作可充氣太空結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的熱固性復(fù)合薄膜是由柔性薄膜材料制造而成的一種新型太空結(jié)構(gòu)，不僅重量輕而且在發(fā)射之前是柔性的，可以折疊包裝，這種結(jié)構(gòu)在發(fā)射時(shí)以折疊的形式儲(chǔ)存在運(yùn)載火箭發(fā)射艙里，只占用很小的發(fā)射體積，發(fā)射到軌道上后，則通過(guò)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部充入氣體而使結(jié)構(gòu)充氣展開(kāi)，利用材料或結(jié)構(gòu)剛化技術(shù)成型，生成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀，并實(shí)現(xiàn)其功能要求。與傳統(tǒng)形式的太空結(jié)構(gòu)相比，可充氣太空結(jié)構(gòu)在以下幾方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)質(zhì)量輕、占用發(fā)射體積小、費(fèi)用低、可靠性高。本發(fā)明的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法具有適合太空環(huán)境、成型效果好的優(yōu)點(diǎn)。目前，可充氣形式的太空結(jié)構(gòu)在國(guó)際上受到越來(lái)越多的關(guān)注，它在太空大天線、太陽(yáng)能帆板、太陽(yáng)能列陣以及太空居住地等太空結(jié)構(gòu)上有著重要的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明的方法中熱固性復(fù)合薄膜的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一(參見(jiàn)圖1)本實(shí)施方式的方法中熱固性復(fù)合薄膜由內(nèi)部氣體阻隔層1、剛化層2、加熱層3、外部隔熱層4組成；剛化層2設(shè)置在內(nèi)部氣體阻隔層1的外側(cè)，加熱層3設(shè)置在剛化層2的外側(cè)，外部隔熱層4設(shè)置在加熱層3的外側(cè)。內(nèi)部氣體阻隔層1的厚度為0.025mm～0.05mm；剛化層2的厚度為0.1～0.8mm；加熱層3的厚度為0.1～0.3mm；外部隔熱層4的厚度為0.5～1mm。本實(shí)施方式熱固性復(fù)合薄膜的制作、剛化方法是一、內(nèi)部氣體阻隔層1的制作將聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜制成球狀、筒狀或管狀(充氣展開(kāi)后的形狀)；二、剛化層2的制作將兩向或三向編織的纖維布浸入熱固性樹(shù)脂，制成預(yù)浸布，再制成與內(nèi)部氣體阻隔層1相同的形狀，套設(shè)在內(nèi)部氣體阻隔層1的外側(cè)；三、加熱層3的制作將金屬箔或金屬細(xì)絲放在內(nèi)側(cè)涂有熱固性粘膠劑的兩層聚酰亞胺薄膜中間，再放在熱壓機(jī)上加熱加壓成型，然后制成與內(nèi)部氣體阻隔層1相同的形狀，套設(shè)在剛化層2的外側(cè)；四、外部隔熱層4的制作將單面或雙面鍍鋁打孔的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜和滌綸網(wǎng)粘合在一起，制成與內(nèi)部氣體阻隔層1相同的形狀，套設(shè)在加熱層3的外側(cè)；使內(nèi)部氣體阻隔層1、剛化層2、加熱層3、外部隔熱層4形成一個(gè)密閉的整體；五、剛化熱固性復(fù)合薄膜送入太空后，首先接通電源將加熱層3加熱到20℃，使其柔性增加，再向熱固性復(fù)合薄膜內(nèi)部充氣，使其充分展開(kāi)，然后提高溫度使剛化層2固化。所述聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜為杜邦公司生產(chǎn)的Kapton薄膜或Mylar薄膜。所述的纖維布為雙向編織的3K，T300和Kevlar混編的平紋布。所述的樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂。所述剛化層2的固化溫度為100～140℃。所述剛化層2的固化時(shí)間為0.5～2小時(shí)。所述加熱層3的加熱功率為300～520W/m2。本實(shí)施方式內(nèi)部氣體阻隔層在結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)，其作用是防止內(nèi)部氣體泄漏，具有保持氣體和防止結(jié)構(gòu)在包裝時(shí)粘結(jié)的作用。內(nèi)部氣體阻隔層的材料選用適于空間條件的耐折疊的薄膜材料，可以選用的材料有聚酰亞胺薄膜、聚酯薄膜等。剛化層由復(fù)合材料預(yù)浸料(由兩向或三向編制的纖維布預(yù)浸未固化的樹(shù)脂制成)構(gòu)成，受熱后樹(shù)脂化學(xué)發(fā)生交聯(lián)固化而得到硬質(zhì)材料，用于支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)，該層材料的合理設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)高性能的關(guān)鍵。固化周期依賴于所選的基體材料，為幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)。增強(qiáng)材料可以選用PBO纖維、碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等，這些纖維與熱固性樹(shù)脂如環(huán)氧固化時(shí)，可得到極硬的層壓材料，所制成的高性能熱固性復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的高強(qiáng)高硬特性。但是單純地提高材料的強(qiáng)度與硬度并不利于整體結(jié)構(gòu)的性能，材料過(guò)硬，折疊時(shí)纖維容易出現(xiàn)裂口，同時(shí)抵抗空間碎片或粒子撞擊的能力也會(huì)下降。為了減小折疊時(shí)纖維的損傷，纖維的模量不宜太大。為了減小復(fù)合材料加熱固化以及受熱變形，纖維應(yīng)具有近于零的熱膨脹系數(shù)。可充氣展開(kāi)的熱固性復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用于太空結(jié)構(gòu)，在發(fā)射前需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行制造、裝配和測(cè)試，因而復(fù)合材料預(yù)浸料必須有較長(zhǎng)的貯存壽命。故樹(shù)脂體系選用具有長(zhǎng)潛伏期的樹(shù)脂體系，在室溫條件下具有3個(gè)月以上的潛伏期。加熱層為展開(kāi)和固化提供合適的溫度，同時(shí)還可以用來(lái)保持膨脹管的形狀。在結(jié)構(gòu)展開(kāi)時(shí)，嵌入的加熱系統(tǒng)先把材料加熱到約20℃，當(dāng)材料被加熱到20℃時(shí)，其柔性就會(huì)增加，此時(shí)充氣展開(kāi)，然后再加熱此結(jié)構(gòu)到固化溫度。加熱層的加熱是可控的、可預(yù)測(cè)的，加熱層需要的能量來(lái)自于航天器的電源。外部隔熱層(MLI層)的作用是為了抵抗惡劣的空間環(huán)境，同時(shí)也是為了隔絕內(nèi)部的熱散失，保持內(nèi)部的固化溫度。MLI層根據(jù)不同的空間環(huán)境和任務(wù)需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，方法中的熱固性復(fù)合薄膜由內(nèi)部氣體阻隔層(1)、剛化層(2)、加熱層(3)、外部隔熱層(4)組成；剛化層(2)設(shè)置在內(nèi)部氣體阻隔層(1)的外側(cè)，加熱層(3)設(shè)置在剛化層(2)的外側(cè)，外部隔熱層(4)設(shè)置在加熱層(3)的外側(cè)；所述氣體阻隔層(1)由聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜制成；所述剛化層(2)由兩向或三向編制的纖維布預(yù)浸未固化的樹(shù)脂制成；所述加熱層(3)由金屬箔或金屬細(xì)絲放在內(nèi)側(cè)涂有熱固性粘膠劑的兩層聚酰亞胺薄膜中間，再放在熱壓機(jī)上加熱加壓成型制成；所述外部隔熱層(4)由單面或雙面鍍鋁打孔的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜和滌綸網(wǎng)粘合在一起制成，其特征在于，熱固性復(fù)合薄膜送入太空后，首先接通電源將加熱層(3)加熱到20℃，使其柔性增加，再向熱固性復(fù)合薄膜內(nèi)部充氣，使其充分展開(kāi)，然后提高溫度使剛化層(2)固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于，內(nèi)部氣體阻隔層(1)的厚度為0.025mm～0.05mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于，剛化層(2)的厚度為0.1～0.8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于加熱層(3)的厚度為0.1～0.3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于外部隔熱層(4)的厚度為0.5～1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于，所述剛化層(2)的固化溫度為100～140℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于，所述剛化層(2)的固化時(shí)間為0.5～2小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，其特征在于，所述加熱層(3)的加熱功率為300～520W/m2。
全文摘要
用于空間充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的熱固性復(fù)合薄膜的剛化方法，它涉及一種復(fù)合薄膜的剛化方法。本發(fā)明的目的是為填補(bǔ)目前可以減輕發(fā)射重量和發(fā)射體積的大型空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的空白。本發(fā)明將熱固性復(fù)合薄膜送入太空后，首先接通電源將加熱層(3)加熱到20℃，使其柔性增加，再向熱固性復(fù)合薄膜內(nèi)部充氣，使其充分展開(kāi)，然后提高溫度使剛化層(2)固化，固化溫度為100～140℃，固化時(shí)間為0.5～2小時(shí)，加熱功率為300～520W/m
文檔編號(hào)H05B3/54GK101054008SQ20071010366
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者劉宇艷, 謝志民, 譚慧豐, 杜星文 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)