一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种预浸带缠绕成型绝热复合材料及其制备方法，主要用于固体火箭发动机尾喷管绝热层，其制备步骤如下：(1)将碳纤布和高硅氧玻纤布分别浸酚醛树脂得到碳布/酚醛和高硅氧布/酚醛预浸料；(2)将碳布/酚醛和高硅氧布/酚醛预浸料分别裁剪成窄的预浸带；(3)在芯模上斜叠缠绕碳布预浸带；(4)碳层毛坯在室温下进行抽真空；(5)在碳层表面平行缠绕高硅氧布预浸带；(6)将碳布/酚醛与高硅氧布/酚醛一体固化，经机加工得到绝热复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下的有益效果：采用该发明专利技术制备的复合材料碳层和高硅氧层一体性更好、无需进行胶接、降低了生产周期；复合材料耐烧蚀、抗冲刷性能更好。抗冲刷性能更好。抗冲刷性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料结构件的成型
，涉及一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料及其制备方法，尤其涉及一种固体火箭发动机尾喷管绝热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有的固体火箭发动机长尾喷管抗烧蚀层主要为短切碳纤维/酚醛模压成型，隔热层为高硅氧玻纤/酚醛预浸带缠绕成型，两者通过“二次胶接”形成一体结构，共同发挥耐烧蚀、抗冲刷、隔热的功能。但现有技术中，短切纤维/酚醛模压件抗冲刷性能差、烧蚀量高，不能压制大长径比的结构件；并且“二次胶接”效率低、碳层和高硅氧层之间胶接面强度低、一体性差。
[0003]例如：公开号为CN103770338A，公开日为2014年5月7日，名称为“一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法”的中国专利文献公开了一种旋转体双层复合材料的缠绕成型方法，但该专利文献所提及的复合材料两层采用的都是平行叠加缠绕方法，改变了缠绕内外层的顺序，提升了双层复合材料的内部和外观质量，但是在该专利文献所用的方法与本专利缠绕成型方法不同，也无法实现大长径比结构件。
[0004]公开号为CN105736177A，公开日为2016年7月6日，名称为“一种双层整体成型复合材料的尾喷管绝热结构”的中国专利文献公开了一种双层整体成型复合材料的尾喷管绝热结构，提高尾喷管长时间工作的可靠性，但该专利文献中耐烧蚀层采用的是碳纤维模压件、隔热层采用的是缠绕成型，3种模压件需要经过胶接成型，然后在胶接好的模压件外侧缠绕隔热层。此种方法成型效率低、模压件抗冲刷效果较差。
[0005]基于此，期望获得一种绝热复合材料的制备方法，其可以通过改进预浸带缠绕方式，以制备获得大长径比结构件。斜叠缠绕抗冲刷性能更好、烧蚀量更低，一体固化的方式可以有效解决碳层和高硅氧层胶接面弱、成型效率低的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料及其制备方法。突破了常规工艺手段，实现了抗冲刷、耐烧蚀、隔热复合材料的一体化制备，并且提高了生产效率。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]本专利技术提供一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料的制备方法,所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤S1：将碳布浸酚醛树脂得到碳布/酚醛预浸料；将高硅氧玻纤布浸酚醛树脂得到高硅氧布/酚醛预浸料；
[0010]步骤S2：将碳布/酚醛预浸料与高硅氧布/酚醛预浸料分别裁剪成预浸带；
[0011]步骤S3：在芯模上斜叠缠绕碳布/酚醛预浸带，形成碳层；
[0012]步骤S4：将步骤S3得到的碳层毛坯在室温下进行抽真空；
[0013]步骤S5：在碳层表面平行缠绕高硅氧布/酚醛预浸带；所述高硅氧布预浸带与芯模母线平行；
[0014]步骤S6：将碳布/酚醛与高硅氧布/酚醛通过复合缠绕一体固化，经机加工得到绝热复合材料；在本专利技术的体系中，碳层和高硅氧层为复合缠绕、一体固化，无需进行胶接。该一体化绝热复合材料中，碳层为耐烧蚀、抗冲刷层(一般为内层、接触火焰)；高硅氧层为隔热层(一般为外层、不接触火焰)；相比其他玻纤布(高强、无碱等)，高硅氧玻纤布的熔融温度较高，隔热、抗冲刷性能好，比较适合用于发动机喷管中的隔热、抗冲刷零件制备。
[0015]所述酚醛树脂，包括钡酚醛树脂、硼酚醛树脂等。
[0016]步骤S3中，所述碳布/酚醛预浸带与芯模轴线夹角为10～30
°
；选择10
‑
30
°
主要是因为，一定宽度的预浸带在该角度范围内能变形，如果角度过大，预浸布带不能变形为螺旋扇形；如果角度过小，其与母线的夹角变小，其抗冲刷性下降；缠绕绝热层的直径越小、预浸布带的宽度越宽，应选择较小的夹角；反之，选择较大的夹角。
[0017]优选的，碳层预浸带角度为
±
45
°
，预浸带与芯模母线夹角为15
°
。使用的碳布通常为0/90
°
编织的平纹布，幅宽1m；采用
±
45
°
角度裁剪为一定宽度的预浸带，其受力后布带两边变形均匀，且更容易变形，有利于形成布带扇形。
[0018]步骤S5中，平行缠绕过程中预浸带为等宽、矩形，平行缠绕至碳层的表面，多层循环堆叠，进行螺旋缠绕或原地缠绕。
[0019]步骤S1中，所述碳布/酚醛预浸料通过碳纤维平纹布浸酚醛树脂制备获得；所述高硅氧布/酚醛预浸料通过高硅氧玻璃纤维平纹布浸酚醛树脂制备获得。
[0020]作为一个实施方案，步骤S3中，所述碳布预浸带宽度D1＝d1/sinβ，缠绕步进量F＝A/sinβ，其中d1为碳层毛坯厚度，单位为mm；β为斜叠角度(即预浸带与芯模轴线夹角)，单位为
°
；A为碳布预浸带厚度，单位为mm。
[0021]进一步，步骤S3中，碳布/酚醛预浸带等宽。
[0022]进一步，在步骤S3中，斜叠缠绕过程中等宽的碳布/酚醛预浸带经张力、温度和导辊的作用，接触芯模的一边布带不变形、布带另一边长度增加，整体呈现为布带由长条矩形变为螺旋扇形，然后连续缠绕至芯模上，缠绕堆叠模式为：多个截锥形回转体堆叠。
[0023]优选的，所述张力为每10mm宽度布带应承受30～50N的张力，在缠绕过程中根据缠绕布带螺旋的变形与缠绕贴合情况在张力范围内调整张力大小；温度为80
±
5℃，根据碳布/酚醛预浸带是否容易变形相应调整温度大小(不易变形则调高温度)。
[0024]作为一个实施方案，在步骤S5中，平行缠绕过程中预浸带为等宽、矩形，平行缠绕至碳层的表面，多层循环堆叠，进行螺旋缠绕或原地缠绕。优选的，高硅氧层为螺旋缠绕、带宽20～50mm、缠绕步进量为带宽的一半。
[0025]优选的，步骤S3中，抽真空时间为1
‑
2h，以排出缠绕层间内部的气体，使缠绕层紧密。
[0026]本专利技术还涉及一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料，所述绝热复合材料包括：
[0027]碳层，所述碳层采用斜叠缠绕方式成型，碳布预浸带与芯模轴线呈一定夹角；
[0028]以及高硅氧层，所述高硅氧层采用平行缠绕方式成型，高硅氧布预浸带与芯模母线平行(无夹角)。
[0029]作为一个实施方案，高硅氧层也可采用斜叠缠绕。
[0030]作为一个实施方案，碳布/酚醛预浸料的含胶量为33％～42％。
[0031]作为一个实施方案，高硅氧布/酚醛预浸料的含胶量为33％～40％。
[0032]含胶量指预浸料中的树脂质量含量。纤维在复合材料中起到增强、耐冲刷等性能，树脂起到结合、固定纤维并隔热等作用。如果树脂含量过高，绝热层的抗冲刷能力下降；过低，则纤维之间的结合力下降，无法形成绝热层制品且纤维层间易出现分层、疏松等缺陷；
[0033]该树脂含量范围，是长期的经验积累结果，其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预浸带缠绕成型的绝热复合材料的制备方法,其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：将碳布浸酚醛树脂得到碳布/酚醛预浸料；将高硅氧玻纤布浸酚醛树脂得到高硅氧布/酚醛预浸料；步骤S2：将碳布/酚醛预浸料与高硅氧布/酚醛预浸料分别裁剪成预浸带；步骤S3：在芯模上斜叠缠绕碳布/酚醛预浸带，形成碳层；步骤S4：将步骤S3得到的碳层毛坯在室温下进行抽真空；步骤S5：在碳层表面平行缠绕高硅氧布/酚醛预浸带；所述高硅氧布预浸带与芯模母线平行；步骤S6：将碳布/酚醛与高硅氧布/酚醛通过复合缠绕一体固化，经机加工得到绝热复合材料；步骤S3中，所述碳布/酚醛预浸带与芯模轴线夹角为10～30
°
。2.根据权利要求1所述的绝热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述碳布/酚醛预浸料通过碳纤维平纹布浸酚醛树脂制备获得；所述高硅氧布/酚醛预浸料通过高硅氧玻璃纤维平纹布浸酚醛树脂制备获得。3.根据权利要求1所述的绝热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述碳布/酚醛预浸带宽度D1＝d1/sinβ，缠绕步进量F＝A/sinβ，其中d1为碳层毛坯厚度，单位为mm；β为斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海刚，朱璞，常舰，毕超，秦晶，王志远，谢钟清，周科旭，
申请(专利权)人：上海复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：