CN109955504B - 一种三维多孔防热结构随形制备模具及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维多孔防热结构随形制备模具及制备方法，属于防热材料成型技术领域。本发明通过将三维多孔结构预制体铺放在内模板上，在预制体外部铺放导流层，在导流层外部设置柔性外膜层，并使导流层和柔性外膜层在底部沿底板延伸一定宽度，既能够保证导流层和柔性外膜层与预制体外型面贴合完整，又能消除胶液由于扇形传输导致进胶死角，提高胶液浸渍的均匀性；通过抽真空，从底部进胶，由于导流层导流作用，使胶液沿预制体表面由外至内均匀渗透，多余胶液从顶部出胶，解决了由于重力梯度形成的浸渍不均匀问题，同时提高了胶液的利用效率，可以实现各种尺寸跨度、多种曲面构型的整体成形，突破现有成形工艺成形尺寸限制。

Description

一种三维多孔防热结构随形制备模具及制备方法

技术领域

本发明涉及防热材料成型技术领域，特别提供了一种三维多孔防热结构随形制备模具及制备方法。

背景技术

随着国内外对航天深空探测任务的日益重视，月球探测已经被列入航天先进技术的发展方向，在月球探测任务中，返回舱以第二宇宙速度从月球返回地球时，极高的气动摩擦会在返回舱表面形成超过3000℃的极高温度，防热结构是保护返回舱避免烧毁的唯一有效措施，同时，为了保证返回舱防热结构高可靠性和高精度维形能力，防热结构要求整体成形，不能存在拼接以及异相界面问题。

新一代飞船返回舱防热结构为三维多孔结构，采用了三维纤维增强低密度抗烧蚀多孔材料(参见申请号为201510616845.8)，形成综合性能优异，结构连续性完整的防热结构。这种三维纤维增强低密度抗烧蚀多孔材料一般采用了酚醛树脂溶液浸渍纤维结构的成形方法，经过干燥、固化等过程形成最终结构，这种成形方式能够满足尺寸小于1m的平板状的防热结构成形，但是，对于尺寸超过4m、曲率半径超过2m的新一代飞船返回防热结构，这种三维多孔结构自身刚度较弱，会由于较复杂的大尺寸构型下，形成较大的变形，对最终的产品尺寸精度存在影响，而且，在浸渍过程中，较大的曲率半径导致溶液由于重力梯度会在多孔结构中分布不均匀，影响最终的产品成形质量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种三维多孔防热结构随形制备模具及制备方法，解决了由于重力梯度形成的浸渍不均匀问题，同时提高了胶液的利用效率，可以实现各种尺寸跨度、多种曲面构型的整体成形，突破现有成形工艺成形尺寸限制。

本发明的技术解决方案是：

一种三维多孔防热结构随形制备模具，所述三维多孔结构为非平板结构，所述模具包括底板8、内模板2、导流层3及柔性外膜层4，所述内模板2设置在所述底板8中部，且所述内模板2外型面与所述三维多孔结构预制体1的内型面匹配，用于铺放所述三维多孔结构的预制体1，所述内模板2高度大于所述三维多孔结构的预制体高度1，所述导流层3和柔性外膜层4用于依次层叠覆盖在所述三维多孔结构的预制体1的外表面，且所述导流层3和柔性外膜层4覆盖在所述内模板2与所述三维多孔结构的预制体1形成的台阶处的部位，紧贴所述内模板2外表面，所述导流层3和柔性外膜层4沿所述底板8远离所述三维多孔结构的预制体1的方向具有预设宽度，所述柔性外膜层4与底板8密封连接形成封闭式结构，所述柔性外膜层4设有至少一个进胶嘴6和至少一个出胶嘴7，所述进胶嘴6设置在对应所述底板8的位置，所述出胶嘴7设置在对应所述预制体1最高点位置，浸渍时，先封堵所述进胶嘴6，通过所述出胶嘴7抽真空，然后通过所述进胶嘴6进胶，胶液在所述导流层3导流作用下上升从所述出胶嘴7流出，直到完成浸渍。

在一可选实施例中，所述导流层3为盘管9形成的层状结构，所述盘管9与所述预制体1相邻的一面均布多个胶液通孔，所述进胶嘴6与所述盘管9连通，从所述进胶嘴6注入的胶液流入所述盘管9，从所述胶液通孔渗透到所述三维多孔结构的预制体1。

在一可选实施例中，所述盘管9外径为3～7mm，内径为1～3mm。

在一可选实施例中，所述盘管9表面的胶液通孔的数量为1～5个/cm，直径为1～3mm。

在一可选实施例中，沿所述导流层3的预设宽度部位均布有多个所述进胶嘴6，先通过其中一个所述进胶嘴6进胶，当有胶液连续从所述出胶嘴7流出时，封堵当前进胶嘴6，打开另一个所述进胶嘴6进胶，直至所述多个进胶嘴6都完成进胶。

在一可选实施例中，所述盘管9由多根管路并排盘旋形成，所述管路与所述进胶嘴6一一对应。

在一可选实施例中，所述进胶嘴6和/或出胶嘴7包括本体10、紧固件11及连接盘12，所述本体包括主体结构、上端法兰和下端法兰，所述主体结构为空心圆柱结构，所述上端法兰设置在所述主体结构上端开口处，用于与外部进胶装置或抽真空装置连接，所述下端法兰设置在所述主体结构靠近下端的部位，所述主体结构位于所述下端法兰以下的部位设有突出外螺纹，所述连接盘12为中空结构，且中空部位截面为倒T型，所述连接盘12穿设在所述突出外螺纹部位，所述紧固件11与所述主体结构螺纹连接，且抵压在所述连接盘12中空部位的台阶面上，所述主体结构下端端面位于所述连接盘12的空腔内。

在一可选实施例中，所述主体结构空心部位为倒锥台结构。

在一可选实施例中，所述连接盘12底部设有多圈弧形凹槽及至少一处缺口，缺口处厚度大于所述连接盘中空部位台阶面厚度。

一种三维多孔防热结构随形制备方法，包括以下步骤：

1)制备三维多孔结构的预制体；

2)将所述预制体铺放在上述模具的内模板上；

3)在所述预制体外部铺放所述导流层；

4)在所述导流层上铺放所述柔性外膜层，安装进/出胶嘴，然后将柔性外膜层与底板密封连接形成密闭系统；

5)先通过所述出胶嘴抽真空，然后通过所述进胶嘴进定型树脂胶液，所述胶液在所述导流层导流作用下上升，从所述出胶嘴流出，当所述胶液连续从出胶嘴流出时完成浸渍；

6)通过所述出胶嘴抽真空，同时加热固化，得到三维多孔防热结构。

在一可选实施例中，步骤1)所述的制备三维多孔结构的预制体，包括：采用三维针刺工艺或者三维编织工艺制备沿面内以及厚度方向均有纤维分布的预制体。

在一可选实施例中，所述导流层的预设宽度为10～50cm，步骤5)，所述的通过所述进胶嘴进定型树脂胶液，进胶速率3～10L/min。

在一可选实施例中，步骤6)所述通过所述出胶嘴抽真空，直至真空度不小于-0.08MPa。

在一可选实施例中，所述定型树脂胶液为酚醛树脂，步骤6)所述加热固化，首先在50～90℃下预热1～12h，接着在110～150℃凝胶1～8h，最后在175～220℃固化1～4h。

在一可选实施例中，进胶嘴和/或出胶嘴包括本体、紧固件及连接盘，步骤4)所述的安装进/出胶嘴，包括：

在所述柔性外膜层的进/出胶嘴对应位置开设通孔，将所述主体结构的下端从所述柔性膜层外部穿过所述通孔，所述下端法兰挡在所述通孔外；

将所述连接盘和紧固件从所述柔性膜层内部依次穿过所述主体结构的下端，旋紧所述紧固件与所述主体结构，使所述紧固件抵压在所述连接盘(12)中空部位的台阶面上。

在一可选实施例中，步骤6)之后，还包括：

7)冷却，通过所述进胶嘴6浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液；

8)加热凝胶，得到凝胶填充的三维多孔防热结构。

在一可选实施例中，步骤7)中，所述通过所述进胶嘴6浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液，包括在真空度不小于-0.08MPa的条件下通过所述进胶嘴6浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液。

在一可选实施例中，步骤8)所述的加热凝胶，包括：首先在50～90℃下预热1～12h，接着在110～150℃凝胶1～8h，最后175～220℃固化1～4h。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明实施例提供的三维多孔防热结构随形制备模具，通过将三维多孔结构预制体铺放在内模板上，在预制体外部铺放导流层，在导流层外部设置柔性外膜层，并使导流层和柔性外膜层在底部沿底板延伸一定宽度，既能够保证导流层和柔性外膜层与预制体外型面贴合完整，又能消除胶液由于扇形传输导致进胶死角，提高胶液浸渍的均匀性；通过抽真空，从底部进胶，由于导流层导流作用，使胶液沿预制体表面由外至内均匀渗透，多余胶液从顶部出胶，解决了由于重力梯度形成的浸渍不均匀问题，同时提高了胶液的利用效率，可以实现各种尺寸跨度、多种曲面构型的整体成形，突破现有成形工艺成形尺寸限制；同时该模具可进一步应用在产品的后续固化成型；

(2)本发明三维多孔防热结构随形制备方法通过软模包覆，避免了大量的成形工装投产与使用，极大的降低了产品生产成本，同时软模良好的操作友好性，相比刚性结构提高了生产效率。

(3)本发明中采用了含孔盘管作为树脂的浸渍通道，这种结构形式可以依据产品构型进行铺设，能够避免由于产品曲率导致的浸渍不充分，同时，盘管内孔径可选择性强，可以实现不同粘度树脂的快速流通，提高了生产效率，同时盘管表面均布的通孔均匀出胶，在产品表面实现均匀的浸渍，避免了局部缺胶的问题。

(4)本发明三维多孔防热结构随形制备方法具有较广的通用性和扩展性，只要通过增加包覆单元，即可能够满足数量众多、形状各异的复杂结构的一次成形要求，能够实现整舱防热结构的快速高效制备。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种三维多孔防热结构随形制备模具与预制体装配剖视图；

图2为本发明实施例提供的一种导流层结构形式；

图3为本发明实施例提供的胶嘴结构示意图；

图4为本发明一具体实施例提供的三维多孔防热结构随形制备模具与预制体装配剖视图；

图5为本发明一具体实施例提供的盘管与胶嘴示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种三维多孔防热结构随形制备模具，所述三维多孔结构为非平板结构，所述模具包括底板8、内模板2、导流层3及柔性外膜层4，所述内模板2设置在所述底板8中部，且所述内模板2外型面与所述三维多孔结构预制体1的内型面匹配，用于铺放所述三维多孔结构的预制体1，所述内模板2高度大于所述三维多孔结构的预制体高度1，所述导流层3和柔性外膜层4用于依次层叠覆盖在所述三维多孔结构的预制体1的外表面，且所述导流层3和柔性外膜层4覆盖在所述内模板2与所述三维多孔结构的预制体1形成的台阶处的部位，紧贴所述内模板2外表面，所述导流层3和柔性外膜层4沿所述底板8远离所述三维多孔结构的预制体1的方向具有预设宽度，所述柔性外膜层4与底板8密封连接形成封闭式结构，所述柔性外膜层4设有至少一个进胶嘴6和至少一个出胶嘴7，所述进胶嘴6设置在对应所述底板8的位置，所述出胶嘴7设置在对应所述预制体1最高点位置，浸渍时，先封堵所述进胶嘴6，通过所述出胶嘴7抽真空，然后通过所述进胶嘴6进胶，胶液在所述导流层3导流作用下上升从所述出胶嘴7流出，直到完成浸渍。

具体地，本发明实施例中，底板8优选平板状结构，内模板2与底板8之间可以通过固定件、密封胶等固定连接，内模板2与底板8优选金属材质，更优选铝合金；导流层3能对注入的胶液自下而上进行引流，柔性外膜层4为尼龙、聚酰亚胺等柔性气密材质，优选尼龙材质；所述预设宽度优选10～50cm；

所述非平板结构可以为回转体结构、具有弯折部的板状结构、界面为弧形的板状结构以及其他异形结构，本发明不做限定；

所述内模板2外型面与所述三维多孔结构预制体1的内型面匹配，例如，所述三维多孔结构为半球状薄壁结构，则内模板主体部分也为半球状结构且曲率半径与所述三维多孔结构一致；

所述内模板2高度大于所述三维多孔结构的预制体1高度，例如，对于上述半球状薄壁结构三维多孔结构，其对应的内模板2除主体部分之外还设有向所述主体部分以下延伸的筒装延伸部，对于异形板状三维多孔结构，其主体部分为形状一致的异形板状结构，其延伸部可以为沿所述主体部分一端向竖直方向延伸至底板的平板状结构；

本发明实施例提供的三维多孔防热结构随形制备模具，通过将三维多孔结构预制体铺放在内模板上，在预制体外部铺放导流层，在导流层外部设置柔性外膜层，并使导流层和柔性外膜层在底部沿底板延伸一定宽度，既能够保证导流层和柔性外膜层与预制体外型面贴合完整，又能消除胶液由于扇形传输导致进胶死角，提高胶液浸渍的均匀性；通过抽真空，从底部进胶，由于导流层导流作用，使胶液沿预制体表面由外至内均匀渗透，多余胶液从顶部出胶，解决了由于重力梯度形成的浸渍不均匀问题，同时提高了胶液的利用效率，实现大尺寸、非平板类产品的高精度、高质量成型；同时该模具可进一步应用在产品的后续固化成型。

在一可选实施例中，如图2所示，所述导流层3为盘管9形成的层状结构，所述盘管9与所述预制体1相邻的一面均布多个胶液通孔，所述进胶嘴6与所述盘管9连通，从所述进胶嘴6注入的胶液流入所述盘管9，从所述胶液通孔渗透到所述三维多孔结构的预制体1。

所述盘管9优选聚乙烯、尼龙、聚氟塑料等软质材质，更优选尼龙材料；进胶嘴6可以通过所述盘管9一端连接的方式实现与导流层的连通，也可以通过在盘管上开设连接口的方式连通，优选前者；盘管9可以沿预制体一端向相对的另一端依次回旋铺放，当预制体为回转体时，还可以从回转体底部位置开始沿轴向自下而上旋转铺放，盘管9上端管口可以封闭也可以敞开，优选封闭。

这种盘管方式可以实现高效的胶液导流引流作用，能够十分精准的控制树脂胶液在预制体的流向，弥补现有生产过程中树脂自发流动不可控的瓶颈难题，同时在进行胶液的导流过程中，还可以依据预制体的具体结构形式，实现不同部位的灵活排布，能够解决现有生产过程中局部结构紧凑导致的真空架桥问题，实现无死角均匀浸胶。

在一可选实施例中，所述盘管9外径为3～7mm，内径为1～3mm。

盘管9具有较厚的壁厚和较大的内孔，这种结构有利于在真空压力下保持胶液在管内的顺利流动，相比现有浸渍过程中采用树脂逐级渗透的工艺，该盘管导流能够极大的提高树脂在预制体表面的流动速率，提高了浸渍效率，降低了生产周期。

在一可选实施例中，所述盘管9表面的胶液通孔的数量为1～5个/cm，直径为1～3mm。

盘管9表面的胶液通孔是将盘管中胶液引入到预制体中的主要通道，对于粘度小于100厘泊的树脂选择优选1～1.5mm通孔，有利于控制胶液在预制体中的浸渍速率，对于粘度大于1000厘泊的树脂优选2.5～3mm左右通孔，有利于降低树脂在孔中的传递阻力。

在一可选实施例中，沿所述导流层3的预设宽度部位均布有多个所述进胶嘴6，先通过其中一个所述进胶嘴6进胶，当有胶液连续从所述出胶嘴7流出时，封堵当前进胶嘴6，打开另一个所述进胶嘴6进胶，直至所述多个进胶嘴6都完成进胶。

这种分步进胶的方式可以实现不同区域的精准胶液浸渍，主要解决对于大尺寸半球形产品，其尺寸超过4m，高度落差超过1m，现有浸渍过程中由于树脂的自由渗透，无法对浸渍区域进行主动控制，通过这种分布进胶可以实现不同区域可控实施，细化每个浸渍区域的胶液流动情况，达到精准控制的目的。

在一可选实施例中，如图5所示，所述盘管9由多根管路并排盘旋形成，所述管路与所述进胶嘴6一一对应。

本发明实施例中，所述进胶嘴6和出胶嘴7的结构可以一样也可以不一样，如图3和4所示，在一可选实施例中所述进胶嘴6和出胶嘴7结构一样，均包括本体10、紧固件11及连接盘12，所述本体10包括主体结构、上端法兰和下端法兰，所述主体结构为空心圆柱结构，所述上端法兰设置在所述主体结构上端开口处，用于与外部进胶装置或抽真空装置连接，所述下端法兰设置在所述主体结构靠近下端的部位，所述主体结构位于所述下端法兰以下的部位设有突出外螺纹，所述连接盘12为中空结构，且中空部位截面为倒T型，所述连接盘12穿设在所述突出外螺纹部位，所述紧固件11与所述主体结构螺纹连接，且抵压在所述连接盘12中空部位的台阶面上，所述主体结构下端端面位于所述连接盘12的空腔内。

本发明中本体10内腔口径大，增大了真空浸渍时树脂或空气的流量，有利于保持预制体内的真空度，同时促进树脂的流动，避免了树脂结块而导致封堵的现象，也提高了的工装换装清洗的效率，同时，该结构可防止本体10底面完全贴附于导流层表面，保证胶液的抽出。

在一可选实施例中，所述主体结构空心部位为倒锥台结构。这种本体10、紧固件11及连接盘12具有防纤维毛堆积功能，其内孔为圆锥面结构，混杂纤维毛树脂在接头内的流动截面从入口到出口逐渐增大，使得纤维毛无法在接头腔体内堆积。

在一可选实施例中，所述连接盘12底部设有多圈弧形凹槽及至少一处缺口，缺口处厚度大于所述连接盘中空部位台阶面厚度。

连接盘12采用沟槽结构，其底面与材料贴附后，抽出的胶液可以在沟槽内继续流动，避免了因底面与材料表面的贴附造成的胶液流动不畅

本发明还提供了一种三维多孔防热结构随形制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备三维多孔结构的预制体；

具体地，优选采用三维针刺工艺或者三维编织工艺制备沿面内以及厚度方向均有纤维分布的预制体。

步骤2、将所述预制体铺放在上述实施例提供的模具的内模板上；

步骤3、在所述预制体外部铺放所述导流层；

步骤4、在所述导流层上铺放所述柔性外膜层，安装进/出胶嘴，然后将柔性外膜层与底板密封连接形成密闭系统；

步骤5、先通过所述出胶嘴抽真空，然后通过所述进胶嘴进定型树脂胶液，所述胶液在所述导流层导流作用下上升，从所述出胶嘴流出，当所述胶液连续从出胶嘴流出时完成浸渍；

步骤6、通过所述出胶嘴抽真空，同时加热固化，得到三维多孔防热结构。

具体地，所述定型树脂胶液可以为酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、氰酸酯树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂等通过加热固化的高分子材料。所述胶液连续从出胶嘴流出，是指胶液流出速率与胶液进胶速率一致。

具体地，步骤5中所述的通过所述进胶嘴进定型树脂胶液，进胶速率3～10L/min。

具体地，步骤6所述通过所述出胶嘴抽真空，直至真空度不小于-0.08MPa。

具体地，所述定型树脂胶液为酚醛树脂，步骤6所述加热固化，首先在50～90℃下预热1～12h，接着在110～150℃凝胶1～8h，最后在175～220℃固化1～4h。

具体地，进胶嘴和/或出胶嘴包括本体、紧固件及连接盘，步骤4所述的安装进/出胶嘴，包括：

在所述柔性外膜层的进胶嘴对应位置开设通孔，将所述主体结构的下端突出外螺纹端从所述柔性膜层外部穿过所述通孔，所述下端法兰挡在所述通孔外；

将所述连接盘和紧固件从所述柔性膜层内部依次穿过所述主体结构的下端，旋紧所述紧固件与所述主体结构，使所述紧固件抵压在所述连接盘12中空部位的台阶面上。

进一步地，步骤6之后，还包括：

步骤7、冷却，通过所述进胶嘴6浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液，当所述混合溶液连续从出胶嘴流出时完成浸渍；

步骤8、加热凝胶，得到凝胶填充的三维多孔防热结构。

具体地，所述混合溶液中间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠的总质量浓度优选30～50％，且间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠的摩尔比优选1：2.5～3：0.02～0.1的比例；优选在真空度不小于-0.08MPa的条件下通过所述进胶嘴6浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液。

具体地，步骤8所述的加热凝胶，包括：首先在50～90℃下预热1～12h，接着在110～150℃凝胶1～8h，最后175～220℃固化1～4h。

实施例：

如附图4所示，采用三维针刺工艺制备内径为R2200mm、厚度50mm、宽度1000mm、弦长1500mm的截面为弧形的板状三维预制体1，并将其铺放在维形内模板2表面，维形内模板2为铸造铝合金，外径为R2200mm，宽1000mm，高500mm，弧形三维预制体1的最低点距底板8距离为150mm；

在弧形三维预制体1表面铺导流层3，如附图5所示，导流层3由六组盘管组成，在三维预制体的弧形左右各三组盘管，每组盘管从弧形的中心顶点开始，沿着弧形面进行盘旋铺放，每相连两根盘管使用橡皮筋或者胶带进行固定，盘管采用尼龙材质，其内孔直径为3mm，外径7mm，盘管与预制体贴合面的通孔直径为3mm，通孔沿着盘管轴向2个/cm，每组盘管的进胶口位置距维形内模板2根部300mm；

在弧形三维预制体1表面包覆一层柔性外膜层4，该柔性外膜层4为聚酰亚胺材质；

在柔性外膜层4表面的导流层3上六组盘管进胶口位置开出6处开口，开口大小与进胶嘴6的突出外螺纹段直径一致，揭开六组盘管位置的柔性外膜层4，并将进胶嘴6的紧固件11、连接盘12放入到柔性外膜层4内，将盘管穿过紧固件11、连接盘12中间的通孔与进胶嘴6的本体10相连，并用真空胶条将两者密封，接着通过紧固件11将连接盘12与本体10固定，并将进胶嘴6的本体10上端法兰与酚醛树脂溶液配置系统相连，该酚醛树脂粘度为1000厘泊；

在弧形三维预制体1圆弧顶部的柔性外膜层4表面开出1处出胶口，开口大小与出胶嘴7的本体10的突出外螺纹段直径一致，揭开顶部位置的柔性外膜层4，并将出胶嘴7的紧固件11、连接盘12放入到柔性外膜层4内，接着通过紧固件11将连接盘12与本体10固定，并将出胶嘴7的上端法兰与真空回收系统相连；

重新整理好柔性外膜层4，在底板8表面的导流层3四周贴一层密封胶条5，使柔性外膜层4与底板8形成密闭结构；

关闭6处进胶嘴6，从出胶嘴7抽真空，内外压差为-0.1MPa，保持30min；

按附图5视图所示，打开右上第一个进胶嘴6，使得树脂沿着进胶嘴6浸渍到弧形三维预制体1中，进胶速率为4L/min，直至出胶嘴7有树脂溶液连续流出，流出速率为4L/min，关闭该进胶嘴6。

按照附图5视图所示依次完成其余5处进胶嘴6的胶液浸渍，完成后将所有进胶嘴6关闭，保持弧形三维预制体1内部真空压力-0.08MPa；

将含有酚醛树脂的弧形三维预制体1保持真空状态具放入烘箱加热，首先，80℃预热8h，接着进行150℃凝胶4h，最终185℃固化2h。

冷却后，将胶液配置系统中原酚醛树脂换成由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠(摩尔比为1：2.5：0.02)溶于乙醇形成的混合溶液(总质量浓度40％)，并重复步骤7～步骤9。

将含有间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液的弧形三维预制体1保持真空状态放入烘箱加热，首先，70℃预热8h，接着进行120℃凝胶4h，最终160℃固化2h，形成具有纳米结构树脂填充的三维多孔防热材料。

拆除弧形三维预制体1表面的柔性外膜层4和导流层3，形成最终弧形三维多孔防热结构。

通过检测，该三维多孔防热结构的整体密度均匀性为0.5±0.03g/cm³，外形轮廓度为0.8mm，具有良好的内部质量均匀性和外形尺寸维持能力，从产品中取样进行烧蚀试验测试，在1.5MW/m²热流环境下，烧蚀800s，后退量小于5mm，而且，背温小于150℃，具有良好的抗烧蚀隔热性能。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (17)

1.一种三维多孔防热结构随形制备模具，所述三维多孔结构为非平板结构，其特征在于，所述模具包括底板(8)、内模板(2)、导流层(3)及柔性外膜层(4)，所述内模板(2)设置在所述底板(8)中部，且所述内模板(2)外型面与所述三维多孔结构预制体(1)的内型面匹配，用于铺放所述三维多孔结构的预制体(1)，所述内模板(2)高度大于所述三维多孔结构的预制体高度(1)，所述导流层(3)和柔性外膜层(4)用于依次层叠覆盖在所述三维多孔结构的预制体(1)的外表面，且所述导流层(3)和柔性外膜层(4)覆盖在所述内模板(2)与所述三维多孔结构的预制体(1)形成的台阶处的部位，紧贴所述内模板(2)外表面，所述导流层(3)和柔性外膜层(4)沿所述底板(8)远离所述三维多孔结构的预制体(1)的方向具有预设宽度，所述柔性外膜层(4)与底板(8)密封连接形成封闭式结构，所述柔性外膜层(4)设有至少一个进胶嘴(6)和至少一个出胶嘴(7)，所述进胶嘴(6)设置在对应所述底板(8)的位置，所述出胶嘴(7)设置在对应所述预制体(1)最高点位置，浸渍时，先封堵所述进胶嘴(6)，通过所述出胶嘴(7)抽真空，然后通过所述进胶嘴(6)进胶，胶液在所述导流层(3)导流作用下上升从所述出胶嘴(7)流出，直到完成浸渍；

所述导流层(3)为盘管(9)形成的层状结构，所述盘管(9)与所述预制体(1)相邻的一面均布多个胶液通孔，所述进胶嘴(6)与所述盘管(9)连通，从所述进胶嘴(6)注入的胶液流入所述盘管(9)，从所述胶液通孔渗透到所述三维多孔结构的预制体(1)。

2.根据权利要求1所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，所述盘管(9)外径为3～7mm，内径为1～3mm。

3.根据权利要求2所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，所述盘管(9)表面的胶液通孔的数量为1～5个/cm，直径为1～3mm。

4.根据权利要求1所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，沿所述导流层(3)的预设宽度部位均布有多个所述进胶嘴(6)，先通过其中一个所述进胶嘴(6)进胶，当有胶液连续从所述出胶嘴(7)流出时，封堵当前进胶嘴(6)，打开另一个所述进胶嘴(6)进胶，直至所述多个进胶嘴(6)都完成进胶。

5.根据权利要求1所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，所述盘管(9)由多根管路并排盘旋形成，所述管路与所述进胶嘴(6)一一对应。

6.根据权利要求1～5任一项所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，所述进胶嘴(6)和/或出胶嘴(7)包括本体(10)、紧固件(11)及连接盘(12)，所述本体包括主体结构、上端法兰和下端法兰，所述主体结构为空心圆柱结构，所述上端法兰设置在所述主体结构上端开口处，用于与外部进胶装置或抽真空装置连接，所述下端法兰设置在所述主体结构靠近下端的部位，所述主体结构位于所述下端法兰以下的部位设有突出外螺纹，所述连接盘(12)为中空结构，且中空部位截面为倒T型，所述连接盘(12)穿设在所述突出外螺纹部位，所述紧固件(11)与所述主体结构螺纹连接，且抵压在所述连接盘(12)中空部位的台阶面上，所述主体结构下端端面位于所述连接盘(12)的空腔内。

7.根据权利要求6所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，所述主体结构空心部位为倒锥台结构。

8.根据权利要求7所述的三维多孔防热结构随形制备模具，其特征在于，所述连接盘(12)底部设有多圈弧形凹槽及至少一处缺口，缺口处厚度大于所述连接盘中空部位台阶面厚度。

9.一种三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备三维多孔结构的预制体；

2)将所述预制体铺放在权利要求1～8任一项所述模具的内模板上；

3)在所述预制体外部铺放所述导流层；

4)在所述导流层上铺放所述柔性外膜层，安装进/出胶嘴，然后将柔性外膜层与底板密封连接形成密闭系统；

5)先通过所述出胶嘴抽真空，然后通过所述进胶嘴进定型树脂胶液，所述胶液在所述导流层导流作用下上升，从所述出胶嘴流出，当所述胶液连续从出胶嘴流出时完成浸渍；

6)通过所述出胶嘴抽真空，同时加热固化，得到三维多孔防热结构。

10.根据权利要求9所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，步骤1)所述的制备三维多孔结构的预制体，包括：采用三维针刺工艺或者三维编织工艺制备沿面内以及厚度方向均有纤维分布的预制体。

11.根据权利要求9所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，所述导流层的预设宽度为10～50cm，步骤5)，所述的通过所述进胶嘴进定型树脂胶液，进胶速率3～10L/min。

12.根据权利要求9所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，步骤6)所述通过所述出胶嘴抽真空，直至真空度不小于-0.08MPa。

13.根据权利要求9所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，所述定型树脂胶液为酚醛树脂，步骤6)所述加热固化，首先在50～90℃下预热1～12h，接着在110～150℃凝胶1～8h，最后在175～220℃固化1～4h。

14.根据权利要求9所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，进胶嘴和/或出胶嘴包括本体、紧固件及连接盘，所述本体包括主体结构、上端法兰和下端法兰，所述主体结构为空心圆柱结构；步骤4)所述的安装进/出胶嘴，包括：

在所述柔性外膜层的进/出胶嘴对应位置开设通孔，将所述主体结构的下端从所述柔性膜层外部穿过所述通孔，所述下端法兰挡在所述通孔外；

将所述连接盘和紧固件从所述柔性膜层内部依次穿过所述主体结构的下端，旋紧所述紧固件与所述主体结构，使所述紧固件抵压在所述连接盘(12)中空部位的台阶面上。

15.根据权利要求9所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，步骤6)之后，还包括：

7)冷却，通过所述进胶嘴(6)浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液；

8)加热凝胶，得到凝胶填充的三维多孔防热结构。

16.根据权利要求15所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，步骤7)中，所述通过所述进胶嘴(6)浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液，包括在真空度不小于-0.08MPa的条件下通过所述进胶嘴(6)浸渍由间苯二酚、糠醛以及氢氧化钠溶于乙醇形成的混合溶液。

17.根据权利要求15所述的三维多孔防热结构随形制备方法，其特征在于，步骤8)所述的加热凝胶，包括：首先在50～90℃下预热1～12h，接着在110～150℃凝胶1～8h，最后175～220℃固化1～4h。

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