CN106142586A - 一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板及其制作方法，涉及高速飞行器的活动舵与机身之间起耐热防护领域；耐热护板前段为半锥形突起，后段为平板状；复合材料耐热护板由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成，2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：54～150；2.5D编织物为2.5D石英纤维编织物、2.5D碳纤维编织物、2.5D玻璃纤维编织物中的一种或其混合编织物；该邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术制备的产品耐温等级高、尺寸稳定性好、高温变形小、承载性好、减重效果显著，解决了传统金属方案质量太重的问题，解决了酚醛树脂基复合材料方案耐温等级不足，高温下尺寸变形较大的问题，适用于高尺寸精度耐高温复合材料构件的制备。

Description

一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种高速飞行器的活动舵与机身之间起耐热防护领域，特别是一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板及其制作方法。
背景技术
高速飞行器的活动舵与机身之间起耐热防护作用的耐热护板，其前段为半锥形突起，后段为平板状。由于其受到强烈的气动加热作用，耐热护板的工作温度最高在450℃以上。
由于耐热护板与舵之间的间隙很小，因此对耐热护板的尺寸精度要求很高，还必须耐温等级高、高温承载性、高温变形小。传统的耐热护板采用钛合金外喷防热涂层的方案，但其涂层容易脱落，可靠性差，质量过重。随着飞行器性能要求的进一步提升，其减重要求愈加迫切，传统的金属方案已经严重阻碍其减重要求。此外，若采用酚醛树脂基复合材料制备耐热护板，则其耐温等级不足，高温气流冲刷下将出现损坏或较大热变形；采用2D铺层复合材料，则会在高温下出现鼓泡分层现象；以上均会导致耐热护板和舵之间出现干涉，严重影响舵的运动，进而导致飞行器飞行失败。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板及制作方法，该邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术制备的产品耐温等级高、尺寸稳定性好、高温变形小、承载性好、减重效果显著，解决了传统金属方案质量太重的问题，解决了酚醛树脂基复合材料方案耐温等级不足，高温下尺寸变形较大的问题。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，耐热护板包括前段和后段两个部分连接形成；其中耐热护板前段为半锥形突起，后段为平板状，所述耐热防护板由编织物与树脂组成。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，所述的耐热护板由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：54～150。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，所述2.5D编织物为2.5D石英纤维编织物、2.5D碳纤维编织物、2.5D玻璃纤维编织物中的一种或几种的混合编织物。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，包括如下步骤：
步骤(一)、采用2.5D编织方式，按照半锥形突起部位形状和尺寸，逐层控制每层编织的尺寸，每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的以此类推直至编织出半锥形突起部位预制体；
步骤(二)、采用2.5D编制方式，按照平板形底板产品形状和尺寸，逐层控制每层编织的面积和尺寸，实现每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的以此类推直至编织出平板部位预制体；
步骤(三)、将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物；
步骤(四)、2.5D整体编织物表层采用碳纤维细纹织物铺层，每层铺层时间间隔0.8-1.2s，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差；
步骤(五)、将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，并进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注；
步骤(六)、邻苯二甲腈复合材料固化，制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，所述步骤(三)中，缝合密度范围为0.5～8针/cm2。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，所述步骤(五)中，RTM灌注温度为140～200℃；RTM灌注压力为15-25MPa。
在上述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，所述步骤(六)中，固化温度为300～400℃；固化时间为3～5h。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用耐温邻苯二甲腈复合材料制备耐热护板，其玻璃化转变温度≥450℃，5％热失重温度≥500℃，400℃弯曲强度保持率≥60％；解决了酚醛树脂基复合材料耐温等级低，高温承载性能不足、高温尺寸稳定性不足的问题；
(2)本发明采用2.5D编织体方案，解决了传统技术中采用2D铺层复合材料高温下易鼓包分层的问题；
(3)本发明采用舵突起部位和底板预制体分别制备再缝合组合的技术，解决整体编织难题，降低成本，补充缝合密度为0.5～8针/cm2，通过缝合密度范围优化，既提高复合材料层间性能，又避免明显缝合损伤导致严重的面内损伤
(4)本发明邻苯二甲腈复合材料方案比传统金属方案减重≥30％。
(5)本发明将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，在140～200℃下用15～25MPa的压力进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注；解决了传统耐高温树脂灌注温度大于260℃、成功率特别低的问题；
(6)本发明在对半锥形突起部位、平板部位进行编织时，采用每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的不仅提高了每层之间的连接强度，且有效的减小了耐热护板的重量。
附图说明
图1为本发明复合材料耐热护板示意图；
图2为本发明复合材料耐热护板制作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为复合材料耐热护板示意图，由图可知，本发明的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板；包括前段和后段两个部分；其中其前段为半锥形突起，后段为平板状；其由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。
所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：54～150；
所述2.5D编织物为2.5D石英纤维编织物、2.5D碳纤维编织物、2.5D玻璃纤维编织物中的一种或其混合编织物。
本发明提供的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术，其成型步骤如下：
步骤(一)、采用2.5D编织方式，按照半锥形突起部位形状和尺寸，逐层控制每层编织的尺寸，每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的以此类推直至编织出半锥形突起部位预制体；
步骤(二)、采用2.5D编制方式，按照平板形底板产品形状和尺寸，逐层控制每层编织的面积和尺寸，实现每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的以此类推直至编织出平板部位预制体；
步骤(三)、将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物；缝合密度范围为0.5～8针/cm2。
步骤(四)、2.5D整体编织物表层采用碳纤维细纹织物铺层，每层铺层时间间隔0.8-1.2s，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差；
步骤(五)、将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，并进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注；RTM灌注温度为140～200℃；RTM灌注压力为15-25MPa。
步骤(六)、邻苯二甲腈复合材料固化，制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板，固化温度为300～400℃；固化时间为3～5h。
实施例1
一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板；其前段为半锥形突起，后段为平板状。其由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：54所述2.5D编织物为2.5D石英纤维编织物。该邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术步骤为：(1)采用2.5D编织方式，仿形编织出半锥形突起部位预制体。(2)采用2.5D编制方式，仿形编织出平板形底板预制体。本实施例中半锥形突起部位预制体和平板形底板预制体均为42层，相邻层纤维跨层连接部分占每层面积的(3)将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物，其缝合密度为0.5针/cm2。(4)2.5D整体编织物表层采用细纹织物铺层，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差。(5)将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，在150℃下用15MPa的压力进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注。(6)在300℃下固化5h，即制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板。该邻苯二甲腈复合材料方案比传统金属方案减重40％，其玻璃化转变温度530℃，5％热失重温度552℃，400℃弯曲强度保持率81％。
实施例2
一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板。其前段为半锥形突起，后段为平板状。其由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：100；所述2.5D编织物为2.5D碳纤维编织物。该邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术步骤为：(1)采用2.5D编织方式，仿形编织出半锥形突起部位预制体；(2)采用2.5D编制方式，仿形编织出平板形底板预制体；本实施例中半锥形突起部位预制体和平板形底板预制体均为39层，相邻层纤维跨层连接部分占每层面积的(3)将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物，其缝合密度为6针/cm2；(4)2.5D整体编织物表层采用细纹织物铺层，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差；(5)将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，在200℃下用20MPa的压力进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注；(6)在400℃下固化3h，即制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板。该邻苯二甲腈复合材料方案比传统金属方案减重42％，其玻璃化转变温度480℃，5％热失重温度530℃，400℃弯曲强度保持率70％。
实施例3
一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板。其前段为半锥形突起，后段为平板状。其由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：110；所述2.5D编织物为2.5D石英纤维和玻璃纤维混合编织物。该邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术步骤为：(1)采用2.5D编织方式，仿形编织出半锥形突起部位预制体。(2)采用2.5D编制方式，仿形编织出平板形底板预制体，本实施例中半锥形突起部位预制体和平板形底板预制体均为43层，相邻层纤维跨层连接部分占每层面积的(3)将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物，其缝合密度为2针/cm2。(4)2.5D整体编织物表层采用细纹织物铺层，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差。(5)将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，在180℃下用25MPa的压力进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注。(6)在300℃下固化5h，即制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板。该邻苯二甲腈复合材料方案比传统金属方案减重41％，其玻璃化转变温度502℃，5％热失重温度530℃，400℃弯曲强度保持率78％。
实施例4
一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板。其前段为半锥形突起，后段为平板状。其由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：150；所述2.5D编织物为2.5D玻璃纤维编织物。该邻苯二甲腈复合材料耐热护板成型技术步骤为：(1)采用2.5D编织方式，仿形编织出半锥形突起部位预制体。(2)采用2.5D编制方式，仿形编织出平板形底板预制体，本实施例中半锥形突起部位预制体和平板形底板预制体均为45层，相邻层纤维跨层连接部分占每层面积的(3)将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物，其缝合密度为1针/cm2。(4)2.5D整体编织物表层采用细纹织物铺层，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差。(5)将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，在160℃下用20MPa的压力进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注。(6)在350℃下固化4h，即制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板。该邻苯二甲腈复合材料方案比传统金属方案减重38％，其玻璃化转变温度460℃，5％热失重温度520℃，400℃弯曲强度保持率70％。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，其特征在于：耐热护板包括前段和后段两个部分连接形成；其中耐热护板前段为半锥形突起，后段为平板状，所述耐热防护板由编织物与树脂组成。
2.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，其特征在于：所述的耐热护板由2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂组成。
3.根据权利要求2所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，其特征在于：所述2.5D编织物和邻苯二甲腈树脂的体积比为100：54～150。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板，其特征在于：所述2.5D编织物为2.5D石英纤维编织物、2.5D碳纤维编织物、2.5D玻璃纤维编织物中的一种或几种的混合编织物。
5.根据权利要求1所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(一)、采用2.5D编织方式，按照半锥形突起部位形状和尺寸，逐层控制每层编织的尺寸，每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的以此类推直至编织出半锥形突起部位预制体；
步骤(二)、采用2.5D编制方式，按照平板形底板产品形状和尺寸，逐层控制每层编织的面积和尺寸，实现每相邻两层之间纤维跨层连接，且纤维跨层连接的面积为每层纤维层面积的以此类推直至编织出平板部位预制体；
步骤(三)、将半锥形突起部位预制体缝合于平板形底板预制体前端，制成2.5D整体编织物；
步骤(四)、2.5D整体编织物表层采用碳纤维细纹织物铺层，每层铺层时间间隔0.8-1.2s，防止高温下溶剂挥发严重导致产品表面质量差；
步骤(五)、将2.5D整体编织物铺于RTM模具中，并进行邻苯二甲腈树脂RTM灌注；
步骤(六)、邻苯二甲腈复合材料固化，制得邻苯二甲腈复合材料耐热护板。
6.根据权利要求5所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，其特征在于：所述步骤(三)中，缝合密度范围为0.5～8针/cm2。
7.根据权利要求5所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，其特征在于：所述步骤(五)中，RTM灌注温度为140～200℃；RTM灌注压力为15-25MPa。
8.根据权利要求5所述的一种邻苯二甲腈复合材料耐热护板的制作方法，其特征在于：所述步骤(六)中，固化温度为300～400℃；固化时间为3～5h。
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