CN1751965A - 可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜 - Google Patents

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刘宇艳
苗常青
万志敏
杜星文
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Abstract

可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，它涉及一种可充气展开的太空结构用的复合材料。本发明解决了现有的构建太空充气展开结构用的复合薄膜的热固化层采用电加热的方式刚化，因而存在耗能高、储存能力差问题及由于增加了绝热层，因而存在制造成本高、工艺难度大问题。本发明的复合薄膜由里向外依次包括气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3；气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3三者之间相互粘接在一起。本发明具有结构简单、折叠方便、刚化性能好、耗能低、结构设计灵活、室温储藏稳定、储藏寿命长的优点，是构建大型空间天线、太阳帆板以及大型空间飞行器的可充气展开的太空结构较理想的复合材料。

Description

可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜
技术领域
本发明涉及一种可充气展开的太空结构用的复合材料，具体涉及一种可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜。
背景技术
太空充气展开结构是一种新型空间结构，可用于构建各种飞行器结构，如大型空间天线、太阳帆板以及大型空间飞行器等等。空间充气展开结构入轨后需通过充气进行展开并通过一定的方式进行结构刚化形成空间结构，这就要求构建太空充气展开结构用的复合薄膜具有较好的刚化性能。而现有的太空充气展开结构用的复合薄膜的热固化层与气体阻隔层之间设置有电加热层，该热固化层是利用热固化的方式刚化的，由于热固化层中的基体树脂固化所需要的能量来自于航天器的电源，而航天器携带的能量是有限的，并且基体树脂固化所需要的能量较高，因而采用此结构的复合薄膜在使用中存在耗能高，储存能力差问题；另外该复合薄膜还增加有绝热层，这不仅增加了制造成本，同时还使加工工艺变得繁琐。
发明内容
本发明的目的是为解决现有的构建太空充气展开结构用复合薄膜的热固化层利用热固化的方式刚化，因而存在耗能高、储存能力差问题及由于增加了绝热层，因而存在制造成本高、工艺繁琐问题提供的一种可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜。本发明的复合薄膜由里向外依次包括气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3；所述的气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3三者之间相互粘接在一起。
本发明具有以下有益效果：一、已有的太空充气展开结构用复合薄膜的热固化层是利用热固化的方式刚化的，加热树脂基体需要的能量来自于航天器的电源，而航天器携带的能量是有限的。一般来说，航天器在发射前需要较长时间进行制造、装配和测试，这就要求复合薄膜预浸料必须具有较长的储存期。采用热固化刚化技术，不仅耗能高，而且储存能力也较差；而紫外线刚化技术就克服了这些不足，它可以使光引发材料的储藏期达到几年甚至更长时间。二、本发明可将初始柔软的结构材料(如管、环等)折叠后充入气体进行膨胀或展开，然后在紫外光的作用下变为刚性结构，因而该复合薄膜具有优异结构特性和设计灵活性，它不仅具有结构简单、折叠方便的优点，同时还具有刚化性能好、耗能低、结构设计灵活、室温储藏稳定、储藏寿命长的优点。三、本发明的可刚化层是通过紫外光照射使可刚化层中的树脂产生聚合反应，树脂在波谱的不同波长下发生交联，使可刚化层刚化，从而起到支撑整体结构的作用。四、本发明由于采用紫外光刚化技术使复合薄膜刚化，由此省去了已有采用电加热方式使热固化层刚化所增加的绝热层，因而本发明具有整体结构简单、成本低、容易制造的优点。五、本发明的复合薄膜由三层材料复合而成，气体阻隔层设置在复合薄膜的最里侧，其作用是防止太空充气展开结构内部的气体泄漏和防止太空充气展开结构在包装时粘结；外部约束层设置在本发明的复合薄膜的最外侧，其作用是防止可充气展开的太空结构在包装时粘结和对可充气展开的太空结构的整体形状和尺寸进行约束。
附图说明
图1是本发明的复合薄膜的结构剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜由里向外依次由气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3组成；所述的气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3三者之间相互粘接在一起。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的气体阻隔层1由聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜材料制成。选用上述材料，在空间条件下的耐折叠性好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的气体阻隔层1的厚度δ1为20～50μm。采用上述技术参数，可有效地防止可充气展开的太空结构内的气体泄漏。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三的不同点是：本实施方式的气体阻隔层1的厚度δ1为25μm。可保证可充气展开的太空结构内的气体***漏。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可刚化层2由两向或三向编制的纤维布预浸未固化的树脂制成；所述的纤维是玻璃纤维或石英纤维。紫外光固化所选用的树脂固化时间由可刚化层2材料本身的性能、光引发剂和紫外线能量大小等因素共同决定，可刚化层2的固化时间可以从几分钟到几个小时；增强纤维对紫外线能量的吸收必须是透明的，可以选用玻璃纤维或石英纤维。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的可刚化层2的厚度δ2为0.3～0.6mm。采用上述技术参数，可保证可刚化层2具有较好的固化性能，特别适合在大型空间天线、太阳帆板以及大型空间飞行器上应用。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六的不同点是：本实施方式的可刚化层2的厚度δ2为0.5mm。采用上述技术参数，在保证可刚化层2具有较好固化性能的同时，还可节约成本。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的外部约束层3由聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜材料制成，所述的外部约束层3的厚度δ3为20～50μm。采用上述材料可满足空间条件下的耐折叠特性。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有隔热层4；所述的隔热层4设置在外部约束层3的外面并与外部约束层3粘接。隔热层4的作用是为了抵抗空间各种恶劣环境。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式九的不同点是：本实施方式的隔热层4由单面或双面镀铝打孔的聚酰亚胺薄膜或聚脂薄膜和涤纶网复合而成，隔热层4的厚度δ4为0.2～0.6mm。隔热层4采用上述材料，可保证隔热层4较好的低抗空间各种恶劣环境。
具体实施方式十一：本发明的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜由内至外依次由气体阻隔层1、可刚化层2、外部约束层3、隔热层4组成；所述的气体阻隔层1、可刚化层2、外部约束层3和隔热层4相互粘接在一起，复合薄膜采用内固化型，即内置紫外光源靠近气体阻隔层1的内侧，内置紫外光源选用长度为6～10cm的紫外灯，紫外灯的能量要求为25w/m2，考虑到透光，气体阻隔层1选用厚度δ1为25μm的美国杜邦公司生产的麦拉(Mylar)薄膜；可刚化层2选用双向编织的玻璃纤维平纹布为增强材料，树脂体系选用阳离子紫外光引发剂二芳基碘翁六氟锑酸盐固化的环氧树脂，可刚化层2的厚度δ2为0.3～0.6mm，可以是单层或多层复合材料预浸布；外部约束层3选用厚度δ3为25μm的聚酰亚胺薄膜制成；隔热层4采用单面或双面镀铝打孔的聚酰亚胺薄膜或聚脂薄膜和涤纶网复合而成。复合薄膜采用内固化型，其优点如下：固化过程可控；固化不受空间辐射条件影响；固化均匀。
具体实施方式十二：本发明的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜由内至外依次由气体阻隔层1、可刚化层2、外部约束层3组成；所述的气体阻隔层1、可刚化层2和外部约束层3相互粘接在一起，复合薄膜采用外固化型，即在外部约束层3的外部设置紫外光源(在太空中采用太阳光)，气体阻隔层1选用厚度δ1为25μm的美国杜邦公司生产的开普坦(Kapton)薄膜；可刚化层2选用双向编织的玻璃纤维平纹布为增强材料，树脂体系选用阳离子紫外光引发剂二芳基碘翁六氟锑酸盐固化的环氧树脂，可刚化层2的厚度δ2为0.3～0.6mm，可以是单层或多层复合材料预浸布；外部约束层3采用厚度δ3为25μm的美国杜邦公司生产的麦拉(Mylar)薄膜；外置紫外光源选用能模拟太阳光强的紫外灯。复合薄膜采用外固化型的优点如下：结构简单、易于加工，利用太阳光、耗能低。

Claims (10)

1、一种可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的复合薄膜由里向外依次包括气体阻隔层(1)、可刚化层(2)和外部约束层(3)；所述的气体阻隔层(1)、可刚化层(2)和外部约束层(3)三者之间相互粘接在一起。
2、根据权利要求1所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的气体阻隔层(1)由聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜材料制成。
3、根据权利要求1或2所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的气体阻隔层(1)的厚度(δ1)为20～50μm。
4、根据权利要求3所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的气体阻隔层(1)的厚度(δ1)为25μm。
5、根据权利要求1所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的可刚化层(2)由两向或三向编制的纤维布预浸未固化的树脂制成，所述的纤维是玻璃纤维或石英纤维。
6、根据权利要求1或5所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的可刚化层(2)的厚度(δ2)为0.3～0.6mm。
7、根据权利要求6所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的可刚化层(2)的厚度(δ2)为0.5mm。
8、根据权利要求1所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的外部约束层(3)由聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜材料制成，所述的外部约束层(3)的厚度(δ3)为20～50μm。
9、根据权利要求1所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于它还增加有隔热层(4)；所述的隔热层(4)设置在外部约束层(3)的外面并与外部约束层(3)粘接。
10、根据权利要求9所述的可充气展开太空结构用紫外光刚化复合薄膜，其特征在于所述的隔热层(4)由单面或双面镀铝打孔的聚酰亚胺薄膜或聚脂薄膜和涤纶网复合而成，所述的隔热层(4)的厚度(δ4)为0.2～0.6mm。
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