本發(fā)明涉及復(fù)合材料成型制造領(lǐng)域，特別是涉及應(yīng)用在航天領(lǐng)域的芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器成型制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星通訊技術(shù)的高速發(fā)展對航天領(lǐng)域天線類設(shè)備的輕量化、高精度、高穩(wěn)定性等方面提出了更高的要求。由于芳綸纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗老化性能、電絕緣性能、透波性能、低的線膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，使其在衛(wèi)星天線工程中有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是在機(jī)載、艦載、星載雷達(dá)天線罩，雙柵天線反射器、頻率選擇面反射器、相控陣面天線、天線支撐結(jié)構(gòu)件等方面，芳綸纖維復(fù)合材料得到了廣泛的應(yīng)用。

頻率選擇面反射器是一種具有特殊性質(zhì)的周期性金屬圖案的介質(zhì)板，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括1-金屬陣列、2-芳綸纖維復(fù)合材料、3-膠膜、4-Nomex蜂窩芯。它可以在一定頻段上全透過電磁波,而在另一頻段上全反射電磁波。其反射功能依靠反射器上排列的金屬陣列來實(shí)現(xiàn)，透過則要求制件材料具有極高的電磁波透過性能。頻率選擇面反射器的材料需具備結(jié)構(gòu)材料和功能材料的雙重特性，采用芳綸纖維復(fù)合材料制造頻率選擇面反射器，發(fā)揮其優(yōu)異的透波性能和較低的熱膨脹系數(shù)的特點(diǎn)，可同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)材料和功能材料的雙重要求。

由于復(fù)合材料基體表面金屬陣列的存在，對電設(shè)計(jì)、測試、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝等方面都提出了很高的要求。目前國內(nèi)在頻率選擇面反射器方面的研究仍處于試驗(yàn)階段。一般在非金屬材料基體上實(shí)現(xiàn)表面金屬化的方法有金屬噴涂、鋪覆金屬網(wǎng)、真空鍍膜等技術(shù)。對于頻率選擇面反射器來講，表面金屬陣列要求按一定的周期進(jìn)行排布。金屬噴涂法形成的涂層表面粗糙多孔，圖形質(zhì)量不易保證，鋪覆金屬網(wǎng)只能形成特定的網(wǎng)格圖形，而真空鍍膜形成的鍍層附著力較差、容易出現(xiàn)龜裂，同時(shí)需要大型的鍍膜設(shè)備。因此，基體表面金屬陣列的成型是芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器制造的難點(diǎn)之一。

頻率選擇面反射器的型面精度也是衛(wèi)星最重要的性能指標(biāo)之一，國內(nèi)外都在根據(jù)用途需要向高精度、超高精度發(fā)展。復(fù)合材料制件在固化成型過程中由于材料的熱脹冷縮效應(yīng)、基體樹脂的化學(xué)反應(yīng)放熱效應(yīng)、樹脂的化學(xué)收縮、蜂窩芯成型產(chǎn)生的應(yīng)力以及復(fù)合材料與模具材料在熱膨脹系數(shù)上的顯著差異等原因，會導(dǎo)致制件固化后會產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。而太空環(huán)境中，溫度變化范圍很大，復(fù)合材料制件在劇烈的溫差變化過程中內(nèi)應(yīng)力逐漸釋放，會導(dǎo)致制件發(fā)生較大程度的變形，難以滿足實(shí)際使用要求。因此，型面精度的控制是芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器制造的又一關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器的成型方法。發(fā)明主要通過使用“B”階段預(yù)固化的NOMEX蜂窩芯、反射器采用多步成型法、固化后反射器進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)效和室溫時(shí)效處理、反射器基體表面使用膠膜粘接覆銅聚酰亞胺膜等方法，解決了芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器型面精度控制以及表面金屬陣列的成型等問題。

一種芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器的成型方法，包括以下步驟：

1)加工反射器成型模

反射器成型模具工作面按反射器的反射面進(jìn)行加工，成型模要求中空結(jié)構(gòu)，厚度要求不大于20mm，表面粗糙度不大于0.8，型面精度不大于產(chǎn)品型面精度要求值的1/3

2)蜂窩芯預(yù)成型

在反射器成型模具上鋪貼“B”階段預(yù)固化NOMEX蜂窩芯，制袋后按照蜂窩芯的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化成型

3)上蒙皮(非工作面)成型

以反射器成型模具為依據(jù)，制造一個(gè)用于上蒙皮成型的假件，在假件上鋪貼上蒙皮預(yù)浸料，鋪貼層數(shù)及具體的方向按設(shè)計(jì)圖紙要求，鋪貼過程中要求每層必須進(jìn)行真空壓實(shí)，鋪貼完成后制袋，按照預(yù)浸料的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

4)下蒙皮(反射面)成型

在反射器成型模具上鋪貼下蒙皮預(yù)浸料，鋪貼層數(shù)及具體的方向按設(shè)計(jì)要求，在待膠接面鋪貼一層撕下層，鋪貼過程中要求每層必須進(jìn)行真空壓實(shí)，鋪貼完成后制袋，按照預(yù)浸料的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

5)上下蒙皮組合

去除下蒙皮待膠接面撕下層，上蒙皮待膠接面進(jìn)行輕微打磨清理，去除表面脫模劑，然后在上、下蒙皮待膠接面鋪貼膠膜，在成型模具上進(jìn)行組合，制袋后進(jìn)行真空壓實(shí)，按照膠膜的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

6)熱循環(huán)時(shí)效及室溫時(shí)效

反射器固化完成后不拆袋，在熱壓罐或烘箱中進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)效，過程中持續(xù)抽真空，在“室溫～100℃～室溫”范圍內(nèi)以≤3℃/min反復(fù)進(jìn)行升降溫3～7個(gè)循環(huán)，然后出罐后在室溫條件下仍持續(xù)抽真空時(shí)效10～15天

7)無損檢測

對反射器粘接質(zhì)量進(jìn)行無損檢測

8)粘接覆銅聚酰亞胺膜

在反射器工作面鋪貼一層膠膜，然后鋪貼覆銅聚酰亞胺膜，鋪貼時(shí)，聚酰亞胺膜使用窄條鋪貼，然后將貼膜一面扣在反射器成型模具上，制袋后按照膠膜固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

9)型面測試

測試反射器的型面精度。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)選用“B”階段預(yù)固化的NOMEX蜂窩芯在成型模具上先進(jìn)行預(yù)固化，避免了直接使用已固化的剛性NOMEX蜂窩芯成型大曲率零件時(shí)無法貼胎，使零件成型過程中產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，造成零件變形的問題。

2)反射器采用多步成型法，依據(jù)反射器成型模具制造一個(gè)用于上蒙皮成型的假件(復(fù)材模具)，反射器的上、下蒙皮分別在假件及金屬模具上先進(jìn)行固化成型，然后在金屬成型模具上進(jìn)行組合膠接固化。有效保證了反射器工作面表面質(zhì)量及型面精度。

3)反射器基體固化完成后進(jìn)行了熱循環(huán)時(shí)效和室溫時(shí)效處理。熱循環(huán)時(shí)效是將反射器在較低的升降溫速率和真空環(huán)境下，在室溫至100℃范圍內(nèi)進(jìn)行高低溫交替循環(huán)變化的鋸齒時(shí)效。室溫時(shí)效是將反射器室溫條件下在保型模具上持續(xù)抽真空進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力釋放。通過熱循環(huán)時(shí)效和室溫時(shí)效處理，有效避免了反射器在使用過程中因應(yīng)力變形引起型面發(fā)生較大變化。

4)反射器基體表面金屬陣列的成型是使用膠膜在基體表面粘接覆銅聚酰亞胺膜。覆銅聚酰亞胺膜可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇不同的振子形狀及排列規(guī)則，從而可以實(shí)現(xiàn)各種振子形狀及排列規(guī)則的頻率選擇反射面的制造。同時(shí)，要求覆銅聚酰亞胺膜采用窄帶鋪貼，有效提高了基體表面金屬陣列的粘接結(jié)合力及排列精度。

附圖說明：

圖1為頻率選擇面反射器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為采用本發(fā)明制造的芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇反射面的工藝流程。

圖中編號說明：1-金屬陣列；2-芳綸纖維復(fù)合材料；3-膠膜；4-Nomex蜂窩芯。

具體實(shí)施方式：

如圖1、圖2所示，一種芳綸纖維復(fù)合材料頻率選擇面反射器的成型方法，包括以下步驟：

1)加工反射器成型模

反射器成型模具工作面按反射器的反射面進(jìn)行加工，成型模要求中空結(jié)構(gòu)，厚度要求不大于20mm，表面粗糙度不大于0.8，型面精度不大于產(chǎn)品型面精度要求值的1/3

2)蜂窩芯預(yù)成型

在反射器成型模具上鋪貼“B”階段預(yù)固化NOMEX蜂窩芯4，制袋后按照蜂窩芯的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化成型

3)上蒙皮(非工作面)成型

以反射器成型模具為依據(jù)，制造一個(gè)用于上蒙皮成型的假件，在假件上鋪貼上蒙皮預(yù)浸料，鋪貼層數(shù)及具體的方向按設(shè)計(jì)圖紙要求，鋪貼過程中要求每層必須進(jìn)行真空壓實(shí)，鋪貼完成后制袋，按照預(yù)浸料的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

4)下蒙皮(反射面)成型

在反射器成型模具上鋪貼下蒙皮預(yù)浸料，鋪貼層數(shù)及具體的方向按設(shè)計(jì)要求，在待膠接面鋪貼一層撕下層，鋪貼過程中要求每層必須進(jìn)行真空壓實(shí)，鋪貼完成后制袋，按照預(yù)浸料的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

5)上下蒙皮組合

去除下蒙皮待膠接面撕下層，上蒙皮待膠接面進(jìn)行輕微打磨清理，去除表面脫模劑，然后在上、下蒙皮待膠接面鋪貼膠膜，在成型模具上進(jìn)行組合，制袋后進(jìn)行真空壓實(shí)，按照膠膜3的固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

6)熱循環(huán)時(shí)效及室溫時(shí)效

反射器固化完成后不拆袋，在熱壓罐或烘箱中進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)效，過程中持續(xù)抽真空，在“室溫～100℃～室溫”范圍內(nèi)以≤3℃/min反復(fù)進(jìn)行升降溫3～7個(gè)循環(huán)，然后出罐后在室溫條件下仍持續(xù)抽真空時(shí)效10～15天

7)無損檢測

對反射器粘接質(zhì)量進(jìn)行無損檢測

8)粘接覆銅聚酰亞胺膜

在反射器工作面鋪貼一層膠膜3，然后鋪貼覆銅聚酰亞胺膜，鋪貼時(shí)，聚酰亞胺膜使用窄條鋪貼，然后將貼膜一面扣在反射器成型模具上，制袋后按照膠膜3固化參數(shù)要求在熱壓罐中進(jìn)行固化

9)型面測試

測試反射器的型面精度。

實(shí)施實(shí)例：某衛(wèi)星頻率選擇副反射器制造

主材料：芳綸纖維預(yù)浸料Kevlar 49-120、膠膜REDUX 312UL、NOMEX蜂窩芯(“B”階段預(yù)固化)、覆銅聚酰亞胺膜、泡沫膠FM410-1

1)反射器成型模具

反射器成型模具材料選用球墨鑄鐵，中空結(jié)構(gòu)，厚度要求15mm，表面粗糙度不大于0.8，型面精度RMS不大于0.03。

2)蜂窩芯預(yù)成型

在反射器成型模具上鋪貼“B”階段預(yù)固化NOMEX蜂窩芯4，制袋后在熱壓罐中進(jìn)行固化成型。

3)上蒙皮(非工作面)成型

以反射器成型模具為依據(jù)，制造一個(gè)用于上蒙皮成型的假件，假件厚度等于反射面蒙皮和蜂窩芯厚度之和。在假件上鋪貼上蒙皮兩層Kevlar 49-120預(yù)浸料，鋪層方向[45°/0°]，鋪貼過程中要求每層必須進(jìn)行真空壓實(shí)，鋪貼完成后制袋，在熱壓罐中進(jìn)行固化。

4)下蒙皮(反射面)成型

在反射器成型金屬模具上鋪貼下蒙皮兩層Kevlar 49-120預(yù)浸料，鋪層方向[0°/45°]，在待膠接面鋪貼一層撕下層，鋪貼過程中要求每層必須進(jìn)行真空壓實(shí)，鋪貼完成后制袋，在熱壓罐中進(jìn)行固化。

5)上下蒙皮組合

去除下蒙皮待膠接面撕下層，上蒙皮待膠接面進(jìn)行輕微打磨清理，去除表面脫模劑，然后在上、下蒙皮待膠接面鋪貼膠膜，按圖紙要求在成型模具上組合，在預(yù)埋件位置填充泡沫膠，并按工裝定位孔將埋件放置到位，使用銷釘定位。制袋后進(jìn)行真空壓實(shí)，在熱壓罐中進(jìn)行固化。

6)熱循環(huán)時(shí)效及室溫時(shí)效

反射器固化完成后不拆袋，在熱壓罐或烘箱中進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)效，過程中持續(xù)抽真空，在“室溫～100℃～室溫”范圍內(nèi)以≤1℃/min反復(fù)進(jìn)行升降溫5個(gè)循環(huán)，然后出罐后在室溫條件下仍持續(xù)抽真空時(shí)效10天。

7)無損檢測

使用聲阻法對反射器粘接質(zhì)量進(jìn)行無損檢測。

8)粘接覆銅聚酰亞胺膜

在反射器工作面鋪貼一層膠膜3，然后鋪貼覆銅聚酰亞胺膜。鋪貼時(shí)，聚酰亞胺膜使用窄條鋪貼。然后將貼膜一面扣在反射器成型模具上，制袋后在熱壓罐中進(jìn)行固化。

9)型面測試

使用照相法對反射器的型面進(jìn)行測試。

在上述成型過程中，基體固化完成后進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)效和室溫時(shí)效的目的是為了讓反射器固化過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力在人為環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)力釋放，減小反射器在熱真空測試、真空環(huán)境冷熱交替測試和空間環(huán)境下的應(yīng)力變形。時(shí)效處理完成后，在反射器基體上使用膠膜3粘接覆銅聚酰亞胺膜。粘接時(shí)，為保證表面金屬陣列1的排列精度，覆銅聚酰亞胺膜使用窄條鋪貼。

使用上述方法成型的頻率選擇面反射器最終產(chǎn)品型面精度RMS為0.07mm，金屬陣列精度≤±0.10mm，符合設(shè)計(jì)要求。產(chǎn)品經(jīng)電訊測試，性能良好。