本發(fā)明涉及復(fù)合材料成型工藝，具體提供一種梯度密度耐燒蝕材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、高速飛行器在大氣層中飛行時,由于飛行速度過高，導(dǎo)致周圍的空氣溫度急劇升高，而且熱能迅速向飛行器表面?zhèn)鬟f，導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)外表面溫度急劇升高，傳統(tǒng)材料密度大、導(dǎo)熱系數(shù)高，無法應(yīng)用于高速飛行器的熱防護系統(tǒng)。

2、燒蝕防熱是單次使用的航天器防熱結(jié)構(gòu)中最重要的一種防熱方式，屬于半被動熱控制技術(shù)，燒蝕結(jié)構(gòu)是通過在熱流作用下，材料發(fā)生分解、熔化、蒸發(fā)、升華、侵蝕等物理化學(xué)變化，通過材料表面質(zhì)量的消耗帶走大量的熱，阻止外部熱量向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞而達到防熱的效果。而傳統(tǒng)的熱防護系統(tǒng)由耐燒蝕層與隔熱層分別成型后粘接而成，膠粘劑的耐溫性嚴重影響整個熱防護系統(tǒng)的性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，利用rtm（resin?transfer?molding，即樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)）工藝，對具有梯度密度的2.5d預(yù)制體注射改性酚醛樹脂，其中耐燒蝕層和隔熱層為一體制成，且在耐燒蝕層與隔熱層之間采用了z向的針刺，相比于傳統(tǒng)分別成型后粘接的方法，本發(fā)明獲得的耐燒蝕材料具有比熱大、導(dǎo)熱系數(shù)小、殘?zhí)悸矢摺蛹魪姸雀叩葍?yōu)點。

2、本發(fā)明提供的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，包括：

3、s1：提供預(yù)制體，預(yù)制體包括一體制成的高密度纖維層和低密度纖維層，高密度纖維層用于制備梯度密度耐燒蝕材料的耐燒蝕層，低密度纖維層中用于制備所述梯度密度耐燒蝕材料的隔熱層；

4、s2：在梯度密度耐燒蝕材料的制備模具中涂打脫模劑；

5、s3：在制備模具中鋪放預(yù)制體；

6、s4：對制備模具抽真空，利用rtm注射機向制備模具注射已經(jīng)過真空脫泡工藝處理的改性酚醛樹脂，獲得梯度密度耐燒蝕材料。

7、優(yōu)選的，預(yù)制體中設(shè)有z向刺針，用以提高耐燒蝕層和隔熱層的層剪強度。

8、優(yōu)選的，預(yù)制體由高硅氧布和玻璃纖維網(wǎng)胎制成。

9、優(yōu)選的，制備模具上設(shè)有至少一個注膠口和一個排膠口。

10、優(yōu)選的，s2中，至少涂打2次脫模劑。

11、優(yōu)選的，預(yù)制體的厚度大于梯度密度耐燒蝕材料的理論制備厚度，厚度差至少為2毫米。

12、優(yōu)選的，改性酚醛樹脂進行真空脫泡時的真空度為-0.07mpa～-0.1mpa。

13、優(yōu)選的，s4中，利用rtm注射機向制備模具注射改性酚醛樹脂的過程為：

14、使制備模具內(nèi)部的真空度為-0.1mpa；

15、開啟注膠口，利用0.5mpa壓力向制備模具注射改性酚醛樹脂，直至改性酚醛樹脂完全填充制備模具，并記錄初次注射時間；

16、開啟排膠口，繼續(xù)分多次向制備模具注射改性酚醛樹脂，排出氣泡。

17、優(yōu)選的，還包括：

18、s5：將制備模具中的梯度密度耐燒蝕材料進行固化；

19、s6：對梯度密度耐燒蝕材料進行脫模；

20、s7：將脫模后的梯度密度耐燒蝕材料進行烘干。

21、優(yōu)選的，s5中，固化時對制備模具中的梯度密度耐燒蝕材料初次加熱升溫至60℃，初次加熱升溫的時間為60分鐘；在60℃條件下保溫固化60分鐘后，二次加熱升溫至110℃，二次加熱升溫的時間為100分鐘，并在110℃條件下保溫固化500分鐘；

22、s7中，烘干時將脫模后的梯度密度耐燒蝕材料加熱升溫至110℃，加熱升溫的時間為120分鐘；并在110℃條件下保溫固化600分鐘。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

24、本發(fā)明中的預(yù)制體為一體制成，預(yù)制體劃分為高密度纖維層和低密度纖維層，利用高密度纖維層制備耐燒蝕層，高密度的纖維排列能夠有效地吸收和分散熱量，提高熱穩(wěn)定性，降低熱導(dǎo)率；利用低密度纖維層制備隔熱層，低密度的纖維排列能夠降低材料的熱容量和提高隔熱效率，并且還可以減輕結(jié)構(gòu)的重量，梯度密度纖維層能夠兼顧耐燒蝕層與隔熱層不同的熱物屬性，以滿足不同的性能需求。此外，耐燒蝕層與隔熱層之間采用了z向針刺，增加了層剪強度，一體制成方法既縮短了耐燒蝕層和隔熱層分別成型的工藝周期，也避免了傳統(tǒng)方法中膠粘劑對整體熱防護系統(tǒng)的影響。

25、本發(fā)明采用改性酚醛樹脂，并對注射改性酚醛樹脂的過程進行了優(yōu)化，能夠有效避免耐燒蝕材料出現(xiàn)孔隙率過大的問題；本發(fā)明利用rtm工藝注射改性酚醛樹脂，獲得的耐燒蝕材料表面狀態(tài)良好、比熱大、導(dǎo)熱系數(shù)小、殘?zhí)悸矢?、層剪強度高、成型尺寸精度可控，極大減少后期研配的工作量。

技術(shù)特征：

1.一種梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)制體中設(shè)有z向刺針，用以提高所述耐燒蝕層和隔熱層的層剪強度。

3.如權(quán)利要求1所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)制體由高硅氧布和玻璃纖維網(wǎng)胎制成。

4.如權(quán)利要求1所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述制備模具上設(shè)有至少一個注膠口和一個排膠口。

5.如權(quán)利要求1所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述s2中，至少涂打2次脫模劑。

6.如權(quán)利要求3所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)制體的厚度大于所述梯度密度耐燒蝕材料的理論制備厚度，厚度差至少為2毫米。

7.如權(quán)利要求1所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，改性酚醛樹脂進行真空脫泡時的真空度為-0.07mpa～-0.1mpa。

8.如權(quán)利要求4所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述s4中，利用rtm注射機向所述制備模具注射改性酚醛樹脂的過程為：

9.如權(quán)利要求8所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，還包括：

10.如權(quán)利要求9所述的梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于，所述s5中，固化時對所述制備模具中的梯度密度耐燒蝕材料初次加熱升溫至60℃，初次加熱升溫的時間為60分鐘；在60℃條件下保溫固化60分鐘后，二次加熱升溫至110℃，二次加熱升溫的時間為100分鐘，并在110℃條件下保溫固化500分鐘；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及復(fù)合材料成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種梯度密度耐燒蝕材料的制備方法，包括以下步驟：制備預(yù)制體，預(yù)制體包括用于制備耐燒蝕層的高密度纖維層和用于制備隔熱層的低密度纖維層；根據(jù)成型產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)設(shè)計制備模具，將預(yù)制體鋪放在制備模具中，利用RTM注射機向制備模具真空注射改性酚醛樹脂，經(jīng)過固化、烘干后獲得梯度密度耐燒蝕材料。本發(fā)明以低成本、高效率的方法，完成了具有梯度密度耐燒蝕材料的制備，采用了一體制成的預(yù)制體，工藝簡單且制備周期短，避免了傳統(tǒng)方法中膠粘劑對耐燒蝕層和隔熱層連接可靠性的影響，同時預(yù)制體內(nèi)部有Z向針刺纖維的增強，提升了界面強度，省略了緩沖層制備過程。

技術(shù)研發(fā)人員：商偉輝,李玉龍,宋慶飛,董志武,白皓,任杭,宋慶楠
受保護的技術(shù)使用者：長春宇航新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23