一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件及其制备方法，试验件包括依次设置的第一缠绕碳纤维复合材料层、绝热橡胶片层和第二缠绕碳纤维复合材料层；各层之间采用胶黏剂粘结。该试验件能模拟发动机壳体结构。该试验件采用湿法缠绕制得，保证固化完成后，缠绕板平整、无翘曲，能够准确地控制产品质量，产品气密性好，且生产效率高。率高。率高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件及其制备方法


[0001]本专利技术属于实验固体力学测试和复合材料力学性能测试
，尤其涉及一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件及其制备方法。

技术介绍

[0002]复合材料的试验固体力学、性能测试等方面已经得到了重要的研究应用。其中橡胶复合材料是指以帘线(聚酯、尼龙、人造丝、碳纤维等)为增强相、橡胶为基体的复合材料。它除具有一般复合材料的特点外，还具有粘弹性、大变形、高模量比等特性，是柔性复合材料的典型代表。随着橡胶复合材料粘接试验件的制备方法的发展，传统试验件制备方法的不足也逐渐显现出来：由于粘接试验件质量不良直接影响测试结果，因此，很难真实反映橡胶复合材料粘接试验件的力学性能。此缺点很大程度上影响了橡胶复合材料粘接试验件制备方面的发展及其在工程应用的拓展。
[0003]亟待开发一种新的橡胶复合材料粘接试验件，从而能更准确的表征橡胶复合材料粘接试验件的力学性能，提高力学性能测试试验的成功率。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件及其制备方法，该试验件更能模拟发动机壳体结构，实际反应发动机壳体结构的拉伸剪切性能。
[0005]本专利技术提供了一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件，包括依次设置的第一缠绕碳纤维复合材料层、绝热橡胶片层和第二缠绕碳纤维复合材料层；
[0006]各层之间采用胶黏剂粘结。
[0007]参见图1，其中，1为第一缠绕碳纤维复合材料层，2为绝热橡胶片层和3为第二缠绕碳纤维复合材料层。
[0008]本专利技术提供的试验件为碳纤维复合材料层加橡胶层加碳纤维复合材料层的夹层结构，类似于三明治结构，包括第一缠绕碳纤维复合材料层和第二缠绕碳纤维复合材料层；所述第一缠绕碳纤维复合材料层和第二缠绕碳纤维复合材料层采用的碳纤维独立地选自T700级碳纤维或T800级碳纤维。它们均采用湿法缠绕制得，保证固化完成后，缠绕板平整、无翘曲，能够准确地控制产品质量，产品气密性好，且生产效率高。
[0009]所述绝热橡胶片层为三元乙丙类橡胶(EPDM)片层。
[0010]在本专利技术中，所述第一缠绕碳纤维复合材料层和第二缠绕碳纤维复合材料层的厚度均为1～10mm；所述绝热橡胶片层的厚度为1～10mm；所述胶黏剂的厚度为0.1～0.2mm。具体实施例中，所述第一缠绕碳纤维复合材料层和第二缠绕碳纤维复合材料层的厚度均为1.5～3.0mm。
[0011]本专利技术提供的试验件强度高、硬度高，属于较难切削加工的材料，会加快刀具的磨
损，降低其使用寿命，并且由于其具有各向异性、层间的强度较低，在切削加工的时候容易导致出现缺陷，故机械加工采用高速切削技术，用较高的切削速度对工件进行切削，其具有切削力小，工件热变形小，材料切除率高，工艺系统振动小，减少了毛刺、纤维撕裂、分层、崩边等加工缺陷的产生，保证了试验件的加工质量。
[0012]本专利技术提供了一种上述技术方案所述用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将浸胶的第一碳纤维缠绕至芯模上，得到第一缠绕碳纤维复合材料层；
[0014]将预处理后的绝热橡胶片表面刷胶，粘贴至所述第一缠绕碳纤维材料层；
[0015]再将浸胶的第二碳纤维缠绕至绝热橡胶片表面，固化，裁剪，得到用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件。
[0016]具体的，上述用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件的制备方法，包括以下步骤：
[0017]将浸胶的第一碳纤维缠绕至芯模上，得到第一缠绕碳纤维复合材料层；
[0018]将预处理后的绝热橡胶片表面刷胶，粘贴至所述第一缠绕碳纤维复合材料层；
[0019]再将浸胶的第二碳纤维缠绕至绝热橡胶片表面，固化，裁剪，得到试验件。
[0020]本专利技术中所述固化是将整体三明治结构放进带有加热功能的压力机中进行。
[0021]本专利技术将芯模侧面纤维进行裁剪，得到正反两面两块橡胶复合材料三明治结构的试验件。
[0022]本专利技术根据设计要求进行湿法缠绕，达到设计碳纤维层数后，将两片绝热橡胶片平铺在缠绕层上固定、并涂刷胶黏剂进行粘接。然后继续湿法缠绕，缠绕至设计碳纤维层数后，放入带有加热功能的压力机中进行固化成型，通过金属块控制三明治结构缠绕板总厚度，达到设计尺寸。缠绕过程中采用的芯模及工装工具及缠绕装置示意图，分别参见图2和图3。
[0023]本专利技术将第一碳纤维缠绕至芯模上后，得到第一缠绕碳纤维材料层。
[0024]在本专利技术中，所述固化的过程包括：
[0025]逐渐升压至2MPa，并一直保持2MPa压力，同时升温至75℃，保温55～65min；再以0.8～1.2℃/min的升温速率升温至150～160℃，保温170～190min，冷却至室温，卸压。
[0026]本专利技术中所述浸胶后的第一碳纤维缠绕至芯模具体包括：
[0027]将纱团分纱后通过分张力传感器，纱线经梳理后浸胶，再次测定纱线张力，通过丝嘴后开始缠绕，通过芯模的转动及与纱线角度的配合，得到第一缠绕碳纤维复合材料层。
[0028]本专利技术缠绕前，首先调整好整个纱路，纤维充分展开、无拉缝，带距符合设计要求，纱带含胶量控制稳定；在本专利技术具体实施例中，碳纤维选自T700，则纵向和环向带距均为6.2mm；T800纵向带距为8.8mm，环向带距为8.2mm；浸胶采用的胶为本领域技术人员熟知的环氧胶，具体实施例中，采用TDE
‑
85环氧树脂胶，混合芳香胺类固化剂；所述纱线经梳理后浸胶的胶量为28
±
2wt％。
[0029]缠绕过程中无滑纱、无毛纱、无接纱纱头，纵向缠绕角满足设计要求。所述纵向缠绕角的角度范围为15～30
°
；具体实施例中，若碳纤维选自T700，则纵向缠绕角为23.5
°
，若碳纤维选自T800，则纵向缠绕角为19.5
°
。固化过程中保证固化完成后，缠绕板平整、无翘曲，进行缠绕板质量检验，包括厚度尺寸、重量、外观、有无脱粘、含胶量计算。
[0030]在本专利技术中，若碳纤维选自T700级，所述缠绕包括：
[0031]第一层缠绕方向是88
°
～93
°
，两纱线之间纵向和环向带距均为(6.0～6.5)mm，从芯模一端缠绕到另外一端即完成(88
°
～93
°
)层缠绕，张力为(95～105)N，此为1环；再缠绕
‑
23.0
°
～
‑
24.0
°
和+23.0
°
～+24.0
°
，张力为(95～105)N，此为1纵；再缠绕两层88
°
～93
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件，包括依次设置的第一缠绕碳纤维复合材料层、绝热橡胶片层和第二缠绕碳纤维复合材料层；各层之间采用胶黏剂粘结。2.根据权利要求1所述的用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件，其特征在于，所述绝热橡胶片层为三元乙丙类橡胶片层。3.根据权利要求1所述的用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件，其特征在于，所述第一缠绕碳纤维复合材料层和第二缠绕碳纤维复合材料层的厚度均为1～10mm；所述绝热橡胶片层的厚度为1～10mm；所述胶黏剂的厚度为0.1～0.2mm。4.根据权利要求1所述的用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件，其特征在于，所述第一缠绕碳纤维复合材料层和第二缠绕碳纤维复合材料层采用的碳纤维独立地选自T700级或T800级。5.一种权利要求1～4任一项所述用于发动机复合材料壳体/绝热层界面性能测定的试验件的制备方法，包括以下步骤：将浸胶的第一碳纤维缠绕至芯模上，得到第一缠绕碳纤维复合材料层；将预处理后的绝热橡胶片表面刷胶，粘贴至所述第一缠绕碳纤维材料层；再将浸胶的第二碳纤维缠绕至绝热橡胶片表面，固化，裁剪，得到用于发动机复合材料壳体粘接界面性能测试试验件。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固化的过程包括：逐渐升压至2MPa，并一直保持2MPa压力，同时升温至75℃，保温55～65min；再以0.8～1.2℃/min的升温速率升温至150～160℃，保温170～190min，冷却至室温，卸压。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述浸胶的第一碳纤维缠绕至芯模具体包括：将纱团分纱后通过分张力传感器，纱线经梳理后浸胶，再次测定纱线张力，通过丝嘴后开始缠绕，通过芯模的转动及与纱线角度的配合，得到第一缠绕碳纤维复合材料层。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纱线经梳理后浸胶的胶量为28
±
2wt％。9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，若碳纤维选自T700级，所述缠绕包括：第一层缠绕方向是88
°
～93
°
，两纱线之间纵向和环向带距均为(6.0～6.5)mm，从芯模一端缠绕到另外一端即完成(88
°
～93
°
)层缠绕，张力为(95～105)N，此为1环；再缠绕
‑
23.0
°
～
‑
24.0
°
和+23.0
°
～+24.0
°
，张力为(95～105)N，此为1纵，再缠绕两层88
°
～93
°
，张力为(95～105)N，此为2环、3环；再接着缠绕
‑
23.0
°<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽婷，谷宏治，陈新文，杜泽强，田垚暐，王铁，
申请(专利权)人：西安向阳航天材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：