一种柔性超低密度气凝胶复合材料加工方法技术

本发涉及一种柔性构件的加工方法，包括：根据目标柔性构件坯体制备成型工装；利用成型工装制备柔性构件坯体；制备外型面加工工装和内型面加工工装；利用双面胶带将柔性构件坯体贴合在在外型面加工工装的外贴合面上并加工得到半加工坯体；在冷冻室冷却并脱模，获得半加工坯体；利用双面胶带将半加工坯体贴合在在内型面加工工装的内贴合面上并加工；在冷冻室冷却并脱模，获得加工好的柔性构件。本发明专利技术还涉及由所述方法制得的柔性构件。本发明专利技术可实现大尺寸柔性异型超低密度气凝胶复合材料的加工，获得密度低于28kg/m

【技术实现步骤摘要】
一种柔性超低密度气凝胶复合材料加工方法
本专利技术属于热防护领域，特别是深空探测中使用的热控系统的热防护材料
，具体涉及一种柔性超低密度气凝胶复合材料的加工方法。
技术介绍
气凝胶材料是一种新型低密度纳米多孔材料，是目前隔热性能最好的固体材料。气凝胶由纳米颗粒相互聚积形成，具有三维网络纳米多孔结构。美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室最早实现超低密度二氧化硅气凝胶制备技术突破，所制备的气凝胶材料密度可低至3kg/m3。美国喷气推进实验室使用该实验室技术，实现了在超低密度气凝胶在航天领域的应用；1997年，在火星探路者Sojourner中，使用了密度为15～20kg/m3二氧化硅气凝胶制备了核心部件的温箱，达到了保温隔热和为设备减重的目的；1999年对制备技术进行改进，制备了梯度密度为10～50kg/m3气凝胶网络单元，用于捕捉彗星物质粒子。柔性超低密度气凝胶复合材料可以用于对隔热环境及重量要求极其苛刻的深空探测领域。然而，柔性材料非常难以精准加工，柔性超低密度气凝胶复合材料尤其如此，切割加工后经常出现尺寸不准或者边缘不佳的问题，使得由柔性超低密度气凝胶复合材料制得的构件的边缘合格率或尺寸合格率非常低。CN201710121671.7公开了一种耐高温隔热夹层材料构件的机床加工方法，所述方法包括如下步骤：(1)将构件材料坯体置于加工工装；(2)利用定位特征对构件材料坯体进行定位；(3)将定位好的构件材料坯体固定；(4)对构件材料坯体进行边缘切割加工，得到边缘切割加工构件。但是该方法仅适合于加工柔性芯层夹在硬质或脆性的两个外层之间的材料，无法加工由柔性超低密度气凝胶复合材料制得的待加工构件。CN201710121128.7公开了一种耐高温隔热夹层材料的多构件坯体的数控加工方法，该方法包括如下步骤：(1)将作为构件材料坯体的单个坯体材料置于加工工装,所述加工工装是作为随形模胎的随形加工工装；(2)利用定位特征对构件材料坯体进行定位，使得构件材料坯体贴合固定在所述随形加工工装上；(3)利用所述随形加工工装自身包含的定位基准面，在数控机床上进行定位找正，确定坐标原点，并固定；(4)对构件材料坯体进行边缘切割加工，得到边缘切割加工构件；(5)通过分割加工将所述边缘切割加工构件进一步切割成多个所述夹层材料构件。但是该方法同样仅适合于加工柔性芯层夹在硬质或脆性的两个外层之间的材料，无法加工由柔性超低密度气凝胶复合材料制得的待加工构件，无法加工由柔性超低密度气凝胶复合材料制得的待加工构件。本专利技术人研究的超低密度气凝胶密度极低，具备较高的柔性，在制备坯体时会产生变形，且材料本身在受力状态下无法回弹，如直接净成型，一方面在成型时尺寸收缩型面精度无法满足要求，另一方面材料变形造成装配困难，因此，为满足异型构件的型面精度，需要内外型面留出加工余量进行产品精加工，但柔性复合材料在加工过程中无法加持或吸附固定，加工难度极大。本专利技术人通过深入实验并结合大量理论分析，提出了柔性构件的加工方法，该方法可以用于加工柔性超低密度气凝胶复合材料，实现了异型超低密度气凝胶复合材料的加工，最大完整尺寸可达300mm*300mm；厚度为10mm～30mm，该方法同样可推广到其他柔性材料的加工。
技术实现思路
为了克服现有技术不足，本专利技术在第一方面提供了一种柔性构件的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：(1)成型工装的制备：根据超低密度气凝胶复合材料柔性构件坯体的目标形状和目标尺寸制备具有相应的形状和尺寸的成型工装；(2)柔性构件坯体的制备：利用所述成型工装制备具有坯体外型面和坯体内型面的所述柔性构件坯体；(3)加工工装的制备：制备加工工装，所述加工工装包括具有与所述柔性构件坯体的所述坯体内型面可贴合的外贴合面的外型面加工工装和具有与柔性构件的产品外型面可贴合的内贴合面的内型面加工工装，并且所述外型面加工工装和所述内型面加工工装各自在至少相邻的两个边上设置有定位块；(4)产品外型面的加工：在所述外型面加工工装的外贴合面上粘接第一双面胶带，并利用所述第一双面胶带将所述柔性构件坯体的坯体内型面贴合在所述外型面加工工装的外贴合面上，然后加工出所述柔性材料构件的产品外型面，获得半加工坯体；(5)外型面加工工装脱模：将所述外型面加工工装连同贴合在所述外型面加工工装上的所述半加工坯体一起放入冷冻室并冷却至第一室温，然后将所述第一双面胶带揭下从而从所述外型面加工工装取下所述半加工坯体；(6)产品内型面的加工：通过第二双面胶带将加工出的产品外型面贴合在所述内型面加工工装的内贴合面上，加工出所述柔性材料构件的产品内型面，获得加工好的柔性构件；(7)内型面加工工装脱模：将所述内型面加工工装连同贴合在所述内型面加工工装上的所述加工好的柔性构件一起放入冷冻室并冷却至第二室温，然后将所述第二双面胶带揭下从而从所述内型面加工工装取下加工好的柔性构件。本专利技术在第二方面提供了由本专利技术第一方面所述的方法制得的柔性构件。本专利技术在第三方面提供了本专利技术第二方面所述的柔性构件在制备用于热控系统的热防护材料中的应用；更优选的是，所述热控系统为深空探测中使用的热控系统；进一步优选的是，所述柔性构件为平板构件或异型构件。本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：(1)本专利技术可实现大尺寸柔性异型超低密度气凝胶复合材料的加工，复合材料密度低于28kg/m3，最大完整尺寸为300mm*300mm，厚度为10mm～30mm；型面和轮廓精度为±0.2mm。(2)本专利技术可用于制备多种型号规格的大尺寸柔性超低密度复合材料构件，具备较高的强度和柔韧性，对于重量及热环境要求严格的深空探测领域的热控系统热防护具有重大的应用前景。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在第一方面提供了一种柔性构件的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：(1)成型工装的制备：根据超低密度气凝胶复合材料柔性构件坯体的目标形状和目标尺寸制备具有相应的形状和尺寸的成型工装；(2)柔性构件坯体的制备：利用所述成型工装制备具有坯体外型面和坯体内型面的所述柔性构件坯体；(3)加工工装的制备：制备加工工装，所述加工工装包括具有与所述柔性构件坯体的所述坯体内型面可贴合的外贴合面的外型面加工工装和具有与柔性构件的产品外型面可贴合的内贴合面的内型面加工工装，并且所述外型面加工工装和所述内型面加工工装各自在至少相邻的两个边上设置有定位块；(4)产品外型面的加工：在所述外型面加工工装的外贴合面上粘接第一双面胶带，并利用所述第一双面胶带将所述柔性构件坯体的坯体内型面贴合在所述外型面加工工装的外贴合面上，然后加工出所述柔性材料构件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性构件的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：/n(1)成型工装的制备：根据超低密度气凝胶复合材料柔性构件坯体的目标形状和目标尺寸制备具有相应的形状和尺寸的成型工装；/n(2)柔性构件坯体的制备：利用所述成型工装制备具有坯体外型面和坯体内型面的所述柔性构件坯体；/n(3)加工工装的制备：制备加工工装，所述加工工装包括具有与所述柔性构件坯体的所述坯体内型面可贴合的外贴合面的外型面加工工装和具有与柔性构件的产品外型面可贴合的内贴合面的内型面加工工装，并且所述外型面加工工装和所述内型面加工工装各自在至少相邻的两个边上设置有定位块；/n(4)产品外型面的加工：在所述外型面加工工装的外贴合面上粘接第一双面胶带，并利用所述第一双面胶带将所述柔性构件坯体的坯体内型面贴合在所述外型面加工工装的外贴合面上，然后加工出所述柔性材料构件的产品外型面，获得半加工坯体；/n(5)外型面加工工装脱模：将所述外型面加工工装连同贴合在所述外型面加工工装上的所述半加工坯体一起放入冷冻室并冷却至第一室温，然后将所述第一双面胶带揭下从而从所述外型面加工工装取下所述半加工坯体；/n(6)产品内型面的加工：通过第二双面胶带将加工出的产品外型面贴合在所述内型面加工工装的内贴合面上，加工出所述柔性材料构件的产品内型面，获得加工好的柔性构件；/n(7)内型面加工工装脱模：将所述内型面加工工装连同贴合在所述内型面加工工装上的所述加工好的柔性构件一起放入冷冻室并冷却至第二室温，然后将所述第二双面胶带揭下从而从所述内型面加工工装取下加工好的柔性构件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种柔性构件的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：
(1)成型工装的制备：根据超低密度气凝胶复合材料柔性构件坯体的目标形状和目标尺寸制备具有相应的形状和尺寸的成型工装；
(2)柔性构件坯体的制备：利用所述成型工装制备具有坯体外型面和坯体内型面的所述柔性构件坯体；
(3)加工工装的制备：制备加工工装，所述加工工装包括具有与所述柔性构件坯体的所述坯体内型面可贴合的外贴合面的外型面加工工装和具有与柔性构件的产品外型面可贴合的内贴合面的内型面加工工装，并且所述外型面加工工装和所述内型面加工工装各自在至少相邻的两个边上设置有定位块；
(4)产品外型面的加工：在所述外型面加工工装的外贴合面上粘接第一双面胶带，并利用所述第一双面胶带将所述柔性构件坯体的坯体内型面贴合在所述外型面加工工装的外贴合面上，然后加工出所述柔性材料构件的产品外型面，获得半加工坯体；
(5)外型面加工工装脱模：将所述外型面加工工装连同贴合在所述外型面加工工装上的所述半加工坯体一起放入冷冻室并冷却至第一室温，然后将所述第一双面胶带揭下从而从所述外型面加工工装取下所述半加工坯体；
(6)产品内型面的加工：通过第二双面胶带将加工出的产品外型面贴合在所述内型面加工工装的内贴合面上，加工出所述柔性材料构件的产品内型面，获得加工好的柔性构件；
(7)内型面加工工装脱模：将所述内型面加工工装连同贴合在所述内型面加工工装上的所述加工好的柔性构件一起放入冷冻室并冷却至第二室温，然后将所述第二双面胶带揭下从而从所述内型面加工工装取下加工好的柔性构件。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一双面胶带和所述第二双面胶带独立地为具有如下性质：宽度为10mm-15mm；剥离力为10N/25mm～20N/25mm；厚度为0.08mm-0.1mm；
优选的是，所述第一双面胶带在所述外型面加工工装的外贴合面上的粘接间距为8mm-10mm；和/或所述第二双面胶带在所述内型面加工工装的内贴合面上的粘接间距为8mm-10mm；
所述柔性构件坯体与所述外型面加工工装和/或内型面加工工装贴合后的缝隙独立地小于0.05mm。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述柔性构件坯体的坯体外型面和坯体内型面的厚度偏置量独立地为3～5mm；
所述柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娟，李健，李文静，黄红岩，苏力军，赵英民，张昊，
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