CN113819342B - 一种不规则的薄壁多面体防隔热结构及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则的薄壁多面体防隔热结构及其连接方法，制备方法包括：取隔热罩和气凝胶板；隔热罩上制多个第一通孔，在所述气凝胶板上制多个相对应的第二通孔，在隔热罩与气凝胶板之间的安装面上涂抹粘接剂，采用缝合线缝合隔热罩与气凝胶板，静置固化；本发明通过在隔热罩组件和气凝胶板组件之间采用粘接剂进行粘接，形成第一次连接，并在热防护结构中间的隔热罩组件和气凝胶板组件上开设相对应的通孔，并在通孔内利用缝合线贯穿缝合，形成第二次连接，通过两次连接，实现了不同材质复合材料之间小配合面的连接，该连接方法能够有效保证连接强度，同时控制了成型成本及成型效率，满足了材料的连接要求。

Description

一种不规则的薄壁多面体防隔热结构及其连接方法

技术领域

本申请涉及复合材料成型技术领域，特别涉及一种不规则的薄壁多面体防隔热结构及其连接方法。

背景技术

随着现代航天技术的发展，飞行器以高马赫数在大气层中长时间机动飞行，气动加热较严重和持久，迎背风面温差大。气动热环境为低热焓、低热流密度和长时间加热，要求热防护材料具有较好的抗烧蚀性能及良好的隔热性能，其中飞行器头部内安放有各类电子元器件，为保证电子元器件工作温度环境及服役过程中振动等因素影响，需进行一定防护，且该防护结构的四周的材料要求和上型面的材料要求不同，其四周材料主要需要满足耐高温且结构强度高的要求，而上型面的材料需要满足隔热要求，且两个组件之间的配合面很小，导致其连接不稳定。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种不规则的薄壁多面体防隔热结构及其连接方法，以解决现有技术中的热防护结构的组件之间连接面小导致连接不稳定性的问题。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，包括如下步骤：

S1、取隔热罩和气凝胶板；

S2、隔热罩上制多个第一通孔，并在所述气凝胶板上制多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应；

S3、在隔热罩与气凝胶板之间的安装面上涂抹粘接剂；

S4、采用缝合线贯穿第一通孔与第二通孔，并缝合隔热罩与气凝胶板；

S5、静置固化。

进一步地，在S2中，多个所述第一通孔沿所述隔热罩的周长边沿处均匀布置。

进一步地，在S4后、S5前，取不锈钢丝贯穿第一通孔与第二通孔，并扭紧固定隔热罩与气凝胶板。

进一步地，所述不锈钢丝上套设有石英纤维套管。

进一步地，在S2中，所述第一通孔包括间隔布置的第一缝合孔和第一紧固孔，第二通孔包括与第一缝合孔相对应的第二缝合孔、与第一紧固孔相对应的第二紧固孔，且所述第一缝合孔的孔径小于第一紧固孔的孔径。

进一步地，在S3中，所述粘接剂采用D03粘接剂、914粘接剂、环氧树脂中的一种，且在粘接后用多个弓形夹固定所述隔热罩与气凝胶板。

进一步地，在S4中，缝合线采用石英缝合线。

进一步地，所述缝合线采用B型、C型或D型的石英缝合线。

进一步地，在S5中，固化温度为60°～100°，固化时间为2-6小时。

本申请的另外一个目的在于：提供一种采用上述的连接方法将隔热罩和气凝胶板连接制得的不规则的薄壁多面体防隔热结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过在隔热罩组件和气凝胶板组件之间采用粘接剂进行粘接，形成第一次连接，并在热防护结构中间的隔热罩组件和气凝胶板组件上开设相对应的通孔，并在通孔内利用缝合线贯穿缝合，形成第二次连接，通过两次连接，实现了不同材质复合材料之间小配合面的连接，该连接方法能够有效保证连接强度，同时控制了成型成本及成型效率，满足了材料的连接要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请实施例提供的不规则的薄壁多面体防隔热结构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的缝合线的缝合示意图；

图3为本申请实施例提供的不锈钢丝的固定示意图；

图中：1、气凝胶板；2、隔热罩；3、缝合线；4、不锈钢丝；5、石英套管。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

如图1所示，一种不规则的薄壁多面体防隔热结构，其包括隔热罩2和气凝胶板1。

其中隔热罩2为薄壁罩体，且所述隔热罩2中部设有用于装设气凝胶板1的开口，其开口周围设有一圈翻边，用于增加所述隔热罩2与气凝胶板1的接触面积，所述隔热罩2采用玻璃钢成型，满足防隔热结构的耐高温、结构强度的要求，所述气凝胶板1为薄板结构。

气凝胶是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。如明胶、阿拉伯胶、硅胶等。气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013w/m·K，是热导率最低的固态材料，可望替代聚氨酯泡沫成为新型冰箱隔热材料。掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率仅为0.03w/m·K，作为军品配套新材料将得到进一步发展。

由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103—107kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料，如常用声阻匝Zp＝1.5×l07kg/m2·s的压电陶瓷作为超声波的发生器和探测器，而空气的声阻只有400kg/m2·s。用厚度为l/4波长的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气的声阻耦合材料。可提高声波的传输效率，降低器件应用中的信噪比。初步实验结果表明，密度在300kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。

如图1-3所示，一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，包括如下步骤：

S1、取隔热罩2和气凝胶板1；

S2、隔热罩2上制多个第一通孔，并在所述气凝胶板1上制多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应；

其中，第一通孔的直径为1mm-2mm，相邻的两个第一通孔之间的距离为20mm-30mm，避免两个第一通孔之间距离太小，影响隔热罩2的结构强度，也避免那两个第一通孔之间的距离太大，影响隔热罩2与气凝胶之间的连接稳定性。

且，所述第一通孔和第二通孔可采用钻头进行打孔。

S3、在隔热罩2与气凝胶板1之间的安装面上涂抹粘接剂；

在采用粘接剂进行第一次粘接的时候，可对隔热罩2的安装面、气凝胶板1的安装面分别进行清洁，同时对隔热罩2上的第一通孔内壁以及气凝胶板1上的第二通孔内壁进行清洁，且清洁后的区域都进行干燥处理，可根据实际操作环境进行擦干或者风干。

值得说明的是，涂抹粘接剂的时候，将其粘接剂涂抹在隔热罩2与气凝胶板1之间的安装面上的同时，还对第一通孔的内壁和第二通孔的内壁也涂抹粘接剂，用于与后续的缝合线3、不锈钢丝4进行粘附，提高连接稳定性。

S4、采用一根连续的缝合线3贯穿所有的第一通孔与第二通孔，并缝合隔热罩2与气凝胶板1；

详细的说，所述缝合线3可采用不同的缝合线3型在第一通孔和第二通孔内穿设，其中包括一字型的缝合线3型或者S型的缝合线3型进行贯穿缝合，以使隔热罩2与气凝胶板1紧密贴合。

S5、静置固化。

值得说明的是，在固化过程中，可采用置于室温中进行静置固化，为了使固化时间降低，还可以进行升温固化，提高固化效率。

本连接方法的工作原理是：通过在隔热罩2组件和气凝胶板1组件之间采用粘接剂进行粘接，形成第一次连接，并在热防护结构中间的隔热罩2组件和气凝胶板1组件上开设相对应的通孔，并在通孔内利用一根缝合线3贯穿所有的通孔缝合，形成第二次连接，通过两次连接，实现了不同材质复合材料之间小配合面的连接，该连接方法能够有效保证连接强度，同时控制了成型成本及成型效率，满足了材料的连接要求。

进一步地，在上述的步骤S2中，多个所述第一通孔沿所述隔热罩2的周长边沿处均匀布置，即为所述第一通孔距离所述隔热罩2用于连接气凝胶板1的边沿处能保持相同的距离，提高连接稳定性。

进一步地，在上述的步骤S4后、S5前，取不锈钢丝4贯穿第一通孔与第二通孔，并扭紧固定隔热罩2与气凝胶板1。

通过不锈钢丝4贯穿第一通孔并拧紧该不锈钢丝4，提高隔热罩2与气凝胶板1的连接稳定性。

进一步地，所述不锈钢丝4上套设有石英纤维套管。增设的石英纤维套管为防止裸露在气凝胶板1外表面的不锈钢丝4影响其内部隔热效果，在不锈钢丝4表面采用石英纤维套管进行包裹防护，该不锈钢丝4的直径可采用0.5mm或者1mm。

进一步地，在上述的步骤S2中，所述第一通孔包括间隔布置的第一缝合孔和第一紧固孔，第二通孔包括与第一缝合孔相对应的第二缝合孔、与第一紧固孔相对应的第二紧固孔，且所述第一缝合孔的孔径小于第一紧固孔的孔径。

值得说明的是，一个连续的缝合线3在紧固所述隔热罩2和气凝胶板1的时候，均会贯穿全部的第一缝合孔、第一紧固孔、第二缝合孔和第二紧固孔进行缝合。

其中第一紧固孔的孔径大于第一缝合孔的孔径，第二紧固孔的孔径大于第二缝合孔的孔径，且第一紧固孔与第二紧固孔用于提供不锈钢丝4贯穿需要的空间，避免不锈钢丝4的贯穿破坏了第一通孔和第二通孔。

进一步地，在上述的步骤S3中，所述粘接剂采用D03粘接剂、914粘接剂、环氧树脂中的一种，且在粘接后用多个弓形夹固定所述隔热罩2与气凝胶板1，避免隔热罩2与气凝胶板1在连接过程中误碰导致移位。

进一步地，在上述的步骤S4中，缝合线3采用石英缝合线3。

其中，石英缝合线3就是石英纤维纱，其是由相同直径的纤维丝捻合集成一束形成的纱线，而后再根据不同捻向和股数缠绕在绕丝筒上，石英缝合线3具有耐高温，低导热，高强度，绝缘性好等性能。可用于多种纺织加工过程，广泛应用于光纤航空，半导体和其他工业领域。石英缝合线3是目前介电性能特低、耐温特高的柔性无机材料，可替代无碱玻纤、高硅氧、玄武岩纤维等，可部分替代芳纶、碳纤维等，在超高温及航空航天领域具有得天独厚的优势；另外，石英缝合线3的线膨胀系数较小，而且具有弹性模量随温度增高而增加的罕见特性。

进一步地，所述缝合线3采用B型、C型或D型的石英缝合线3。其中B型、C型或D型的石英缝合线3的二氧化硅含量均在99％以上，且B型石英缝合线3的二氧化硅含量＞C型石英缝合线3的二氧化硅含量＞D型石英缝合线3的二氧化硅含量。

进一步地，在上述的步骤S5中，区别于室温固化，还可以进行升温固化，固化温度为60°～100°，固化时间为2-6小时，相较于室温固化，提高固化效率。

实施例1

一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，包括如下步骤：

S1、取隔热罩2和气凝胶板1；

S2、用钻头在隔热罩2上打多个直径为1.5mm的第一通孔，相邻的两个第一通孔之间的距离为25mm，并用相同钻头在所述气凝胶板1上打多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应；

S3、对隔热罩2的安装面、气凝胶板1的安装面分别进行清洁后，在隔热罩2与气凝胶板1之间的安装面上涂抹914粘接剂；

S4、采用B型石英缝合线3贯穿第一通孔与第二通孔，并以一字型的缝合线3型缝合隔热罩2与气凝胶板1；

S5、于室温静置24小时以上进行固化，完成不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接。

实施例2

一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，包括如下步骤：

S1、取隔热罩2和气凝胶板1；

S2、用钻头在隔热罩2上打多个直径为1.8mm的第一通孔，多个所述第一通孔沿所述隔热罩2的周长边沿处均匀布置，相邻的两个第一通孔之间的距离为21mm，并用相同钻头在所述气凝胶板1上打多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应。

S3、对隔热罩2的安装面、气凝胶板1的安装面、第一通孔内壁和第二通孔内壁分别进行清洁后，在隔热罩2与气凝胶板1之间的安装面上涂抹D03粘接剂。

S4、采用D型石英缝合线3贯穿第一通孔与第二通孔，并以S型的缝合线3型缝合隔热罩2与气凝胶板1，取不锈钢丝4贯穿第一通孔与第二通孔，并拧紧不锈钢丝4固定隔热罩2与气凝胶板1。

S5、升温固化，固化温度为80°，固化时间为3小时，完成不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接。

实施例3

一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，包括如下步骤：

S1、取隔热罩2和气凝胶板1；

S2、用钻头在隔热罩2上打多个直径为1.8mm的第一通孔，多个所述第一通孔沿所述隔热罩2的周长边沿处均匀布置，相邻的两个第一通孔之间的距离为21mm，并用相同钻头在所述气凝胶板1上打多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应。

S3、对隔热罩2的安装面、气凝胶板1的安装面、第一通孔内壁和第二通孔内壁分别进行清洁后，在隔热罩2与气凝胶板1之间的安装面上涂抹D03粘接剂。

S4、采用C型石英缝合线3贯穿第一通孔与第二通孔，并以S型的缝合线3型缝合隔热罩2与气凝胶板1，取不锈钢丝4贯穿第一通孔与第二通孔，并拧紧不锈钢丝4固定隔热罩2与气凝胶板1，所述不锈钢丝4上套设有石英纤维套管。

S5、升温固化，固化温度为70°，固化时间为4小时，完成不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接。

实施例4

一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，包括如下步骤：

S1、取隔热罩2和气凝胶板1；

S2、用钻头在隔热罩2上打多个直径为1.9mm的第一通孔，多个所述第一通孔沿所述隔热罩2的周长边沿处均匀布置，相邻的两个第一通孔之间的距离为24mm，并用相同钻头在所述气凝胶板1上打多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应。

其中所述第一通孔包括间隔布置的第一缝合孔和第一紧固孔，第二通孔包括与第一缝合孔相对应的第二缝合孔、与第一紧固孔相对应的第二紧固孔，第一缝合孔的直径为1.9mm，第二缝合孔的直径为1.9mm，第一紧固孔的直径为2.6mm，第二紧固孔的直径为2.6mm。

S3、对隔热罩2的安装面、气凝胶板1的安装面、第一通孔内壁和第二通孔内壁分别进行清洁后，在隔热罩2与气凝胶板1之间的安装面上涂抹环氧树脂。

S4、采用B型石英缝合线3贯穿第一缝合孔、第二缝合孔、第一紧固孔和第二紧固孔，并以S型的缝合线3型缝合隔热罩2与气凝胶板1，取直径为0.5mm不锈钢丝4贯穿第一紧固孔和第二紧固孔，并拧紧不锈钢丝4固定隔热罩2与气凝胶板1，所述不锈钢丝4上套设有石英纤维套管。

S5、升温固化，固化温度为90°，固化时间为4小时，完成不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该公开产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、取隔热罩(2)和气凝胶板(1)；

S2、隔热罩(2)上制多个第一通孔，并在所述气凝胶板(1)上制多个第二通孔，且保持第二通孔与第一通孔相对应；

S3、在隔热罩(2)与气凝胶板(1)之间的安装面上涂抹粘接剂；

S4、采用缝合线(3)贯穿第一通孔与第二通孔，并缝合隔热罩(2)与气凝胶板(1)，取不锈钢丝(4)贯穿第一通孔与第二通孔，并扭紧固定隔热罩(2)与气凝胶板(1)，所述不锈钢丝(4)上套设有石英纤维套管；

S5、静置固化。

2.如权利要求1所述不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于：在S2中，多个所述第一通孔沿所述隔热罩(2)的周长边沿处均匀布置。

3.如权利要求1所述不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于：在S2中，所述第一通孔包括间隔布置的第一缝合孔和第一紧固孔，第二通孔包括与第一缝合孔相对应的第二缝合孔、与第一紧固孔相对应的第二紧固孔，且所述第一缝合孔的孔径小于第一紧固孔的孔径。

4.如权利要求1所述不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于：在S3中，所述粘接剂采用D03粘接剂、914粘接剂、环氧树脂中的一种，且在粘接后用多个弓形夹固定所述隔热罩(2)与气凝胶板(1)。

5.如权利要求1所述不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于：在S4中，缝合线(3)采用石英缝合线(3)。

6.如权利要求5所述不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于：所述缝合线(3)采用B型、C型或D型的石英缝合线(3)。

7.如权利要求1所述不规则的薄壁多面体防隔热结构的连接方法，其特征在于：在S5中，固化温度为60°～100°，固化时间为2-6小时。

8.一种不规则的薄壁多面体防隔热结构，其特征在于：采用权利要求1-7之一所述的连接方法将隔热罩(2)和气凝胶板(1)连接制得。

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