【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种液氧环境用带法兰大直径无内衬复合材料管路及其制备方法，属于树脂基复合材料。
技术介绍
1、随着航天技术的进步，对火箭助推剂的要求也在不断提高，高效、环保液氧燃料被应用到火箭助推剂中。但由于复合材料法兰安装在液氧贮箱人孔位置，并且液氧具有低温特性，这对于复合材料的低温防渗能力和承受压力提出了考验。
2、同时在复合材料成型工艺中，纤维缠绕是一种历史悠久、广泛应用的重要加工技术，特别是在燃料贮箱、飞机副油箱等航天领域，以及压力管道、贮罐、气瓶等压力容器的民用市场。纤维缠绕工艺具有高精度、高生产效率和低劳动强度等优点。纤维缠绕成型工艺通常分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种，其中湿法缠绕是一种最为广泛使用的方法，因为它具有低成本、广泛的应用领域、对纤维损伤小和材料储存期长等诸多优点，明显优于其他两种方法。然而，湿法缠绕需要使用树脂体系，这些树脂必须具备良好的纤维浸润性和粘接力，同时在固化后具有较高的强度和与纤维相适应的延伸率。
3、为满足复合材料法兰结构和管路的要求，树脂本身必须具备良好的液氧相容性，能够在液氧环境中受到撞击、摩擦、振动等点火源刺激时，不发生燃烧反应，具备抵抗燃烧反应扩展的能力。现有的树脂体系一般是在98j的能量下进行测试，在最初的20次测试中，如果没有产生任何反应时，其证明材料液氧相容。
4、中国专利申请cn111137472a-一种大直径无内衬复合材料贮箱连接结构中内环形法兰的上表面设置成曲面，保证缠绕表面没有明显的过渡处，缠绕后的贮箱结构安全性和密封性能得到了提升
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请提出了一种液氧环境用带法兰大直径无内衬的复合材料管路及其制备方法，通过采用碳纤维复合材料代替传统金属材料并优化法兰结构设计，能够在不牺牲结构强度和密封性的前提下，实现重量的大幅减轻；同时浸渍特制的复合环氧树脂，提高了管路在液氧低温环境下的防渗透能力，确保了纤维和树脂之间更好的浸润和粘接，具备优异的密封性能和液氧相容性。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种液氧环境用带法兰大直径无内衬的复合材料管路，包括连接段和管路段；
3、所述连接段包括法兰层和密封槽，所述法兰层采用复合环氧树脂浸渍的碳纤维编织布铺层制成，密封槽开设在所述法兰层的端面以进行端面密封；
4、所述管路段由内向外依次包括防渗层、过渡层和增强层，所述防渗层为碳纤维表面毡浸渍复合环氧树脂后固化得到；所述过渡层由碳纤维编织布缠绕形成；所述增强层采用浸渍复合环氧树脂的碳纤维编织布和碳纤维纱线经铺层和缠绕相结合的方式制成。
5、本申请采用管路段的多层结构设计：
6、防渗层由碳纤维表面毡浸渍复合环氧树脂后固化得到。碳纤维表面毡具有良好的吸附能力和均匀的纤维分布，能够均匀地吸附和固化环氧树脂，形成致密的防渗层。可以有效地阻止液氧的渗透，确保管路在液氧低温环境下的防渗效果。
7、过渡层由碳纤维编织布缠绕形成，通过环向缠绕，可以提高管路的结构稳定性和耐压性能。过渡层作为防渗层和增强层之间的中间层，起到了良好的过渡和缓冲作用，增强了整体结构的稳定性。
8、增强层通过多层碳纤维编织布和纱线的铺层和缠绕，具有高强度、高模量和优异的抗冲击性能，能够在液氧低温环境和高压环境下保持良好的力学性能，确保管路的长期使用寿命。
9、同时，只在防渗层、增强层和法兰层采用树脂浸渍碳纤维布层，过渡层采用普通碳纤维布，既能保证各层间结合效果好，界面稳定，实现平滑过渡，同时又能保证中间过渡层有一定的柔性，使得防渗层与增强层之间的硬度差异得到有效缓冲，避免了因硬度差异导致的层间结合不良。
10、可选地，所述防渗层浸渍后的的含胶量为45-55％，所述增强层和所述法兰层浸渍后的含胶量为25-35％；
11、所述过渡层为两层碳纤维编织布环向缠绕形成。
12、具体地，通过限定防渗层的含胶量，碳纤维表面毡能够充分浸渍环氧树脂，填充纤维之间的孔隙，形成致密的防渗层，能够有效阻止液氧的渗透，确保防渗效果。同时该胶量能够确保树脂均匀地分布在碳纤维表面毡上，形成均匀一致的防渗层，避免了局部过厚或过薄导致的防渗性能不均问题。
13、通过限定增强层和法兰层的含胶量，碳纤维编织布和纱线能够均匀浸渍环氧树脂，形成具有高强度和高模量的增强层和法兰层。该含胶量能够提高层间结合力，从而增强整体结构的力学性能。同时该胶量能够确保树脂均匀分布，避免树脂含量过多或过少导致的层间脱层、裂纹等问题，提高结构稳定性和耐久性。
14、可选地，按照重量份数计，所述复合环氧树脂包括以下原料制备而成：复配环氧树脂80-100份、复合纳米填料5-10份、醚类稀释剂10-20份、阻燃剂5-15份和胺类固化剂30-50份；所述复配环氧树脂包括含溴环氧树脂，所述复合纳米填料包括至少两种的硅烷改性纳米材料。
15、可选地，所述复配环氧树脂还包括聚酰亚胺和间苯二胺；所述含溴环氧树脂与聚酰亚胺的重量比为(2-4)：1，间苯二胺的用量为含溴环氧树脂环氧当量的2-5％；
16、所述含溴环氧树脂包括溴代双酚a环氧树脂或溴代双酚f环氧树脂。
17、具体地，首选选用含溴环氧树脂，其具备较好的抗氧化和阻燃性能，有助于抵御液氧环境下的燃烧反应，提高了材料的安全性和稳定性，再通过采用聚酰亚胺和间苯二胺改性，酰亚胺基团与环氧基发生加成反应，发生化学交联，提高了树脂体系的液氧相容性，聚酰亚胺提供韧性链段，提高抗液氧冲击性能，间苯二胺作为辅助固化剂，促进共固化反应，提高交联度，二者有助于综合提升含溴环氧树脂的性能。
18、可选地，所述复合纳米填料包括改性氮化硼纳米管和改性氧化铝纳米片，重量比为1：(2-5)。
19、优选地，氮化硼纳米管的外径范围30-80nm，轴比(长度/直径)在10-30之间；氧化铝纳米片的尺寸范围，厚度:2-5nm，边长:80-100nm。
20、可选地，所述氮化硼纳米管和氧化铝纳米片的改性方法为：采用稀盐酸对氮化硼纳米管和氧化铝纳米片进行表面预处理，加入硅烷偶联剂kh-550乙醇溶液，超声处理，洗涤后烘干后即得。
21、具体地，采用质量百分比2％的稀盐酸，5％的kh-550乙醇溶液，将氮化硼纳米管和氧化铝纳米片先采用稀盐酸浸渍0.5h，预处理后分别加入kh-550乙醇溶液中，混合均匀后超声处理0.5h，在70℃条件下反应1h，反应后洗涤烘干即得。
22、通过采用氮化硼纳米管可提高液氧相容性，利用其高轴比的一维纳米结构，可产生多种裂纹偏转，起到增韧作用，同时含b-n键，具有良好的抗氧化性，可抑制环氧树脂在液氧环境下的氧化降解；还采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液氧环境用带法兰大直径无内衬的复合材料管路，其特征在于，包括连接段和管路段；
2.根据权利要求1所述的复合材料管路，其特征在于，所述防渗层浸渍后的的含胶量为45-55％，所述增强层和所述法兰层浸渍后的含胶量为25-35％；
3.根据权利要求1所述的复合材料管路，其特征在于，按照重量份数计，所述复合环氧树脂包括以下原料制备而成：复配环氧树脂80-100份、复合纳米填料5-10份、醚类稀释剂10-20份、阻燃剂5-15份和胺类固化剂30-50份；
4.根据权利要求3所述的复合材料管路，其特征在于，所述复配环氧树脂还包括聚酰亚胺和间苯二胺；所述含溴环氧树脂与聚酰亚胺的重量比为(2-4)：1，间苯二胺的用量为含溴环氧树脂环氧当量的2-5％；
5.根据权利要求3所述的复合材料管路，其特征在于，所述复合纳米填料包括改性氮化硼纳米管和改性氧化铝纳米片，重量比为1：(2-5)。
6.根据权利要求3所述的复合材料管路，其特征在于，所述阻燃剂为含有双键的磷酸丙烯酸酯类单体。
7.根据权利要求3所述的复合材料管路，其特征在
8.根据权利要求3所述的复合材料管路，其特征在于，所述醚类稀释剂包括乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、苯基缩水甘油醚和4-叔丁基苯基缩水甘油醚中的一种。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的复合材料管路的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中预固化温度50-90℃，预固化时间为1.5-2h；
...【技术特征摘要】
1.一种液氧环境用带法兰大直径无内衬的复合材料管路，其特征在于，包括连接段和管路段；
2.根据权利要求1所述的复合材料管路，其特征在于，所述防渗层浸渍后的的含胶量为45-55％，所述增强层和所述法兰层浸渍后的含胶量为25-35％；
3.根据权利要求1所述的复合材料管路，其特征在于，按照重量份数计，所述复合环氧树脂包括以下原料制备而成：复配环氧树脂80-100份、复合纳米填料5-10份、醚类稀释剂10-20份、阻燃剂5-15份和胺类固化剂30-50份；
4.根据权利要求3所述的复合材料管路，其特征在于，所述复配环氧树脂还包括聚酰亚胺和间苯二胺；所述含溴环氧树脂与聚酰亚胺的重量比为(2-4)：1，间苯二胺的用量为含溴环氧树脂环氧当量的2-5％；
5.根据权利要求3所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：屠硕，裴金迪，蔡立柱，田兆奇，
申请(专利权)人：沈阳欧施盾新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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