一种用于修补复合材料的修补料以及使用该修补料修补复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于修补复合材料的修补料以及使用该修补料修补复合材料的方法，所述修补料包括室温固化硅橡胶连续相和无机填料，所述室温固化硅橡胶连续相包含羟基封端硅橡胶预聚物、交联剂和催化剂。本发明专利技术还提供了使用所述修补料修补所述复合材料例如刚性隔热瓦的方法。采用本发明专利技术所述的修补料可以在被修补的复合材料基体中形成低密度、高强度的材料，并且对于飞行器使用的刚性隔热瓦来说，既可以进行在轨修补操作也可以进行地面修补操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料修复
，更加具体地说，本专利技术涉及复合材料的修补料以及修补方法。
技术介绍
复合材料，例如刚性隔热瓦，作为飞行器外表面大面积热防护材料具有轻质、可重复使用、耐高温、隔热效果好等诸多优点。但是刚性隔热瓦的抗冲击性能较差，在飞行器地面安装、运输、发射、在轨飞行或再入大气层时，刚性隔热瓦均有可能被损坏。因此，如何修补已损坏的刚性隔热瓦，是刚性隔热瓦大面积热防护系统工程应用过程的重要辅助技术之一。刚性隔热瓦在尚未安装到飞行器表面时，在绝大多数情境下可以重新加工一块替换件再进行安装。但是，在以下几种情形下，有必要对隔热瓦进行修补：①已安装完毕的隔热瓦阵列，大面积区域的隔热瓦表面状况完好，仅某一块隔热瓦表面存在小面积的破损，该种情形下将损坏的隔热瓦取下并替换很可能引发应变隔离垫损坏、周围缝隙密封条损坏等更多技术风险时；②飞行器即将发射且不允许推迟发射时间，却发现刚性隔热瓦有局部小面积损坏时；③航天飞机等飞行器在轨飞行时发现隔热瓦局部破损，不可能在太空环境下完成隔热瓦零件替换类复杂出舱操作时。因此，自从刚性隔热瓦隔热材料问世以来，国内外研究者从未停止对刚性隔热瓦的修补技术的研发与改进。US4358480号公布了一种早期的复合材料的修补方法。该方法先使正硅酸乙酯水解，后使水解的正硅酸乙酯在加热条件下固化，从而将其作为无机粘接剂使用。但是该方法的修补料，正硅酸乙酯粘接剂在高温下极易粉化，从而导致修补料失效。另外一个缺点是该修补工艺操作步骤多，且含大量小分子物质，不适合在太空中在轨修补操作。US5985433公布了一种改进的复合材料修补方法。该专利使用部分缩合的甲基二甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷水解产物作为涂层原料，使用刚性隔热瓦修补块填补局部缺陷后在表面刷涂或喷涂上述涂层原料，该涂层可室温固化。飞行器飞行过程中产生的气动热可使得该室温固化涂层发生裂解，在隔热瓦表面残留C/Si/O复合黑色玻璃焦质，起到高发射率涂层的作用。但是，US5985433和US4358480一样，同样存在修补工艺操作步骤繁琐、含大量小分子物质，不适合在太空中在轨修补等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于修补刚性隔热瓦的材料以及使用所述修补料修补刚性隔热瓦的方法，所述方法可以在各种不同情境下使用。本专利技术在第一方面提供了一种用于修补复合材料的修补料，所述修补料包括室温固化硅橡胶连续相和无机填料，所述室温固化硅橡胶连续相包含羟基封端硅橡胶预聚物、交联剂和催化剂。本专利技术在第二方面提供了一种修补复合材料的方法，其中，所述方法使用本专利技术第一方面所述的修补料进行修补。采用本专利技术所述的修补料可以在被修补的复合材料基体中形成低密度、高强度的材料，并且对于某些场合中对于例如刚性隔热瓦来说，既可以进行在轨修补操作也可以进行地面修补操作。附图说明图1展示了两种用于修补刚性隔热瓦的方法。其中图1(a)为刚性隔热瓦局部破损处的一种修补方法，1为待修补刚性隔热瓦，2为待修补刚性隔热瓦纤维基体，3为金属承力结构件，4为芳纶或芳砜纶应变隔离垫，5为按照规整化后的破损处尺寸加工的圆柱体刚性隔热瓦修补块，6为刚性隔热瓦表面高发射率涂层，7为本专利技术的室温固化刚性隔热瓦修补料，8为室温固化硅橡胶粘接剂层，9为初始的破损待修补处；图1(b)为刚性隔热瓦局部破损处的另一种修补方法，10为通过修整后将刚性隔热瓦破损处扩孔为大致倒锥形的情况下用于向其中填入本专利技术的室温固化刚性隔热瓦修补料。具体实施方式如上所述，本专利技术在第一方面提供了一种用于修补复合材料的修补料，其中，所述修补料包含室温固化硅橡胶连续相和无机填料，所述室温固化硅橡胶连续相包含羟基封端硅橡胶预聚物、交联剂和催化剂。本专利技术人发现，由于本专利技术使用羟基封端硅橡胶预聚物作为主要烧蚀源，烧蚀后会残留C/Si/O玻璃焦质，在经历高温时，烧蚀收缩量较小，因此可靠性高；如果使用环氧树脂代替硅橡胶的话，在氧气充足的条件下烧蚀后基本无残留物，烧蚀收缩量大，因此可靠性明显较低。在一些更优选的实施方式中，所述羟基封端硅橡胶预聚物选自由羟基封端聚二甲基硅氧烷、羟基封端聚二苯基硅氧烷、羟基封端聚甲基苯基硅氧烷组成的组；进一步优选的是，所述羟基封端硅橡胶预聚物的黏度为1000～50000cst；进一步优选为10000～20000CSt；另外进一步优选为2000～4000CSt。例如，羟基封端硅橡胶预聚物的聚合度可根据修补情境要求进行适当选择。例如，作为刚性隔热瓦地面修补料时可以选用聚合度较高、黏度较大的预聚物；对于典型的羟基封端聚二甲基硅氧烷，可以将其黏度控制为10000～20000CSt。而作为太空中在轨修补使用的羟基封端聚二甲基硅氧烷预聚物，更加优选将其黏度控制为2000～3000CSt。在一些优选的实施方式中，羟基封端硅橡胶预聚物、交联剂、催化剂三者的质量比为10：(0.5～1)：(0.1～0.2)，例如可以为10：(0.5或1)：(0.1或0.2)。在一些更优选的实施方式中，所述交联剂选自由正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、硼酸三丁酯组成的组；进一步优选的是，所述交联剂为正硅酸乙酯。在一些优选的实施方式中，所述催化剂选自由二月桂酸二丁基锡、γ-胺丙基三乙氧基硅烷和γ-胺丙基三甲氧基硅烷组成的组。本专利技术人发现，在本专利技术的体系中，使用二月桂酸二丁基锡作为催化剂，能够使得固化反应速度更快，操作时间不超过30分钟，完全固化时间不超过24小时；如果使用其他的催化剂例如γ-胺丙基三乙氧基硅烷作为催化剂，完全固化时间则需要48小时以上。因此在一些优选的实施方式中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，尤其是在轨修复的情况中。在一些优选的实施方式中，所述无机填料包含选自由硼硅玻璃粉、空心玻璃微球、气相二氧化硅、复合材料粉碎物、短切石英纤维、四硼化硅粉、六硼化硅粉、碳化硅粉、碳化锆粉、硼化锆粉、碳化铪粉、硼化铪粉、二硅化钼粉、二硅化钽粉组成的组中的一种或多种无机填料；进一步优选的是，所述无机填料为选自由空心玻璃微球、气相二氧化硅和复合材料粉碎物组成的组，或者由空心玻璃微球、气相二氧化硅和复合材料粉碎物组成，在这种情况下，所述无机填料包含重量比为1：(0.3～0.5)：(0.1～0.2)的空心玻璃微球、气相二氧化硅和复合材料粉碎物，该重量比例如为1：(0.3、0.4或0.5)：(0.1、0.15或0.2)。另外优选的是，复合材料粉碎物与待修补的复合材料具有相同的组成，例如由待修补的复合材料的边角料粉碎制得，如此不仅可以减少浪费，而且还可以使修补位置的材料组成与待修补的复合材料基体的材料组成基本一致。本专利技术人还发现，由于加入复合材料粉碎物，该粉碎物可起到增韧修补料树脂基体的作用；另一方面，添加该粉碎物可以进一步提高修补料烧蚀裂解的陶瓷产率，这意味着服役过程中修补料发生的烧蚀后退量最小。在一些优选的实施方式中，所述修补料包含第一组合物和第二组合物，所述第一组合物包含硅橡胶预聚物和第一无机填料，所述第二组合物包含交联剂、催化剂和第二无机填料，所述第一无机填料和所述第二组合物如上文针对无机填料所述，例如，它们均可以选自由硼硅玻璃粉、空心玻璃微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于修补复合材料的修补料，其特征在于，所述修补料包括室温固化硅橡胶连续相和无机填料，所述室温固化硅橡胶连续相包含羟基封端硅橡胶预聚物、交联剂和催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于修补复合材料的修补料，其特征在于，所述修补料包括室温固化硅橡胶连续相和无机填料，所述室温固化硅橡胶连续相包含羟基封端硅橡胶预聚物、交联剂和催化剂。2.根据权利要求1所述的修补料，其特征在于：所述羟基封端硅橡胶预聚物选自由羟基封端聚二甲基硅氧烷、羟基封端聚二苯基硅氧烷、羟基封端聚甲基苯基硅氧烷组成的组；优选的是，所述羟基封端硅橡胶预聚物的黏度为1000～50000cst；进一步优选为10000～20000CSt；另外优选的是，所述交联剂选自由正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、硼酸三丁酯组成的组；更优选的是，所述交联剂为正硅酸乙酯；和/或另外优选的是，所述催化剂选自由二月桂酸二丁基锡、γ-胺丙基三乙氧基硅烷和γ-胺丙基三甲氧基硅烷组成的组；更优选的是，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；另外优选的是，所述无机填料包含选自由硼硅玻璃粉、空心玻璃微球、气相二氧化硅、复合材料粉碎物、短切石英纤维、四硼化硅粉、六硼化硅粉、碳化硅粉、碳化锆粉、硼化锆粉、碳化铪粉、硼化铪粉、二硅化钼粉、二硅化钽粉组成的组中的一种或多种无机填料；更优选的是，所述无机填料为选自由空心玻璃微球、气相二氧化硅和复合材料粉碎物组成的组，进一步优选的是，所述无机填料包含重量比为1：(0.3～0.5)：(0.1～0.2)的空心玻璃微球、气相二氧化硅和复合材料粉碎物。3.根据权利要求1或2所述的修补料，其特征在于，所述羟基封端硅橡胶预聚物的黏度为2000～4000CSt。4.根据权利要求1至3中任一项所述的修补料，其特征在于：所述修补料包含第一组合物和第二组合物，所述第一组合物包含硅橡胶预聚物和第一无机填料，所述第二组合物包含交联剂、催化剂和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁胜，张凡，郭慧，吴宪，刘斌，赵英民，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11