【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉高分子改性材料领域，具体涉及一种航天器保护罩用复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、航天器的出现使人类的活动范围从地球大气层扩大到广阔无垠的宇宙空间，引起了人类认识自然和改造自然能力的飞跃，对社会经济和社会生活产生了重大影响。航天器在地球大气层以外运行，摆脱了大气层阻碍，可以接收到来自宇宙天体的全部电磁辐射信息，开辟了全波段天文观测；航天器从近地空间飞行到行星际空间飞行，实现了对空间环境的直接探测以及对月球和太阳系大行星的近距离观测和直接取样观测。
2、航天器分为无人航天器和载人航天器。无人航天器分为人造卫星、空间探测器和货运飞船。载人航天器分为载人飞船、空间站和航天飞机、空天飞机。环绕地球运行的航天器从几百千米到数万千米的距离观测地球，迅速而大量地收集有关地球大气、海洋和陆地的各种各样的电磁辐射信息，直接服务于气象观测、军事侦察和资源考察等方面。人造卫星作为空间无线电中继站，实现了全球卫星通信和广播，而作为空间基准点，可以进行全球卫星导航和大地测量；利用空间高真空、强辐射和失重等特殊环境，可以在航天器上进行各种重要的科学实验研究。
3、然而，自从人类在上世纪50年代向太空发射人造卫星以来，太空中各类废弃的人造物体越来越多，导致近地轨道异常拥挤，以至于开始影响到人类后续对太空的和平利用。保守估计，目前在地球近地轨道上漂浮着70万件太空垃圾碎片，总重量约4500万吨，且危害惊人。对数量很少、尺寸在10mm以上的太空碎片，采取持续观测、编目预警和及时躲避等被动规避措施(国际空间站每年都要进行多次变
4、试验表明，直径3.6毫米的铝弹丸在6.22公里/秒的速度下就能击穿50毫米厚的铝蜂窝板，而且太空碎片撞击航天器的平均速度可达10km/秒。所以，毫米级碎片对以卫星为主的航天器来说构成了重大威胁：它能够击穿航天器保护罩，进而造成航天器系统功能失效。目前，迫切需要提供一种材料，能够对于10km/s下直径不大于10mm的碎片冲击能够实现能量吸收，并且不影响其他结构。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述问题，从而提供一种航天器保护罩用复合材料及制备方法。
2、本专利技术的第一个专利技术目的是提供一种航天器保护罩用复合材料，所述复合材料是由纤维和树脂组合物通过注塑成型方法制备而成，其中纤维10-90重量份，树脂组合物10-90重量份；
3、所述的纤维为三维立体编织结构或针刺结构。
4、进一步方案，所述的纤维是由有机纤维和/或无机纤维构成的纤维布或针刺毡；
5、其中，无机纤维选自碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维中的至少一种；
6、有机纤维选自聚酯纤维、尼龙纤维、芳香族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维中的至少一种。
7、优选的，所述的尼龙纤维选自尼龙6纤维、尼龙66纤维中的至少一种；芳香族聚酰胺纤维选自尼龙46纤维、尼龙6t纤维、尼龙9t纤维、凯夫拉纤维中的至少一种；聚酯纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维中的至少一种。
8、进一步方案，所述的纤维布是由碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维，或由碳纤维和凯夫拉纤维混合编织而成。
9、优选的，所述碳纤维与超高分子量聚乙烯纤维的质量比为6-8：2-4；所述碳纤维与凯夫拉纤维的质量比为3-4：6-7。
10、超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高模量、低断裂伸长率、优良的耐冲击性能、耐化学腐蚀性能等优良性能，但是其熔点低，抗蠕变性能差。碳纤维与其他高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。碳纤维复合材料最大的缺点为脆性，断裂延伸率低，在遭受冲击后容易引起损伤，并引起复合材料力学性能较大幅度地降低，尤其是冲击后的剩余压缩强度明显降低。本专利技术中使用超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维、凯夫拉纤维进行混编，再经过特殊工艺制成防护罩。这种工艺可以扬长避短，制备出的防护罩具有耐高低温、高强度、高模量、低断裂伸长率、优良的耐冲击性能等特点。
11、进一步方案，所述的纤维为改性纤维，所述改性纤维由以下方法处理所得：把偶联剂溶于水中，配制浓度为0.5-3％的水溶液；将水溶液加热至35-40℃后，加入纤维浸润0.5-3小时后，升温至41-45℃；继续浸润0.5-3小时后，升温至46-50℃；继续浸润0.5-3小时，取出晾干后，进行真空干燥1-24小时，即得改性纤维。
12、本申请中的偶联剂优选为硅烷偶联剂，更优选为3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，其能够进一步增加纤维表面的官能团，进一步增强热塑性树脂基体与纤维间的界面结合能力，大大的改善纤维与热塑性树脂的浸润性。从而使最终产品的强度与冲击性能均表现优异。
13、进一步方案，所述的复合材料的外表面涂覆有弹性体材料，所述的弹性体材料的质量为0.1-20重量份。弹性体材料能大幅提升复合材料的抗冲击性能。
14、涂覆工艺是已知，包括浸渍、喷涂、旋涂、电镀等工艺，可根据实际情况进行选择。
15、优选的，所述的弹性体材料为聚脲弹性体涂料、line-x涂料、聚氨酯弹性体涂料、tpe弹性体涂料、橡胶涂料中的至少一种。
16、进一步方案，所述树脂组合物为热塑性树脂和/或热固性树脂；或所述树脂组合物为热塑性树脂和/或热固性树脂与其他助剂的组合。
17、优选的，所述热塑性树脂为聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚甲醛、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氨酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺中的至少一种；
18、所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种；
19、所述的助剂包括但不限定于以下组分的至少一种：填料、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂、阻燃剂、相容剂、颜料。
20、更优选的，所述尼龙优选尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12中的至少一种；所述聚酯优选聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种；
21、所述的填料优选无机填料；所述的增韧剂选自抗冲树脂、橡胶、抗冲树脂接枝聚合物或橡胶接枝聚合物中的至少一种；
22、所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类或硫代酯类的一种或一种以上；
23、所述的光稳定剂选自紫外线吸收剂、自由基捕获剂、猝灭剂和光屏蔽剂中的一种或一种以上；
24、所述的润滑剂选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酰胺或亚乙基双硬脂酰胺中的至少一种。
25、更优选的，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠或玻璃粉中的一种或一种以上；
26、所述的增韧剂为乙烯辛烯共聚物、氯化聚乙烯、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述复合材料是由纤维和树脂组合物通过注塑成型方法制备而成的，其中纤维10-90重量份，树脂组合物10-90重量份；
2.根据权利要求1所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的纤维是由有机纤维和/或无机纤维构成的纤维布或针刺毡；
3.根据权利要求2所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的尼龙纤维选自尼龙6纤维、尼龙66纤维中的至少一种；芳香族聚酰胺纤维选自尼龙46纤维、尼龙6T纤维、尼龙9T纤维、凯夫拉纤维中的至少一种；聚酯纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的纤维布由碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维，或由碳纤维和凯夫拉纤维混合编织而成。
5.根据权利要求4所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述碳纤维与超高分子量聚乙烯纤维的质量比为6-8：2-4；所述碳纤维与凯夫拉纤维的质量比为3-4：6-7。
6.根据权利要求1所述
7.根据权利要求1所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的复合材料的外表面涂覆有弹性体材料，所述的弹性体材料的质量为0.1-20重量份。
8.根据权利要求7所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的弹性体材料为聚脲弹性体涂料、line-x涂料、聚氨酯弹性体涂料、TPE弹性体涂料、橡胶涂料中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述树脂组合物为热塑性树脂和/或热固性树脂；或所述树脂组合物为热塑性树脂和/或热固性树脂与其他助剂的组合。
10.根据权利要求9所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述热塑性树脂为聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚甲醛、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氨酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺中的至少一种；
11.如权利要求1-10任一项所述的一种航天器保护罩用复合材料的制备方法，其特征在于：制备工艺如下：
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：在成型后的复合材料表面涂覆0.1-20重量份弹性体材料。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述预热的温度为50-120℃；所述的注塑成型的工艺条件为：注塑温度为80-400℃、注塑压力为20-300Mpa、模具保压压力为0-180Mpa、保压时间0-2000s。
...【技术特征摘要】
1.一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述复合材料是由纤维和树脂组合物通过注塑成型方法制备而成的，其中纤维10-90重量份，树脂组合物10-90重量份；
2.根据权利要求1所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的纤维是由有机纤维和/或无机纤维构成的纤维布或针刺毡；
3.根据权利要求2所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的尼龙纤维选自尼龙6纤维、尼龙66纤维中的至少一种；芳香族聚酰胺纤维选自尼龙46纤维、尼龙6t纤维、尼龙9t纤维、凯夫拉纤维中的至少一种；聚酯纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的纤维布由碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维，或由碳纤维和凯夫拉纤维混合编织而成。
5.根据权利要求4所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述碳纤维与超高分子量聚乙烯纤维的质量比为6-8：2-4；所述碳纤维与凯夫拉纤维的质量比为3-4：6-7。
6.根据权利要求1所述的一种航天器保护罩用复合材料，其特征在于：所述的纤维为改性纤维，所述改性纤维由以下方法处理所得：把偶联剂溶于水中，配制浓度为0.5-3％的水溶液；将水溶液加热至35-40℃后，加入纤维浸润0.5-3小时后，升温至41-45℃；继续浸润0.5-3小时后，升温至46-50℃；继续浸润0.5-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂生，姚晨光，李万里，邹冲，符茂华，李华华，高军，
申请(专利权)人：合肥杰事杰新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。