CN112743871A - 高强度耐烧蚀整流罩端头帽及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度耐烧蚀整流罩端头帽及其制备方法，属于整流罩端头帽技术领域。解决了现有技术中整流罩端头帽的强度和耐烧蚀性无法满足使用需求，以及高硅氧玻璃纤维布/氨酚醛树脂复合材料成型过程中挥发分高、成型难度大、成型产品孔隙率大的技术问题。本发明的整流罩端头帽的制备方法，先使用预浸料在成型模具中铺放整流罩端头帽，每次铺放厚度达到1.5±0.2mm进行一次热压实，得到待压制件；再使用成型模具将待压制件定型，并放置在热压机上，加热加压进行固化，得到整流罩端头帽。该整流罩端头帽具有高强度、耐烧蚀、低密度、高导热系数、低比热容、低线膨胀系数的优点，能够实现整流罩端头帽在高强度高温烧蚀环境下的应用。

Description

高强度耐烧蚀整流罩端头帽及其制备方法
技术领域
本发明属于整流罩端头帽技术领域，具体涉及一种高强度耐烧蚀整流罩端头帽及其制备方法。
背景技术
纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料(GFRP)，碳纤维增强复合材料(CFRP)以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。纤维增强复合材料具有如下特点：(1)比强度高，比模量大；(2)材料性能具有可设计性：(3)抗腐蚀性和耐久性能好；(4)热膨胀系数与混凝土相近。因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
整流罩用于保护卫星及其它有效载荷，以防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响，是运载火箭的重要组成部分。卫星整流罩一般为蚌壳式(两半)结构，由端头、前锥段、圆筒段、倒锥段和纵向及横向分离机构等组成。由于使用条件苛刻，整流罩端头帽需要具备强度高、耐烧蚀等优势以满足使用需求，但现有技术中的整流罩端头帽无法满足上述要求。
高硅氧玻璃纤维布/氨酚醛树脂复合材料具备强度高、耐烧蚀优异性能，但是其在成型过程中挥发分高、成型难度大、成型产品孔隙率大，难以用于整流罩端头帽的制备。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中整流罩端头帽的强度和耐烧蚀性无法满足使用需求，以及高硅氧玻璃纤维布/氨酚醛树脂复合材料成型过程中挥发分高、成型难度大、成型产品孔隙率大的技术问题，提供一种高强度耐烧蚀整流罩端头帽及其制备方法。
为实现上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、使用预浸料在成型模具中铺放整流罩端头帽，每次铺放厚度达到1.5±0.2mm进行一次热压实，预浸料全部铺放完成后，进行一次热压实，得到待压制件；
所述预浸料以高硅氧玻璃纤维布作为增强体，以氨酚醛树脂作为基体；
步骤二、使用成型模具将待压制件定型，并放置在热压机上，加热加压进行固化，得到高强度耐烧蚀整流罩端头帽。
优选的是，所述步骤一中，单层预浸料的厚度为0.26±0.03mm。
优选的是，所述步骤一中，相应位置的预浸料的铺放总厚度为1.1乘以相应位置的待制备整流罩端头帽厚度。
优选的是，所述步骤一中，高硅氧玻璃纤维布的单位面积质量为240±20g/cm3，经向拉伸断裂强力：≥290N/25mm，纬向拉伸断裂强力：≥190N/25mm；
氨酚醛树脂的固体含量≥55％，粘度为100±30mpa.S(25℃)，凝胶时间为120±10min。
优选的是，所述步骤一中，预浸料通过溶剂法制备。
优选的是，所述步骤一中，热压实排出挥发分的过程为：先依次使用耐温200℃以上的有孔隔离膜、面密度在150g/mm2以下的透气毡、耐温200℃以上的真空袋薄膜将待处理件从内至外包覆起来，然后抽真空至真空度≥0.9，最后在高于挥发分沸点的温度下恒温15min；更优选的是，所述有孔隔离膜的孔间距为30mm，厚度为15μm，尤其优选的是LRF230BP3-15；更优选的是，所述透气毡为WF150；更优选的是，所述真空袋薄膜厚度为50μm，尤其优选的是LVF200G278V-183。
优选的是，所述步骤二中，加压的静压力大于挥发分蒸汽压力。
优选的是，所述步骤二中，加热温度为170～175℃。
优选的是，所述步骤二中，成型模具为对模模具，更优选的是，对模模具的材料为钢材。
本发明还提供上述高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的制备方法制备的高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的制备方法，每铺放1.5±0.2mm便加热至高于挥发分沸点的温度进行排出挥发分，解决了高硅氧玻璃纤维布/氨酚醛树脂复合材料成型中挥发分高、成型难度大的问题，避免了因挥发分逸出造成孔隙率偏高的问题，得到的整流罩端头帽具有高强度、耐烧蚀、低密度、高导热系数、低比热容、低线膨胀系数的优点，经试验检测，室温拉伸强度为103.33MPa，室温弯曲强度为185.97MPa，260℃拉伸强度为79.03MPa，260℃弯曲强度为108.91MPa，线烧蚀率为0.110mm/s，密度1.731g/cm3，导热系数0.4W/(m·K)，比热容1.27KJ/(Kg·K)，线膨胀系数1310-6/K，能够实现整流罩端头帽在高强度高温烧蚀环境下的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1的高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的成型模具的仰视图。
图2为图1的A-A向剖面图。
图3为本发明实施例1的高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的仰视图。
图4为图3的A-A向剖面图；
图中，1、阳模，2、阴模。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、使用预浸料在成型模具中铺放整流罩端头帽，铺放厚度每达到1.5±0.2mm进行一次热压实，若最后一次铺放厚度未达到1.5±0.2mm，也进行一次热压实，得到待压制件，若最后一次铺放厚度刚好达到1.5±0.2mm，完成上述铺放厚度每达到1.5±0.2mm进行一次热压实后，直接得到待压制件；
步骤二、使用成型模具将待压制件定型，并放置在热压机上，加热加压进行固化，得到高强度耐烧蚀整流罩端头帽。
上述技术方案，步骤一中，使用预浸料在成型模具中铺放整流罩端头帽的具体方式，根据整流罩端头帽厚度情况的不同而不同；
若端头帽厚度固定，那么根据端头帽厚度要求整体铺放对应层数的预浸料即可；
若端头帽厚度存在突变，那么分厚度进行铺放，相应的厚度处铺放相应层数的预浸料，如端头帽存在15mm和11mm的突变厚度，则可以先在4mm差距厚度处铺放对应的层数的预浸料，之后再整体铺放11mm的厚度对应层数的预浸料，则实现了15mm厚度和11mm厚度处分别铺放了对应的层数的预浸料；
如端头帽存在渐变厚度，则根据实际渐变厚度渐变铺放，一般采用等渐变铺放，如渐变段厚度从0.26mm变为2.6mm，渐变长度为10mm，则以单层预浸料的厚度为0.26mm计，则可总共铺放10层预浸料，每铺放一层预浸料铺放长度减少1mm。
以上是为了说明铺放的具体操作给出的示例，实际过程中，某位置预浸料的铺放总厚度优选为1.1乘以相应位置的待制备整流罩端头帽厚度。
上述技术方案，步骤一中，单层预浸料的厚度优选为0.26±0.03mm。
上述技术方案，步骤一中，预浸料以高硅氧玻璃纤维布作为增强体，以氨酚醛树脂作为基体，优选通过溶剂法制备。其中，优选高硅氧玻璃纤维布的单位面积质量为240±20g/cm3，经向拉伸断裂强力：≥290N/25mm，纬向拉伸断裂强力：≥190N/25mm；氨酚醛树脂的固体含量≥55％，粘度为100±30mpa.S,25℃，凝胶时间为120±10min。溶剂法为现有技术，通过一条处理流水线进行作业，基本过程为：高硅氧玻璃纤维布先从卷轴上被拉入装有氨酚醛树脂溶液的浸胶槽，然后再被牵引通过一组轧辊以控制树脂的含量，之后进入热空气烘箱，烘箱用于蒸发大部分的溶剂，并通过树脂反应以控制粘度，在烘箱的末端，预浸料的一侧覆以起隔离作用的塑料膜并收卷。预浸料质量优选指标：树脂含量R：35-41wt％；可溶性树脂含量S：≥92wt％；挥发分含量V：3-6wt％；密度为1.6-1.8g/cm3。
上述技术方案，步骤一中，热压实排出挥发分的过程优选为：先依次使用耐温200℃以上的有孔隔离膜、密度在150g/mm2以下的透气毡、耐温200℃以上的真空袋薄膜将待处理件从内至外包覆起来，然后抽真空至真空度≥0.9，最后在高于挥发分沸点的温度下恒温15min。其中，有孔隔离膜的孔间距优选为30mm，厚度优选为15μm，可采用LRF230BP3-15；透气毡可采用WF150；真空袋薄膜厚度优选为50μm，可采用LVF200G278V-183。
上述技术方案，步骤二中，加压的静压力大于挥发分蒸汽压力。
上述技术方案，步骤二中，加热温度为170～175℃。
上述技术方案，步骤二中，成型模具为对模模具，更优选的是，对模模具的材料为钢材。
本发明还提供上述高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的制备方法制备的高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽。
在本发明中所使用的术语，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有说明。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、装置、仪器、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
如图3-4所示，待制备的高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的厚度分为三段，一段3.5-11mm渐变，一段固定厚度11mm，一段固定厚度15mm。
上述高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、制备成型模具
如图1-2所示，成型模具为对模模具，材料为钢材，包括阳模1和阴模2。
步骤二、制备预浸料
以高硅氧玻璃纤维布为增强材料，氨酚醛树脂为基体，使用溶剂法制备高硅氧玻璃纤维布/氨酚醛树脂预浸料，预浸料质量指标：树脂含量R：35-41wt％；可溶性树脂含量S：≥92wt％；挥发分含量V：3-6wt％；密度为1.6-1.8g/cm3。
步骤三、铺放预浸料
使用预浸料在成型模具中铺放整流罩端头帽，铺放厚度每达到1.5±0.2mm进行一次热压实，得到待压制件；
单层预浸料厚度为0.26±0.03mm，铺放层数为64层-15层，具体根据相应位置的预浸料的铺放总厚度为1.1乘以相应位置的待制备整流罩端头帽厚度铺放；
热压实排出挥发分的过程为：先依次使用耐温200℃以上的有孔隔离膜LRF230BP3-15、密度在150g/mm2以下的透气毡WF150、耐温200℃以上的真空袋薄膜LVF200G278V-183将待处理件从内至外包覆起来，然后抽真空至真空度≥0.9，最后在50±5℃恒温15min；其中，有孔隔离膜的孔间距为30mm，厚度为15μm，真空袋薄膜厚度为50μm；
步骤四、固化
使用成型模具将待压制件定型，并放置在热压机上，加热加压进行固化，加热温度为170～175℃，加压压力为3.75MPa，得到高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽。
在制作高强度耐烧蚀复合材料整流罩端头帽的同时制备了力学及理化试样层合板(制备方法与实施例1相同，仅成型模具不同，具体成型模具形状根据层合板形状确定，层合板的形状按照相应检测标准中的规定)，用于检测端头帽的力学及理化性能，结果如表1所示。
表1实施例1中高强度耐烧蚀复合材料层合板的性能
Figure BDA0002849846790000061
Figure BDA0002849846790000071
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、使用预浸料在成型模具中铺放整流罩端头帽壳体，每次铺放厚度达到1.5±0.2mm进行一次热压实，预浸料全部铺放完成后，进行一次热压实，得到待压制件；
所述预浸料以高硅氧玻璃纤维布作为增强体，以氨酚醛树脂作为基体；
步骤二、使用成型模具将待压制件定型，并放置在热压机上，加热加压进行固化，得到高强度耐烧蚀整流罩端头帽。
2.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，单层预浸料的厚度为0.26±0.03mm。
3.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，相应位置的预浸料的铺放总厚度为1.1乘以相应位置的待制备整流罩端头帽厚度。
4.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，高硅氧玻璃纤维布的单位面积质量为240±20g/cm3，经向拉伸断裂强力：≥290N/25mm，纬向拉伸断裂强力：≥190N/25mm；
氨酚醛树脂的固体含量≥55％，粘度为100±30mpa.S(25℃)，凝胶时间为120±10min。
5.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，预浸料通过溶剂法制备。
6.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，热压实排出挥发分的过程为：先依次使用耐温200℃以上的有孔隔离膜、密度在150g/mm2以下的透气毡、耐温200℃以上的真空袋薄膜将待处理件从内至外包覆起来，然后抽真空至真空度≥0.9，最后在高于挥发分沸点的温度下恒温15min。
7.根据权利要求6所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述有孔隔离膜的孔间距为30mm，厚度为15μm；所述透气毡为WF150；所述真空袋薄膜厚度为50μm。
8.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，加压的静压力大于挥发分蒸汽压力；加热温度为170～175℃。
9.根据权利要求1所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，成型模具为对模模具。
10.权利要求1-9任何一项所述的高强度耐烧蚀整流罩端头帽的制备方法制备的高强度耐烧蚀整流罩端头帽。
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