复合材料防热承力筒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料防热承力筒，其是以树脂体系为基体、以叠加后的多层二维纤维布作为增强体，其筒壁包括承力层和防热层，承力层和防热层是经由一体化成型制得，并采用相同的基体材料，且承力层和防热层之间无明显的过渡分界面或连接面。本发明专利技术防热承力筒的制备方法是采用RTM工艺进行整体成型，具体包括以下步骤：先制作模具，然后制备一体化的纤维预成型体；再将纤维预成型体置于模具之间合模，并预热至80℃～100℃；再通过抽真空系统和注胶系统将树脂体系注射到模具型腔中；最后按照相应的固化制度进行固化成型，得到复合材料防热承力筒。本发明专利技术具有承载强度高、结构刚度大、整体化程度高、可靠性好、综合性能优异等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料结构及其制备，尤其涉及一种能满足承载和防热等多重要求的复合材料构件及其制备方法。
技术介绍
承力筒是用于航天器中传感器系统、轨姿控推进系统、制导电子设备等的安装载体。因此，承力筒需承受航天器发射、机动、变轨等阶段的复杂力学环境引起的大过载；承受表面气动加热等引起的高温，保护内部系统；还必须具有一定的稳定性，确保内部光学传感器的正常工作。 现有航天器中的承力筒一般都是用金属材料制备内筒体，然后采用复合材料制备防热套，将防热套和内筒体采用机械连接或胶接等方式组装在一起。这其中突出的问题是装配精度难以控制，造成局部挤压或间隙，会引起防热层结构局部破坏，降低防热效果。另外组装结构的层间结合强度较低，并且由于连接，不仅增加了消极重量，而且降低了整体结构的可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种承载强度高、结构刚度大，承力/防热一体化、整体化程度高、可靠性好、综合性能优异的复合材料防热承力筒，还相应提供一种制备容易、操作简单、制备成本低的复合材料防热承力筒的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种复合材料防热承力筒，所述防热承力筒是以树脂体系为基体、以叠加后的多层二维纤维布作为增强体，所述防热承力筒的筒壁包括位于内层的承力层和设于外层的防热层，所述承力层和防热层是经由一体化成型制得，所述承力层和防热层采用相同的基体材料，且承力层和防热层之间无明显的过渡分界面或连接面。上述的复合材料防热承力筒中，所述承力层和防热层优选采用不同的增强体材料。所述承力层中的增强体材料优选为穿刺缝合后的多层二维碳纤维布，所述二维碳纤维布包括无纺布、单向布、平纹布、斜纹布、缎纹布中的至少一种。所述防热层中的增强体材料优选为穿刺缝合后的多层二维石英纤维布，所述二维石英纤维布包括无纺布、单向布、平纹布、斜纹布、缎纹布中的至少一种。所述承力层中的增强体材料和防热层中的增强体材料再经穿刺缝合后形成筒体增强体材料。上述的复合材料防热承力筒中，所述穿刺缝合选用的穿刺缝合线为碳纤维纱、芳纶纤维纱、石英纤维纱中的一种，穿刺缝合密度优选为3mmX 3mm 20mmX 20mm。所述穿刺缝合的缝合线迹优选为链式线迹或锁式线迹。上述的复合材料防热承力筒中，所述防热承力筒的筒体内壁上优选布设有多条沿筒体母线方向(但并不限于该方向，例如垂直母线方向亦可)的局部加强筋。所述局部加强筋优选是以树脂体系为基体、以叠加后的多层二维纤维布作为增强体，所述局部加强筋与所述筒体是经由一体化成型制得，所述局部加强筋和筒体优选采用相同的基体材料，且局部加强筋和筒体之间无明显的过渡分界面或连接面。作为更进一步的改进，所述局部加强筋中的增强体材料优选为穿刺缝合后的多层二维碳纤维布，所述二维碳纤维布包括无纺布、单向布、平纹布、斜纹布、缎纹布中的至少一种；所述局部加强筋中的增强体材料与所述筒体的增强体材料经穿刺缝合后成为一整体。上述的复合材料防热承力筒中，用作所述基体的树脂体系优选为氰酸酯树脂体系。该氰酸酯树脂体系中一般还包含有主催化剂和副催化剂。上述的复合材料防热承力筒中，所述承力层和防热层中增强体材料的体积含量均优选为40% 70%，与此相对应，所述树脂基体的体积含量则相应为60% 30%。 上述的复合材料防热承力筒中，所述承力层与防热层的厚度比优选为(I 5) 1，更优选为(2 4) I。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的复合材料防热承力筒的制备方法，所述制备方法采用RTM工艺进行整体成型，包括以下步骤 (1)制作模具根据所述防热承力筒的形状结构设计并制作用于成型的阴模和阳模，其中，所述阳模辅之有有机硅树脂(硅橡胶)制备的柔性软模； (2)制备预成型体根据所述防热承力筒的形状结构分别裁剪承力层用增强体材料、防热层用增强体材料和局部加强筋用增强体材料，并用穿刺缝合线按照给定的缝合密度和缝合线迹将所述承力层用增强体材料、防热层用增强体材料和局部加强筋用增强体材料进行穿刺缝合，得到一体化的纤维预成型体； (3)合模将步骤(2)中的纤维预成型体置于步骤(I)中的阴模和阳模之间，然后合模，检查模具系统气密性，并预热至80°C 100°C ； (4)注射调配树脂体系，预热至80°C 10(TC后通过抽真空系统和注胶系统将其注射到步骤(3)后形成的模具型腔中；抽真空时的模具真空度优选控制在-0. 05MPa -0. IMPa ；注射压力优选控制在0. OlMPa 0. IMPa ； (5)固化将步骤(4)后的模具系统放入烘箱中，按照相应的固化制度进行固化成型； (6)后处理固化完成后，脱模，修整，经后固化得到复合材料防热承力筒。上述的制备方法中，所述步骤(2)中，承力层用增强体材料和防热层用增强材料的体积含量均优选为40% 70%。上述的制备方法中，所述步骤(4)中的树脂体系优选包括用作基体树脂的氰酸酯树脂、主催化剂和副催化剂。所述主催化剂优选为有机金属化合物(例如环烷酸铜、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮钴、锌酸锌等)中的一种，主催化剂的用量优选为所述氰酸酯树脂质量的0.1% I. 0%。所述副催化剂优选为壬基酚，副催化剂的用量优选为所述氰酸酯树脂质量的1% 10%。上述的制备方法中，所述步骤(5)中的固化制度优选按以下流程a f进行 a)在80°C 100°C下保温2h 4h; b)在100°C 120°C下保温Ih 3h; c)在120°C 140°C下保温Ih 3h; d)在140°C 160°C下保温Ih 3h; e)在170°C 190°C下保温Ih 3h;f)在190°C 210°C下保温Ih 3h。上述的制备方法中，所述步骤(6)中的后固化是指在210°C 230°C下保温2h 4h0本专利技术的上述制备方法是先用纤维纱将承力层和局部加强筋中的碳纤维布与防热层中的石英纤维布穿刺缝合得到混杂纤维一体化预成型体，再采用柔性模辅助RTM工艺整体成型得到带内加强筋、开口及外法兰边的混杂纤维复合材料的防热承力筒。本专利技术的制备方法是对传统RTM工艺的柔性模辅助性改进，适用于混杂纤维的整体成型，其充分发挥了复合材料构件设计与制备的一体化成型优势， 提高了复合材料制品的整体性和承载强度。与现有技术相比，本专利技术的优点在于本专利技术提出的防热承力筒及其柔性模辅助RTM整体制备方法，同时满足了此类构件在防热性和承力性上的双重要求，还有效解决了防热承力筒上开口对其承载强度和刚度的影响问题，以及复杂结构难于一体化成型制备等问题。本专利技术的制备方法具有制备容易、操作简单、制备成本低的优势，制备得到的复合材料防热承力筒制品则具有承载强度高、结构刚度大，承力/防热一体化、整体化程度高、可靠性好等优点。此外，本专利技术的复合材料具有质量轻、高比模、高比强、减震和隔热(低的导热系数)等全面优于传统金属材料的物理性能，将本专利技术的复合材料防热承力筒用于飞行器等航天装备后，可实现航天装备的轻质化，提高其机动性；提高燃料携带量并降低其能源消耗；有效减小航天飞行器在复杂受力状态下的结构变形，对提高传感器工作平台的稳定性和可靠性具有重大意义。本专利技术可依据不同的应用场合要求对模具及预成型体进行适应性的设计或调整，产品可设计性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料防热承力筒，所述防热承力筒是以树脂体系为基体、以叠加后的多层二维纤维布作为增强体，所述防热承力筒的筒壁包括位于内层的承力层和设于外层的防热层，其特征在于：所述承力层和防热层是经由一体化成型制得，所述承力层和防热层采用相同的基体材料，且承力层和防热层之间无明显的过渡分界面或连接面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾竟成，江大志，尹昌平，邢素丽，蒋彩，陈岩，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：