CN109968690A - 一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法：(1)、调整理论要求的低粘度防隔热树脂溶液配比，得到补偿防隔热树脂溶液；(2)、采用补偿防隔热树脂溶液，浸润高落差三维针刺结构，并完成树脂的凝胶、干燥处理；(3)、将完成凝胶、干燥处理后的三维针刺结构，沿竖直方向翻转，保证三维针刺结构最高点与最低点位置对调；(4)、重复步骤(2)，对三维针刺结构内的树脂密度进行补偿，得到树脂密度均匀的三维针刺结构。本发明解决了三维针刺结构体增强相浸润低粘度树脂过程，因整体尺寸构型上的层间高度落差大，树脂粘度低，造成密度不均问题。

Description

一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法

技术领域

本发明属于以低密度三维针刺纤维结构为增强相的低密度防隔热材料成型技术领域，涉及一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，实现结构内部树脂密度补偿。应用于第二宇宙速度的返回式飞船热防护系统的研制。

背景技术

返回式飞船在返回再入过程，需经历高热流冲刷，返回飞行器外表面的热防护系统至关重要。随着深空探测技术的不断发展，返回式飞船对热防护系统轻量化、表面结构稳定性和完整性要求更高。大尺寸、复杂构型的防隔热材料整体成型是热防护系统发展的一个趋势。第二宇宙速度返回载入的返回舱飞船热防护系统多采用烧蚀防护材料，该类材料成型工艺多以三维结构的纤维蜂窝或织物等预制体为增强相，硅橡胶或酚醛、有机硅树脂为基体，辅以功能材料填料，经特殊成型工艺复合而成。以三维针刺织物结构为增强相的热防护材料具备构型可设计性、可实现预制体整体成型，且树脂填充后具备一定的结构刚性，满足大尺寸、复杂构型的防隔热材料整体成型需求。但是三维针刺织物具备面内纤维较为致密、层间纤维疏松特点(见图1)，在大尺寸、复杂构型结构整体成型过程中，浸润低粘度树脂时，存在高度方向落差带来的树脂浸润不均匀问题，造成防热制件密度不均匀，防隔热性能受影响，最终影响返回再入任务的成败。因此，需要一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，解决三维针刺结构体增强相浸润低粘度树脂过程，因整体尺寸构型上的层间高度落差大，树脂粘度低，造成密度不均问题。

本发明的技术解决方案是：一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，该方法包括如下步骤：

(1)、调整理论要求的低粘度防隔热树脂溶液配比，得到补偿防隔热树脂溶液；

(2)、采用补偿防隔热树脂溶液，浸润高落差三维针刺结构，并完成树脂的凝胶、干燥处理；

(3)、将完成凝胶、干燥处理后的三维针刺结构，沿竖直方向翻转，保证三维针刺结构最高点与最低点位置对调；

(4)、重复步骤(2)，对三维针刺结构内的树脂密度进行补偿，得到树脂密度均匀的三维针刺结构。

所述步骤(2)包括如下步骤：

(2.1)、在待浸润的三维针刺结构外表面铺覆导胶隔离材料、包裹与树脂不发生化学反应的真空袋膜，形成真空囊，并在真空囊最高点连接抽气接口，最低点连接进胶接口；

(2.2)、将真空囊抽成真空，保证三维针刺结构内部无空气，并保证真空压力值固定；

(2.3)、通过注胶接口往真空囊内注入补偿防隔热树脂溶液，使得防隔热树脂溶液完全浸润三维针刺结构；

(2.4)、将真空囊连同内部三维针刺结构进行中温干燥处理，提高树脂溶液粘度；

(2.5)、拆除真空袋膜，将三维针刺结构按照预设要求进行树脂的凝胶、干燥处理。

所述导胶隔离材料为具备孔隙，实现树脂溶液在三维针刺结构和真空袋膜之间自由流动的薄膜状柔性材料。

所述薄膜状柔性材料包括透气氟布、无纺布、薄膜塑料网格。

所述补偿防隔热树脂溶液的树脂质量比为：

K×P

其中，P为理论要求的低粘度防隔热树脂溶液树脂质量比范围的中间值；K K的取值范围是60％～70％。

所述高落差三维针刺结构的层间间隙最高点与最低点垂直高度差大于300mm以上。

所述方法适用于理论要求的低粘度防隔热树脂溶液的粘度不大于2Pa·s的情况。

所述抽气接口安装于距离三维针刺结构最高点大于200mm以上位置，孔径在Φ6mm～Φ60mm之间，带开合控制阀门。

所述进胶接口安装于距离三维针刺结构最低点大于200mm的位置，孔径在Φ20mm～Φ60mm之间，带开合控制阀门的接口。

所述中温干燥处理指在真空状态下，将真空囊内部温度加热50℃到100℃，保温6～24h。

所述真空环境的真空度不大于0.02MPa。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用正反两次补偿浸胶方式，解决了高落差、低粘度树脂浸润三维针刺结构过程中，因重力影响，造成低粘度树脂在层间间隙流动带来的密度不均匀问题，提高了防隔热材料整体成型的可能性；

(2)、本发明采用真空负压进一步克服重力影响，提高了高落差、低粘度树脂浸润三维针刺结构密度均匀性；

(3)、本发明所用设备、辅料均为常用设备，无需额外增加研制设备，可实现度高，技术难度低；

(4)、本发明基于高落差、低粘度树脂浸润三维针刺结构密度补偿方法，低粘度浸润后制件密度均匀性控在±0.02g/cm³。

附图说明

图1为本发明实施例三维针刺结构的结构示意图；

图2为本发明实施例三维针刺结构局部实物图。

图3为本发明实施例低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图2所示，高落差三维针刺结构由XY向的纤维网胎层叠，经Z向针刺形成的三维多层结构，层间间隙最高点与最低点垂直高度差大于300mm以上。

如图3所示，本发明提供了一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，该方法包括如下步骤：

(1)、调整理论要求的低粘度防隔热树脂溶液配比，得到补偿防隔热树脂溶液；

所述补偿防隔热树脂溶液的树脂质量比为：

K×P

其中，P为理论要求的低粘度防隔热树脂溶液树脂质量比范围的中间值；K K的取值范围是60％～70％。具体参数根据粘度越大调整百分比越低来进行选择。

由于理论要求的低粘度防隔热树脂溶液浓度高的话，可以通过一次浸润实现均匀密度特性，就不需要进行密度补偿了。因此，本发明主要针对理论要求的低粘度防隔热树脂溶液的粘度不大于2Pa·s的情况。低粘度树脂包括但不限于酚醛、有机硅树脂与溶剂进行稀释，所述溶剂为醇类溶剂或者脂类溶剂。

(2)、采用补偿防隔热树脂溶液，浸润高落差三维针刺结构，并完成树脂的凝胶、干燥处理；

具体为：

(2.1)、在待浸润的三维针刺结构外表面铺覆导胶隔离材料、包裹与树脂不发生化学反应的真空袋膜，形成真空囊，并在真空囊最高点连接抽气接口，最低点连接进胶接口；所述导胶隔离材料为具备孔隙，实现树脂溶液在三维针刺结构和真空袋膜之间自由流动的柔性材料，所述薄膜状柔性材料可以是透气氟布、无纺布、薄膜塑料网格。

所述抽气接口安装于距离三维针刺结构最高点大于200mm以上位置，孔径在Φ6mm～Φ60mm之间，带开合控制阀门。

所述进胶接口安装于距离三维针刺结构最低点大于200mm的位置，孔径在Φ20mm～Φ60mm之间，带开合控制阀门的接口。

(2.2)、将真空囊抽成真空，保证制件内部无空气，并保证真空压力值固定。所述真空环境的真空度不大于0.02MPa。

(2.3)、通过注胶接口往真空囊内注入补偿防隔热树脂溶液，使得防隔热树脂溶液完全浸润三维针刺结构；

(2.4)、将真空囊连同内部三维针刺结构进行中温干燥处理，提高树脂溶液粘度；所述中温干燥处理指在真空状态下，将真空囊内部温度加热50℃到100℃，保温6～24h，提高树脂粘度。

(2.5)、拆除真空袋膜，将三维针刺结构按照预设要求进行树脂的凝胶、干燥处理。

(3)、将完成凝胶、干燥处理后的三维针刺结构，沿竖直方向翻转，保证三维针刺结构最高点与最低点位置对调；

当三维针刺结构密度低于0.4g/cm³且自身不能垂直固定的话，可以设计相应的支撑工装将其固定。所述支撑工装按照预制体构型设计，保证真空囊与三维针刺结构接触的一面具备刚性支撑结构。该面结构型面精度高求高。

(4)、重复步骤(2)，对三维针刺结构内的树脂密度进行补偿，得到树脂密度均匀的三维针刺结构。

本发明采用真空负压克服重力影响和采用正反两次补偿浸胶方式，解决了高落差、低粘度树脂浸润三维针刺结构过程中，因重力影响，造成低粘度树脂在层间间隙流动带来的密度不均匀问题，提高了防隔热材料整体成型的可能性。

实施例1：

在制备预制体密度0.4g/cm³，尺寸500mm×500mm×80mm的三维针刺平板预制体时，采用垂直浸胶方式，最大高度落差500mm进行含胶量10％的酚醛树脂浸胶，使用乙醇稀释。使用毛毡、真空袋膜将制件包裹，距离垂直上侧边高度300mm安装Φ10孔径真空气嘴，距离垂直下侧边300mm安装Φ30孔径进胶接口。然后胶液注入，关闭进胶阀门。整体加热60℃，保温4h后，拆袋，垂直放置进行树脂干燥、凝胶处理。然后再翻转180°再次浸胶，干燥，固化。最终制件成型过程的最高点取样和最低点取样，密度差在0.09g/cm³。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、调整理论要求的低粘度防隔热树脂溶液配比，得到补偿防隔热树脂溶液；

(2)、采用补偿防隔热树脂溶液，浸润高落差三维针刺结构，并完成树脂的凝胶、干燥处理；

(3)、将完成凝胶、干燥处理后的三维针刺结构，沿竖直方向翻转，保证三维针刺结构最高点与最低点位置对调；

(4)、重复步骤(2)，对三维针刺结构内的树脂密度进行补偿，得到树脂密度均匀的三维针刺结构。

2.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述步骤(2)包括如下步骤：

(2.1)、在待浸润的三维针刺结构外表面铺覆导胶隔离材料、包裹与树脂不发生化学反应的真空袋膜，形成真空囊，并在真空囊最高点连接抽气接口，最低点连接进胶接口；

(2.2)、将真空囊抽成真空，保证三维针刺结构内部无空气，并保证真空压力值固定；

(2.3)、通过注胶接口往真空囊内注入补偿防隔热树脂溶液，使得防隔热树脂溶液完全浸润三维针刺结构；

(2.4)、将真空囊连同内部三维针刺结构进行中温干燥处理，提高树脂溶液粘度；

(2.5)、拆除真空袋膜，将三维针刺结构按照预设要求进行树脂的凝胶、干燥处理。

3.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述导胶隔离材料为具备孔隙，实现树脂溶液在三维针刺结构和真空袋膜之间自由流动的薄膜状柔性材料。

4.根据权利要求3所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述薄膜状柔性材料包括透气氟布、无纺布、薄膜塑料网格。

5.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述补偿防隔热树脂溶液的树脂质量比为：

K×P

其中，P为理论要求的低粘度防隔热树脂溶液树脂质量比范围的中间值；KK的取值范围是60％～70％。

6.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述高落差三维针刺结构的层间间隙最高点与最低点垂直高度差大于300mm以上。

7.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于适用于理论要求的低粘度防隔热树脂溶液的粘度不大于2Pa·s的情况。

8.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述抽气接口安装于距离三维针刺结构最高点大于200mm以上位置，孔径在Φ6mm～Φ60mm之间，带开合控制阀门。

9.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述进胶接口安装于距离三维针刺结构最低点大于200mm的位置，孔径在Φ20mm～Φ60mm之间，带开合控制阀门的接口。

10.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述中温干燥处理指在真空状态下，将真空囊内部温度加热50℃到100℃，保温6～24h。

11.根据权利要求1所述的一种低粘度树脂浸润高落差三维针刺结构的方法，其特征在于所述真空环境的真空度不大于0.02MPa。