一种纤维增强耐烧蚀复合板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强耐烧蚀复合板及其制备方法。将纤维丝加捻后按照经向和纬向交错编织方式编织成纤维增强布，将纤维增强布置于树脂中浸渍后固化，即得。该方法采用加捻编织工艺采，一方面保证了复合板成型的一体化，大幅提升纤维增强布的厚度和密实度；另一方面还提升了复合板的拓展性，可通过控制加捻纤维丝量和缠绕直径来定量控制单层织物厚度，进一步的，还可通过编织角度加强复合板在不同应力方向上的力学性能。通过上述制备方法所得的复合板，轻质高强，具有优异的耐烧蚀性和良好的力学性能。好的力学性能。好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强耐烧蚀复合板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐烧蚀复合板，具体涉及一种纤维增强耐烧蚀复合板及其制备方法，属于纤维增强复合材料领域。

技术介绍

[0002]目前，随着复合材料在航空航天领域中的运用进一步运用与推广，而其中一部分耐烧蚀复合材料凭借其质量轻、良好的力学性能及较好的耐高温烧蚀性能，已经在航天领域中得到了较为广泛的应用。在早期使用中，金属材料作为传统材料，由于其具备成熟的加工工艺，起初主要被用作耐烧蚀核心部件，而随着复合材料成型工艺日趋完善，同时为进一步降低产品整体重量，降低能耗，保证材料良好的烧蚀性能及烧蚀部件易更换性。
[0003]中国专利CN 110804274A公开了一种基于间隔结构织物增强体的轻质防隔热复合材料及其制备方法，其采用面
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芯的功能梯度结构，面层为致密材料主要提供放热和承载能力，中芯为多孔材料主要起到将低密度和隔热的作用，其中，材料体系中的增强体为纯无机纤维或有机/无机杂化纤维的具有间隔立体结构的织物预制体，该专利整体结构为间隔结构，采用多层织物，层间通过链接纤维束进行链接，从而形成中空结构，但是，该专利为达到设计厚度，必须采用多层铺贴，而多层铺贴真空灌注后形成的复合板在高温烧蚀过程中层间结合较弱，易受热膨胀分层，只能通过层间编织加强，才能避免高温烧蚀过程中分层开裂。
[0004]此外，还有相关机构采用短切纤维片状模压成型，但由于短切纤维长度过短，纤维的连续性较差，导致整体的高温性能较差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种纤维增强耐烧蚀复合板，该复合板中的纤维增强体采用加捻工艺，单层厚度为3～10mm，有效避免了高温分层现象，且经过强化后所得复合板总体质量轻便、耐烧蚀性优异，在正面经温度在1500℃～2000℃高温粒子流烧蚀5`10s后，烧蚀中心背温在120℃以下。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种纤维增强耐烧蚀复合板的制备方法，该方法可通过控制加捻纤维丝量和缠绕直径来控制单层织物厚度，并通过编织角度加强复合板在不同应力方向上的力学性能。该方法工艺简单，便于操作，成本低廉，适合于大规模工业化生产。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种纤维增强耐烧蚀复合板的制备方法，将纤维丝加捻后按照经向和纬向交错编织方式编织成纤维增强布，或者，将纤维丝加捻后与加强丝按照经向和纬向交错编织方式混编成纤维增强布；将纤维增强布置于树脂中充分浸渍后固化，或者，将纤维增强布上表面和/或下表面叠加强化毡，再置于树脂中充分浸渍后固化，即得。
[0008]本专利技术所提供的制备方法采用加捻混编纤维丝的制备工艺，在保证复合板保持单
层结构的同时，还大幅提升材料的耐高温烧蚀性能，进一步的，所得纤维增强布经树脂浸渍后，加强了复合板的力学强度和隔热性能，改方法成型过程简单，灌注后的产品孔隙率低，所得复合板具有优异的高温力学性能。
[0009]作为一项优选的方案，所述纤维丝包括硅酸铝纤维丝、氧化铝纤维丝和碳化硅纤维中至少一种。
[0010]作为一项优选的方案，所述加强丝为不锈钢丝、碳纤维丝和高硅氧纤维丝中至少一种。
[0011]作为一项优选的方案，所述加捻的方式为双丝束单向缠绕加捻和/或单丝束单向缠绕加捻。进一步优选，所述径向编织纤维丝的加捻方式为双丝束单向缠绕，所述纬向编织纤维丝的加捻方式为单丝束单向缠绕加捻。
[0012]双丝束单向缠绕加捻方式不仅可以提升纤维布的整体厚度，还可大幅提升材料的强度，用于材料主要受力方向的增强；单丝束方向单向缠绕加捻的作用在于支撑纤维布的整体强度，保证非主要受力方向具有基本的力学轻度，并减轻材料的整体质量。
[0013]作为一项优选的方案，所述双丝束单向缠绕加捻的条件为：缠绕直径为2～10mm，编织角度为45
°
～90
°
。丝束缠绕直径直接决定单层纤维布的厚度，纤维布最大直径就为双丝束单向加捻纤维整体直径。
[0014]作为一项优选的方案，所述单丝束单向缠绕加捻的条件为：缠绕直径为1～5mm，编织角度为45
°
～90
°
。
[0015]作为一项优选的方案，所述纤维增强布的总密度为0.4～1.0g/cm3。
[0016]作为一项优选的方案，所述树脂的成炭率≥70％，常温粘度为150～300mPa
·
S，所述树脂的质量占纤维增强布质量的5～10％。进一步优选，所述树脂为酚醛树脂。
[0017]本专利技术选用高成炭率树脂的主要目的在于保证树脂在高温烧蚀气流作用下发生反应形成更加耐温的碳化层，该碳化层在高温条件下能稳定存在而不会被气流冲刷，从而起到保护内部层防止烧蚀过快的作用。
[0018]作为一项优选的方案，所述固化方式为真空灌注、RTM成型或手糊模压。所述真空灌注的条件优选为：压力控制0.1KPa负压，加热温度控制在80～150℃之间，加热时间在2h～2.5h。
[0019]本专利技术还提供了一种纤维增强耐烧蚀复合板，由上述任一项制备方法制得。
[0020]本专利技术通过调整陶瓷纤维织物纤维丝加捻方式、编织方式以及固化成型的方法，制备了仅用单层纤维铺层酚醛树脂灌注成型且能长时间耐受1000℃～1500℃、瞬时耐受2000℃～3000℃，同时具备轻质高强及保温等优良性能的复合板材，扩大了纤维增强酚醛树脂复合板在高温耐烧蚀领域的应用范围。
[0021]作为一项优选的方案，所述纤维增强耐烧蚀复合板的厚度为3～10mm，密度为0.8～1.2g/cm3。
[0022]进一步的，本专利技术还提供了复合板的拓展方式，在固化阶段时于纤维增强布上下表面添加强化毡，其具体过程为：
[0023]1)在纤维织物中混编加强丝，按设计厚度对经向及纬向纤维加捻丝束直径进行设计，直径由加捻纤维丝数进行控制，针对受力方向设计纤维丝束编织角度，单层编织织物付款可根据实际所需产品尺寸进行设计，常规幅宽控制在1m～1.5m；
[0024]2)依据所需产品结构设计下料尺寸，随后对已编制好的纤维布进行裁切，在纤维布上下表面适量1或2层强化毡，铺覆至设计好的模具上，随后针对不同工艺，浸渍树脂后采用加热固化，采用真空灌注、RTM工艺或手糊模压工艺；若为手糊模压工艺，则需要给模具进行加压处理，铺层过程保证径向纤维丝束方向与受力方向一致。
[0025]作为一项优选的方案，所述加强丝为不锈钢丝、碳纤维丝和高硅氧纤维丝中的至少一种。
[0026]作为一项优选的方案，所述强化毡为玻璃纤维毡、碳纤维毡、碳纤维编织布和金属板材中的至少一种。
[0027]本专利技术在纤维束中混编加强丝可以显著提高产品的高温力学强度，在固化成型阶段添加强化毡会使得整体力学性能提高20％～50％，导热系数会增到5％～10％。
[0028]本专利技术针对传统金属耐烧蚀材料重量较大，不易更换拆卸，同时现有连续纤维如碳纤维、高硅氧等耐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强耐烧蚀复合板的制备方法，其特征在于：将纤维丝加捻后按照经向和纬向交错编织方式编织成纤维增强布，或者，将纤维丝加捻后与加强丝按照经向和纬向交错编织方式混编成纤维增强布；将纤维增强布置于树脂中充分浸渍后固化，或者，将纤维增强布上表面和/或下表面叠加强化毡，再置于树脂中充分浸渍后固化，即得。2.根据权利要求1所述的一种纤维增强耐蚀复合板的制备方法，其特征在于：所述纤维丝包括硅酸铝纤维丝、氧化铝纤维丝和碳化硅纤维中至少一种；所述加强丝为不锈钢丝、碳纤维丝和高硅氧纤维丝中至少一种。3.根据权利要求1所述的一种纤维增强耐蚀复合板的制备方法，其特征在于：所述加捻的方式为双丝束单向缠绕加捻和/或单丝束单向缠绕加捻。4.根据权利要求3所述的一种纤维增强耐蚀复合板的制备方法，其特征在于：所述双丝束单向缠绕加捻的条件为：缠绕直径为2~10 mm，编织角度为45
°
~90
°
；所述单丝束单向缠绕加捻的条件为：缠绕直径为1~5 mm，编织角度为45
°
~90
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小忠，熊俊清，严立专，鲁先孝，陈辉煌，
申请(专利权)人：湖南博翔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：