【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体发动机绝热耐烧蚀材料，具体涉及一种基于连续纤维3d打印的喷涂耐冲刷绝热材料及其制备方法。
技术介绍
1、固体火箭发动机燃烧室内工作温度达到2500℃~3000℃，为保障发动机的正常与持续工作，有必要对发动机壳体进行热防护，防止高温、高温燃气破坏壳体强度，避免发动机发生爆炸等危险。固体发动机实际工作过程中由于自身运行姿态的变化导致发动机壳体内燃气集中向局部区域冲刷，对该区域的绝热层耐冲刷和烧蚀性能提出了更高要求，发动机设计人员通常在特定区域采用抗冲刷性能更优异的耐烧蚀材料。
2、现有耐冲刷绝热材料通常在原有橡胶基绝热材料配方基础上进一步增加纤维填料和耐烧蚀树脂用量等方法提高材料的耐冲刷性能，如cn110724349a公开了一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料配方，该配方主要采用芳纶纤维、二氧化硅等填料提升耐烧蚀和冲刷性能。cn104877303a公开了一种适用于富氧环境的抗冲刷耐烧蚀材料，该材料配方以改性酚醛树脂为基体材料，添加短切碳纤维、碳化硅粉末、芳纶纤维以及耐高温填料。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于连续纤维3d打印的喷涂耐冲刷绝热材料及其制备方法，从绝热材料中纤维层的结构设计，确保树脂与纤维高界面结合力，提升材料的耐冲刷性能。
2、为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于连续纤维3d打印的喷涂耐冲刷绝热层的制备方法，该绝热层采用连续纤维为骨架原料，通过预浸渍胶液处理后，利用3d打印连续纤维形成骨架，然后喷涂
3、进一步地，所述连续纤维为碳纤维和/或芳纶纤维。
4、进一步地，所述预浸渍胶液包括按重量份计的以下原料：异氰酸酯预聚物50%~60%，固相填料10%-20%，耐烧蚀树脂10%-20%，增塑剂10%-20%。
5、进一步地，所述异氰酸酯预聚物中异氰酸酯基团含量为10%~20%；固相填料为气相法二氧化硅和沉淀法二氧化硅中的一种或两种；耐烧蚀树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和糠醛树脂中的一种或多种；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
6、进一步地，所述喷涂绝热材料包括按重量份计的以下原料：喷涂树脂55%~70%，耐烧蚀树脂10%~20%，阻燃剂7%~15%，纤维填料5%-10%。
7、进一步地，所述喷涂树脂为聚氨酯树脂和聚氨酯脲树脂的一种或两种；耐烧蚀树脂为硼酚醛树脂和钡酚醛树脂的一种或两种；阻燃剂为三聚氰胺磷酸酯、焦磷酸哌嗪和多聚磷酸铵的一种或多种；纤维填料为短切碳纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维的一种或多种，纤维长度1~3mm，优选2mm。
8、进一步地，3d打印单次厚度为0.5mm ~1.2mm，可选0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0 mm、1.2mm等；喷涂绝热材料单次喷涂成型厚度为1~3mm，可选1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm等。
9、进一步地，3d打印时喷嘴移动速度为5-10mm/min，包括但不限于5mm/min、5.6mm/min、6mm/min、7mm/min、8mm/min或10mm/min等；喷涂处理时，喷涂压力为1500psi~2500psi；包括但不限于1600 psi、1800psi、1900psi、2000psi、2100psi、2300psi和2500 psi。绝热材料的浆料温度为50℃~70℃，包括但不限于50~60℃、65℃或70℃；喷枪口径为0.5mm~0.9mm，可选0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm。
10、进一步地，固化成型时温度为40℃~60℃，可选40~45℃、45~50℃、55℃或55~60℃，固化时间为2h~5h，可以为2h、2.5h、2.8h、3h、4.5h、5h等。
11、本专利技术还涉及所述制备方法得到的基于连续纤维3d打印的喷涂耐冲刷绝热层。其用于固体发动机的耐烧蚀绝热层。
12、本专利技术具有以下有益效果：
13、本专利技术采用3d打印技术进行连续纤维的成型，绝热材料通过喷涂操作处理，纤维骨架之间的疏密可控，且纤维及喷涂材料的厚度均可根据需要进行调整， 适用于不同尺寸、发动机结构的绝热层设计，可以实现按需设计与精确制造。
14、本专利技术在连续纤维打印之前，采用预浸渍胶液进行处理，实现连续纤维的单丝浸渍，进一步提高连续纤维与绝热材料树脂高界面结合力，从而实现喷涂耐冲刷绝热材料抗冲刷、耐烧蚀和力学性能的提升。
15、该绝热层以连续纤维为骨架，在固体发动机极高温（2000-3000℃）工况下，形成连续“炭化骨架”，可以将绝热层高温形成的其他炭层“铆定”与“固定”，形成高温的“固炭”作用，抵抗发动机高温燃气的冲击和破坏，高温燃气流无法进一步地烧蚀绝热层，实现对发动机壳体的热保护，若绝热层加入为短切纤维或浆粕类填料，其高温下形成的炭化骨架相比连续纤维更为“松散”，难以满足发动机耐冲刷性能需求。
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1.一种基于连续纤维3D打印的喷涂耐冲刷绝热层的制备方法，其特征在于：该绝热层采用连续纤维为骨架原料，通过预浸渍胶液处理后，利用3D打印连续纤维形成骨架，然后喷涂绝热材料，再反复进行3D打印和绝热材料喷涂处理至目标厚度，最后进行固化成型，即得绝热层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述连续纤维为碳纤维和或芳纶纤维。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预浸渍胶液包括按重量份计的以下原料：异氰酸酯预聚物50%~60%，固相填料10%-20%，耐烧蚀树脂10%-20%，增塑剂10%-20%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述异氰酸酯预聚物中异氰酸酯基团含量为10%~20%；固相填料为气相法二氧化硅和沉淀法二氧化硅中的一种或两种；耐烧蚀树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和糠醛树脂中的一种或多种；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述喷涂绝热材料包括按重量份计的以下原料：喷涂树脂55%~70%，耐烧蚀树脂10%~20%，阻燃剂7%~15%，纤维填料5%-10%
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述喷涂树脂为聚氨酯树脂和聚氨酯脲树脂的一种或两种；耐烧蚀树脂为硼酚醛树脂和钡酚醛树脂的一种或两种；阻燃剂为三聚氰胺磷酸酯、焦磷酸哌嗪和多聚磷酸铵的一种或多种；纤维填料为短切碳纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维的一种或多种，纤维长度1~3mm。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的制备方法，其特征在于：3D打印单次厚度为0.5mm~1.0mm，喷涂绝热材料单次喷涂成型厚度为1~3mm。
8.根据权利要求1~6任意一项所述的制备方法，其特征在于：3D打印时喷嘴移动速度为5-10mm/min；喷涂处理时，喷涂压力为1500psi~2500psi；绝热材料的浆料温度为50℃~70℃；喷枪口径为0.5mm~0.9mm。
9.根据权利要求1~6任意一项所述的制备方法，其特征在于：固化成型时温度为40℃~60℃，固化时间为2h~5h。
10.根据权利要求1~9任意一项所述制备方法得到的基于连续纤维3D打印的喷涂耐冲刷绝热层。
...【技术特征摘要】
1.一种基于连续纤维3d打印的喷涂耐冲刷绝热层的制备方法，其特征在于：该绝热层采用连续纤维为骨架原料，通过预浸渍胶液处理后，利用3d打印连续纤维形成骨架，然后喷涂绝热材料，再反复进行3d打印和绝热材料喷涂处理至目标厚度，最后进行固化成型，即得绝热层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述连续纤维为碳纤维和或芳纶纤维。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预浸渍胶液包括按重量份计的以下原料：异氰酸酯预聚物50%~60%，固相填料10%-20%，耐烧蚀树脂10%-20%，增塑剂10%-20%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述异氰酸酯预聚物中异氰酸酯基团含量为10%~20%；固相填料为气相法二氧化硅和沉淀法二氧化硅中的一种或两种；耐烧蚀树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和糠醛树脂中的一种或多种；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述喷涂绝热材料包括按重量份计的以下原料：喷涂树脂55%~70%，耐烧蚀树脂10%~20%，阻燃剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，孙立，范敏，房东东，喻尧，余景景，刘美珍，司学龙，向贵锋，张洁，
申请(专利权)人：湖北三江航天江河化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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