CN106584701B - 缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，包括以下步骤：以纤维布和缝纫线为原材料，采用机械缝纫方法制备缝纫体；用耐高温树脂浸润缝纫体制成预制体，预制体经高温固化后制成毛坯，将毛坯进行加工即得所述舵机护板。本发明方法以变厚度缝纫体制备为该成型方法的要点，通过对变厚度、多曲面舵机护板进行分解，采用机械缝纫方法制备变厚度整体缝纫体；再以耐高温树脂浸渍缝纫体，采用常用复合材料成型方式制备导弹用复合材料舵机护板。该方法制备的护板可满足不同使用工况，解决层合复合材料舵机护板使用时表面鼓包、分层、剥落等问题，较2.5D织物舵机护板加工成本可降低50％。

Description

缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法

技术领域

本发明属于树脂基复合材料制品成型技术领域，涉及一种缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，具体为一种弹体防热用缝纫体增强树脂基复合材料舵机护板成型方法。

背景技术

树脂基复合材料以其高比强度、高比模量、抗腐蚀、低导热等优点广泛应用于航空航天、船舶汽车、体育器材、建筑材料等领域。随着导弹运行速度的大幅度提高，弹体热控难度逐渐增加，对材料隔热性能的要求也逐步提高。舵机护板作为战术导弹舵机舱热防护部件，其主要功能为隔绝导弹飞行过程空气摩擦产生的热量，确保舵机舱内部温度满足电子元器件工作环境要求。传统舵机护板为钛合金材料，其密度约4.5g/cm³，导热系数约15.24(W/m·K)，而树脂基复合材料密度≤2.0g/cm³,且大多数树脂基复合材料导热系数≤1.0(W/m·K)，较钛合金具有质轻，隔热功能好，可设计性强等特点。因此，以树脂基复合材料制备舵机护板较钛合金护板具有轻质、低导热、可设计、无需辅助防热等优点。受弹体装配尺寸及气动特点限制，舵机护板沿宽度方向以及头部沿长度方向均为变厚度，结构较为复杂，铺层难度较大，舵机护板工作时气动环境恶劣，温度梯度较大。层合板复合材料结构层间性能弱，在极高温度下易出现表面鼓包、分层、破裂甚至布层被逐层剥离等问题，为解决此问题，本专利采用一种低成本缝纫体结构作为增强体，以耐高温树脂作为基体，制备一种缝纫体增强复合材料舵机护板。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法。通过采用机械缝合方法制备变厚度整体织物，以耐高温树脂体系进行浸渍，采用模压、树脂传递模塑(RTM)、真空辅助树脂传递模塑(VARTM)等复合材料成型方法制备导弹用复合材料舵机护板，解决层合复合材料舵机护板在高温状态下鼓包、分层问题，并降低产品的成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，包括以下步骤：

以纤维布和缝纫线为原材料，采用机械缝纫方法制备缝纫体；

用耐高温树脂浸润缝纫体制成预制体，预制体经高温固化后制成毛坯，将毛坯进行加工即得所述舵机护板。

优选地，所述纤维布为碳纤维布、石英纤维布、芳纶纤维布，织物结构为平纹、斜纹、缎纹中的一种；所述缝纫线为玻璃纤维缝纫线，石英纤维缝纫线，芳纶纤维缝纫线中的一种；缝纫体制备工艺过程包括裁布、铺叠、预缝合、冷预压、机械缝纫等。

优选地，所述缝纫体的制备包括裁布、铺叠、预缝合、预压、机械缝合的步骤；

所述缝纫体裁布宽度不低于5mm；所述铺叠按照宽度由大至小顺序进行，铺叠完成后以缝纫线进行预缝合，预缝合针脚间距为50～80mm，预缝合覆盖每一布块；所述预缝合后进行一次冷预压，预压压力400～500N，预压时间30～60min，预压在舵机护板成型模中进行；所述预压后采用工业缝纫机进行缝纫，针脚间距5～15mm。

优选地，所述缝纫体裁布的尺寸和数量根据舵机护板厚度尺寸t和纤维布浸胶固化后的单层厚度δ₂计算确定。

优选地，所述裁布前，以纵线和横线对舵机护板进行分割，纵线间距5mm，横线间距5mm，形成5mm×5mm方格，按照n＝t/δ₂计算各方格所需纤维布层数量n，并对相同层数的方格进行合并确定裁布尺寸及数量，以最小n值除以3后的整数部分作为纤维布整体层的数量，余数部分作为纤维布增厚层的数量。

优选地，所述耐高温树脂的初始分解温度高于400℃，分解峰温度高于500℃；所述耐高温树脂为酚醛树脂(PF)、双马来酰亚胺树脂(BMI)、聚酰亚胺树脂(PI)、含硅芳炔树脂(PSA)中的一种。

优选地，所述耐高温树脂为纯树脂或由可挥发性溶剂稀释后的树脂胶液；所述可挥发性溶剂为无水乙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃中一种，所述树脂胶液中树脂质量含量为45％～55％。

优选地，所述耐高温树脂的粘度≤800mPa·s。

优选地，所述用耐高温树脂浸润缝纫体制成预制体的方法为浸胶、刷胶和真空导入浸渍中的一种；所述制得的预制体中纯树脂的质量含量为37％～43％。

优选地，所述预制体高温固化采用模压成型、树脂传递模塑成型、真空袋压成型、真空辅助树脂传递模塑成型中的一种。

优选地，所述纤维布按一定顺序进行叠放时，采用织物定型剂对纤维布进行预固定。

本发明中，缝纫体制备为方法要点，将变厚度、多曲面舵机护板分割为有限个5mm×5mm单元，按照n＝t/δ₂计算每块分割区域所需浸胶布层数，其中t为舵机护板厚度，δ₂为浸胶布固化后单层厚度，对计算值进行归纳统计，确定裁布尺寸及数量，并将所裁布块按照一定顺序铺叠，采用机械缝纫方法制得缝纫体。以耐高温树脂溶液浸渍缝纫体，按树脂固化要求完成舵机护板毛坯成型。以此方法制备的舵机护板可解决层合结构高温下表面鼓包、分层、剥落等问题，其制造成本低于多维织物增强复合材料，其加工成本约降低50％。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、较层合复合材料结构，缝纫体增强复合材料可大幅度提高制品层间性能，有效解决高温、高速热气流冲刷条件下表面鼓包、剥落等问题。

2、较多维织物(2.5D，3D)复合材料，缝纫体增强复合材料采用二维纤维织物，可降低材料加工成本，加工成本约降低50％。此外，对于变厚度多曲面舵机护板产品，多维织物对纱线损耗大，原材料浪费严重，产品成型时外形裁剪难度较高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1石英纤维缝合体/硼酚醛复合材料舵机护板

本实施例提供了一种缝纫体增强复合材料舵机护板的成型方法，制备流程如图1所示，具体包括以下步骤：

1)本实施例产品选用B型石英纤维布、硼酚醛树脂、高强玻璃纤维缝纫线为主要原材料，选用无水乙醇为溶剂。其中，B型石英纤维布面密度(200±20)g/m²，SiO₂含量≥99.9％，经向、纬向拉伸断裂力≥350N；硼酚醛树脂属于酚醛树脂类，其初始分解温度428℃，分解峰温度625℃；缝纫线为高强玻璃纤维缝纫线，线密度(100±7.5)tex，断裂强力≥70N。

2)按照纵横间距5mm对舵机护板进行分割，按照n＝t/δ₂计算各处布层数，其中δ₂＝0.2mm，最小n值处护板厚度t＝3.6mm，最小n值为18，计算得B型石英纤维布的整体层数量为6层，增厚层0层，以相同方法计算各区域所需布层数，并归纳统计得出裁布尺寸及数量。

3)按计算的裁布尺寸及数量裁布，将裁好的布按照整体层，过渡层顺序进行铺叠，宽度方向过渡层以整体层宽度中心线对称铺叠，并按照宽度由大至小进行，头部过渡层按照产品确定位置，按照长度由大至小进行铺叠，铺叠过程中可以喷少量织物定型剂进行固定，铺叠完成后以高强玻璃纤维缝纫线按照针脚间距50mm进行预缝合固定，之后按照针脚间距10mm进行缝纫，制得缝纫体。

4)将固态的硼酚醛树脂碾至直径≤2mm颗粒，以无水乙醇进行溶解，过程需搅拌，必要时可适当加热，加热温度≤50℃，控制树脂含量(50±2)％，此时胶液密度(1.05±0.05)/cm³。

5)将缝纫体按照120℃/1h进行预烘，并随炉冷却至室温后浸润装有硼酚醛树脂胶液的胶槽中，浸渍12h后悬挂敞晾24h，敞晾环境要求湿度≤70％，温度(25±2)℃，敞晾完毕后按照70℃/30min+90℃/60min进行B阶处理，制得预制体。所述B阶处理指的是：酚醛树脂创始人，美国科学家巴克兰将碱性催化剂制得的热固性酚醛树脂，根据缩聚程度不同的反应过程，划分为巴克兰A、B、C阶段，以这三个阶段的树脂特点，分别称作可溶性酚醛树脂，半溶性酚醛树脂和不溶性酚醛树脂，酚醛树脂由A阶段转化为B阶段的过程为B阶处理。

6)将预制体装入模压成型模，分别按照硼酚醛树脂固化制度及后处理制度进行固化和后处理，后处理后脱模并按照制品尺寸进行加工。

将本实施例制备的石英纤维缝纫体/硼酚醛舵机护板产品按照产品最恶劣使用工况并加严进行考核，分别进行了石英灯加热试验和电弧风洞试验，结果显示，舵机护板防热满足设计要求，试验后的舵机护板表面状态良好，无鼓包、分层、开裂等问题发生，满足产品使用要求。

实施例2石英纤维缝纫体/聚酰亚胺复合材料舵机护板

本实施例提供了一种缝纫体增强复合材料舵机护板的成型方法，包括以下步骤：

1)本实施例采用B型石英纤维布，石英纤维缝纫线，聚酰亚胺树脂胶液为原材料，B性石英纤维缝纫线规格与实施例1相同，石英纤维缝纫线线密度(100±5)tex，SiO₂含量≥99.9％，聚酰亚胺初始分解温度≥500℃，分解峰温度≥550℃，所用聚酰亚胺为树脂胶液，溶剂为无水乙醇，树脂含量(50±5)％。

2)与实施例1的步骤2)至步骤4)的处理相同。

3)按照实施例1的方法进行浸胶，敞晾后按照80℃/1h进行预烘。

4)采用高温压机进行制品成型，最高成型温度390℃，毛坯成型后按照产品尺寸要求进行加工。

本实施例制备的产品按照实施例1相同试验条件进行石英灯加热试验和电弧风洞试验，试验后制品表面状态良好，无明显烧蚀现象，表面无鼓包、分层、开裂等问题发生。

综上所述，本发明较层合复合材料结构，缝纫体增强复合材料可大幅度提高制品层间性能，有效解决高温、高速热气流冲刷条件下表面鼓包、剥落等问题；较多维织物(2.5D，3D)复合材料，缝纫体增强复合材料采用二维纤维织物，可降低材料加工成本，加工成本约降低50％。此外，对于变厚度多曲面舵机护板产品，多维织物对纱线损耗大，原材料浪费严重，产品成型时外形裁剪难度较高。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

以纤维布和缝纫线为原材料，采用机械缝纫方法制备缝纫体；

用耐高温树脂浸润缝纫体制成预制体，预制体经高温固化后制成毛坯，将毛坯进行加工即得所述舵机护板；

所述缝纫体制备工艺过程包括裁布、铺叠、预缝合、冷预压、机械缝纫；

所述缝纫体裁布宽度不低于5mm；所述铺叠按照宽度由大至小顺序进行，铺叠完成后以缝纫线进行预缝合，预缝合针脚间距为50～80mm，预缝合覆盖每一布块；所述预缝合后进行一次冷预压，预压压力400～500N，预压时间30～60min，预压在舵机护板成型模中进行；所述预压后采用工业缝纫机进行缝纫，针脚间距5～15mm；

所述缝纫体裁布的尺寸和数量根据舵机护板厚度尺寸t和纤维布浸胶固化后的单层厚度δ₂计算确定；

所述裁布前，以纵线和横线对舵机护板进行分割，纵线间距5mm，横线间距5mm，形成5mm×5mm方格，按照n＝t/δ₂计算各方格所需纤维布层数量n，并对相同层数的方格进行合并确定裁布尺寸及数量，以最小n值除以3后的整数部分作为纤维布整体层的数量，余数部分作为纤维布增厚层的数量；

所述纤维布为石英纤维布，织物结构为平纹、斜纹、缎纹中的一种；所述缝纫线为玻璃纤维缝纫线或石英纤维缝纫线；所述石英纤维布面密度(200±20)g/m²，SiO₂含量≥99.9％。

2.如权利要求1所述的缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，其特征在于，所述耐高温树脂的初始分解温度高于400℃，分解峰温度高于500℃；所述耐高温树脂为酚醛树脂(PF)、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、含硅芳炔树脂中的一种。

3.如权利要求2所述的缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，其特征在于，所述耐高温树脂为纯树脂或由可挥发性溶剂稀释后的树脂胶液；所述可挥发性溶剂为无水乙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃中一种，所述树脂胶液中树脂的质量含量为45％～55％。

4.如权利要求2所述的缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，其特征在于，所述耐高温树脂的粘度≤800mPa·s。

5.如权利要求1所述的缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，其特征在于，所述用耐高温树脂浸润缝纫体制成预制体的方法为浸胶、刷胶和真空导入浸渍中的一种；所述制得的预制体中纯树脂的质量含量为37％～43％。

6.如权利要求1所述的缝纫体增强复合材料舵机护板成型方法，其特征在于，所述预制体高温固化采用模压成型、树脂传递模塑成型、真空袋压成型、真空辅助树脂传递模塑成型中的一种。