一种星载展开机构复合材料撑臂杆及其制备方法技术

一种星载展开机构复合材料撑臂杆及其制备方法，涉及一种撑臂杆及其制备方法。目的是解决现有工艺制备得到的星载展开机构撑臂杆的重量大且强度低以及环境适应性差的问题。该撑臂杆由基管、两个管状接头和外层壁管构成；两个管状接头分别设置于基管两端；外层壁管套设在管状接头和基管的外表面。制备方法：一、配制树脂基体：二、基管成型：三、对基管进行尺寸修整和外形修整；四、管状接头表面处理：五、管状接头与基管连接：六、外层壁管成型。本发明专利技术复合材料撑臂杆在相同的重量条件下比金属材质的撑臂杆相比重量减少了50～60％；本发明专利技术星载展开机构复合材料撑臂杆具有非常好的尺寸稳定性和良好的空间环境适应性。

A spaceborne deployable mechanism of composite brace rod and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种星载展开机构复合材料撑臂杆及其制备方法
本专利技术涉及一种撑臂杆及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着空间科学的发展和航天技术的进步，空间星载展开机构得到越来越多的应用。空间星载展开机构可实现由折叠状态到展开状态的转换，发射时为折叠状态，以满足航天发射工具运载舱空间的限制要求，到达轨道后再完全展开并保持构型，以执行相关任务。目前，大型空间展开机构正朝着长跨度、大收纳率、高刚度的方向发展。理想的星载展开机构所采用的材料不仅应有较高的强度和刚度，而且须具良好的空间环境适应性和重量控制。目前现有技术中没有采用玻璃纤维增强塑料制备的星载展开机构，并且现有的星载展开机构为金属材质，在相同的质量下，金属材质星载展开机构的强度明显低于玻璃纤维增强塑料制备的星载展开机构。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有工艺制备得到的星载展开机构撑臂杆的重量大且强度低以及环境适应性差的问题。提出一种星载展开机构复合材料撑臂杆及其制备方法。一种星载展开机构复合材料撑臂杆，该撑臂杆由基管、两个管状接头和外层壁管构成；两个管状接头分别设置于基管两端；所述基管为圆柱状筒体；管状接头一端固接有接头法兰，管状接头中部外表面设置有间断的环形突起，管状接头另一端外表面加工有坡面，管状接头外表面加工有坡面一端套设在基管的端部，外层壁管套设在管状接头和基管的外表面，并且外层壁管内表面与基管的外表面、管状接头的外表面和环形突起的表面贴合；所述基管和外层壁管的材质为玻璃纤维增强塑料；玻璃纤维增强塑料中纤维增强材料的体积含量57～63％；所述玻璃纤维增强塑料中的纤维增强材料为碳纤维、玻璃纤维或有机纤维等；玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、固化剂和促进剂组成，环氧树脂、固化剂和促进剂的质量比为100：(80～110)：(1～10)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂等；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯基多氨基甲烷；促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑或二甲胺基甲基等；或者玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、稀释剂和固化剂组成；环氧树脂、稀释剂和固化剂的质量比为100：(10～50)：(1～20)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂等；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯基多氨基甲烷；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚等或2-乙基-4-甲基咪唑等；上述两种树脂基体的耐温等级-100～+150℃，通过真空逸气性能测试，该树脂基体的总质量损失＜1％，可凝挥发物的质量含量＜1％，真空下尺寸稳定性，真空环境下长度变化率小于5×10-6；所述管状接头、环形突起和法兰的材质为钛合金、铝合金或镁合金等；上述星载展开机构复合材料撑臂杆的制备方法按以下步骤进行：一、配制树脂基体：按环氧树脂、固化剂和促进剂的质量比为100：(80～110)：(1～10)配制树脂基体；或按环氧树脂、稀释剂和固化剂的质量比为100：(10～50)：(1～20)配制树脂基体；二、基管成型：利用纤维缠绕工艺或预浸料铺放工艺进行基管成型；所述基管中增强纤维的体积含量57％～63％；其中纤维缠绕工艺中纤维的缠绕角度为15°～20°；预浸料铺放工艺中纱片状增强纤维铺放角度为15°～20°；所述纤维缠绕工艺为：首先将增强纤维置于浸胶槽内进行浸渍树脂基体，然后利用缠绕机将浸渍过树脂基体的增强纤维制作成圆柱状筒体；所述预浸料铺放工艺为：首先将纱片状增强纤维置于预浸机内进行浸渍树脂基体，然后进行人工铺放纱片状增强纤维得到圆柱状筒体；其中纤维的缠绕角度为增强纤维与基管轴向的之间的较小角；纱片状增强纤维由数条平行的增强纤维构成，铺放角度为纱片状增强纤维与基管轴向的之间的较小角；三、对基管进行尺寸修整和外形修整；四、管状接头表面处理：对管状接头加工有坡面一端的外表面和环形突起的外表面进行粗糙化处理和表面活化处理；所述粗糙化处理的工艺为喷砂工艺；所述表面活化处理工艺为表面阳极氧化、硝酸清洗或磷酸清洗；五、管状接头与基管连接：将步骤一制备的树脂基体涂覆在管状接头加工有坡面一端的内表面，然后将管状接头加工有坡面一端朝向基管并套设于基管的端部，树脂基体固化后即完成管状接头与基管连接；其中经管状接头经粗糙化处理和表面活化处理后，可以提高管状接头与基管物理咬合强度和化学键合强度；六、外层壁管成型：利用纤维缠绕工艺或预浸料铺放工艺进行外层壁管成型；所述外层壁管中增强纤维的体积含量57％～63％；最后用玻璃布带或者玻璃纤维对外层壁管外表进行缠绕包裹，即完成外层壁管成型；其中纤维缠绕工艺中纤维的缠绕角度为15°～20°；预浸料铺放工艺中纱片状增强纤维铺放角度为15°～20°；所述纤维缠绕工艺为：首先将增强纤维置于浸胶槽内进行浸渍树脂基体，然后利用缠绕机将浸渍过树脂基体的增强纤维缠绕在管状接头和基管的外表面缠绕增强纤维，得到外层壁管；所述预浸料铺放工艺为：首先将纱片状增强纤维置于预浸机内进行浸渍树脂基体，然后进行人工铺放纱片状增强纤维得到外层壁管；其中纤维的缠绕角度为增强纤维与基管轴向的之间的较小角；纱片状增强纤维由数条平行的增强纤维构成，铺放角度为纱片状增强纤维与基管轴向的之间的较小角；最后用玻璃布带或者玻璃纤维对外层壁管外表进行缠绕包裹的目的是对圆柱状筒体进行外形和尺寸的约束，利用基管外层壁管定型；本专利技术具备以下有益效果：本专利技术中通过质轻高强的玻璃纤维增强塑料制备得到了星载展开机构复合材料撑臂杆，在相同的重量条件下，本专利技术星载展开机构复合材料撑臂杆与现有的金属材质的撑臂杆相比重量减少了50～60％；同时本专利技术中树脂基体配方耐温等级为-100～+150℃，该树脂基体与本专利技术基管、管状接头、外层壁管以及管状接头中部外表面设置有间断的环形突起设计结合后，经真空逸气性能测试，本专利技术星载展开机构复合材料撑臂杆总质量损失＜1％，可凝挥发物＜1％，真空环境下变化率小于5×10-6，说明本专利技术星载展开机构复合材料撑臂杆具有非常好的尺寸稳定性和良好的空间环境适应性；附图说明：图1为本专利技术星载展开机构复合材料撑臂杆的结构示意图。本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种星载展开机构复合材料撑臂杆，该撑臂杆由基管1、两个管状接头2和外层壁管5构成；两个管状接头2分别设置于基管1两端；所述基管1为圆柱状筒体；管状接头2一端固接有接头法兰3，管状接头2中部外表面设置有间断的环形突起4，管状接头2另一端外表面加工有坡面，管状接头2外表面加工有坡面一端套设在基管1的端部，外层壁管5套设在管状接头2和基管1的外表面，并且外层壁管5内表面与基管1的外表面、管状接头2的外表面和环形突起4的表面贴合；所述基管1和外层壁管5的材质为玻璃纤维增强塑料；玻璃纤维增强塑料中纤维增强材料的体积含量57～63％；所述玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、固化剂和促进剂组成，环氧树脂、固化剂和促进剂的质量比为100：(80～110)：(1～10)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载展开机构复合材料撑臂杆，其特征在于：该撑臂杆由基管(1)、两个管状接头(2)和外层壁管(5)构成；两个管状接头(2)分别设置于基管(1)两端；所述基管(1)为圆柱状筒体；管状接头(2)一端固接有接头法兰(3)，管状接头(2)中部外表面设置有间断的环形突起(4)，管状接头(2)另一端外表面加工有坡面，管状接头(2)外表面加工有坡面一端套设在基管(1)的端部，外层壁管(5)套设在管状接头(2)和基管(1)的外表面，并且外层壁管(5)内表面与基管(1)的外表面、管状接头(2)的外表面和环形突起(4)的表面贴合；所述基管(1)和外层壁管(5)的材质为玻璃纤维增强塑料；玻璃纤维增强塑料中纤维增强材料的体积含量57～63％；所述玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、固化剂和促进剂组成，环氧树脂、固化剂和促进剂的质量比为100：(80～110)：(1～10)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯基多氨基甲烷；促进剂为2‑乙基‑4‑甲基咪唑或二甲胺基甲基；或者玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、稀释剂和固化剂组成；环氧树脂、稀释剂和固化剂的质量比为100：(10～50)：(1～20)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯基多氨基甲烷；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或2‑乙基‑4‑甲基咪唑。...

【技术特征摘要】
1.一种星载展开机构复合材料撑臂杆，其特征在于：该撑臂杆由基管(1)、两个管状接头(2)和外层壁管(5)构成；两个管状接头(2)分别设置于基管(1)两端；所述基管(1)为圆柱状筒体；管状接头(2)一端固接有接头法兰(3)，管状接头(2)中部外表面设置有间断的环形突起(4)，管状接头(2)另一端外表面加工有坡面，管状接头(2)外表面加工有坡面一端套设在基管(1)的端部，外层壁管(5)套设在管状接头(2)和基管(1)的外表面，并且外层壁管(5)内表面与基管(1)的外表面、管状接头(2)的外表面和环形突起(4)的表面贴合；所述基管(1)和外层壁管(5)的材质为玻璃纤维增强塑料；玻璃纤维增强塑料中纤维增强材料的体积含量57～63％；所述玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、固化剂和促进剂组成，环氧树脂、固化剂和促进剂的质量比为100：(80～110)：(1～10)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯基多氨基甲烷；促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑或二甲胺基甲基；或者玻璃纤维增强塑料中的树脂基体由环氧树脂、稀释剂和固化剂组成；环氧树脂、稀释剂和固化剂的质量比为100：(10～50)：(1～20)；环氧树脂为TDE85环氧树脂或AG80环氧树脂；固化剂为环甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、纳迪克酸酐、二氨基二苯砜或多苯基多氨基甲烷；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或2-乙基-4-甲基咪唑。2.根据权利要求1所述的星载展开机构复合材料撑臂杆，其特征在于：所述玻璃纤维增强塑料中的纤维增强材料为碳纤维、玻璃纤维或有机纤维。3.根据权利要求1所述的星载展开机构复合材料撑臂杆，其特征在于：所述管状接头(2)、环形突起(4)和法兰(3)的材质为钛合金、铝合金或镁合金。4.一种如权利要求1所述的星载展开机构复合材料撑臂杆的制备方法，其特征在于：该制备方法按以下步骤进行：一、配制树脂基体：按环氧树脂、固化剂和促进剂的质量比为100：(80～110)：(1～10)配制树脂基体；或按环氧树脂、稀释剂和固化剂的质量比为100：(10～50)：(1～20)配制树脂基体；二、基管(1)成型：利用纤维缠绕工艺或预浸料铺放工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梓桥，周秀燕，王非，匡乃航，栾世林，
申请(专利权)人：哈尔滨玻璃钢研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23