[發明專利]一種布帶纏繞酚醛復合材料制品的固化方法

有效

• 申請號: 200710018703.7
• 申請日: 2007-09-19
• 公開（公告）號: CN101121291A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 閆聯生;崔紅;姚冬梅;蘇紅;宋麥麗;楊星
• 申請（專利權）人: 西安航天復合材料研究所
• 主分類號: B29C35/02
• 分類號: B29C35/02;B29K61/04
• 代理公司: 西安創知專利事務所
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明涉及一種復合材料制品的固化方法，特別是涉及一種布帶纏繞酚醛復合材料制品的固化方法。

背景技術

酚醛復合材料(如炭/酚醛和高硅氧/酚醛)作為一種輕質耐燒蝕材料在火箭發動機噴管擴張段、連接環、噴管背壁絕熱層等部件上得到廣泛應用。由于酚醛樹脂固化為縮聚反應，伴隨有水等小分子放出，為得到致密的制品，固化過程中必須加壓。近年來國內在加成反應型酚醛樹脂技術開發方面進行了大量工作，開發的新型酚醛樹脂固化無小分子，可與環氧樹脂一樣，固化無需加壓即可得到致密部件。但目前國內加成反應型酚醛樹脂仍處理實驗室研究階段，距離工業化應用還有很長的時間。目前國內火箭發動機噴管擴張段等部件廣泛應用的仍為縮聚反應型酚醛樹脂，如低壓鋇酚醛樹脂、氨酚醛樹脂和硼酚醛樹脂等，這些酚醛樹脂固化必須加壓，常用的加壓方式為液壓釜和氣壓釜。但是液壓釜和氣壓釜加壓固化存在工藝時間長(2-5天)、設備投入大、生產成本高等缺點，而且由于存在產品外表面起皺的固有問題，通常制品毛坯厚度加工余量大，不僅浪費原材料，而且因皺褶會擴展到產品內層，對增強纖維造成損傷，導致制品的環向強度較低。不僅如此，液壓釜和氣壓釜的設備投入大，需配備復雜的加壓系統和真空系統，并專門制作真空袋，最終導致液壓釜和氣壓釜固化酚醛復合材料制品的成本較高。

發明內容

本發明的目的是針對現有液壓釜和氣壓釜固化工藝時間長、設備投入大、生產成本高等缺點，以及固化后產品起皺、環向強度低的缺點，而提供一種工藝周期短、成本低，且制作的酚醛復合材料制品不起皺、環向拉伸強度高的布帶纏繞酚醛復合材料制品的固化方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種布帶纏繞酚醛復合材料制品的固化方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)將預成型的炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯裝到輕質纏繞芯模上；

(2)將帶有預成型炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯的輕質纏繞芯模裝到數控纏繞機上；

(3)用帶孔塑料薄膜將預成型炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯封裝；

(4)根據炭/酚醛或高硅氧/酚醛制品的形狀尺寸，設計并調試纖維纏繞程序；

(5)采用低溫固化環氧樹脂、玻璃纖維紗濕法纏繞，在封裝的預成型炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯通體纏繞，作為加壓層，其中所述低溫固化的溫度為50-80℃；

(6)將纏繞完加壓層的炭/酚醛制品或高硅氧/酚醛制品放入固化爐的烘箱中升溫固化，降溫冷卻后出固化爐，去除加壓層，得到炭/酚醛制品或高硅氧/酚醛制品。

步驟(5)中所述玻璃纖維/環氧樹脂纏繞中玻璃纖維纏繞的張力為50～70kN。

步驟(6)中所述烘箱固化的升溫制度為兩個固化溫度區，第一溫度區為環氧固化：80～100℃、2～4小時；第二溫度區為酚醛固化：120～200℃、4～6小時。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

(1)本發明提出的酚醛復合材料部件的快速固化方法不僅克服了現有液壓釜和氣壓釜固化工藝時間長、設備投入大、生產成本高等缺點，具有工藝周期短、成本低的優點。

(2)該方法解決了液壓釜和氣壓釜固化后產品外表面起皺的問題，可實現凈成型，大大減少毛坯投料量，而且無需制作真空袋，大大節約了原材料消耗。

(3)采用纖維數控纏繞機制作加壓層，根據酚醛樹脂特點設計不同保溫臺階，因而可滿足不同復雜形狀、不同種類酚醛樹脂基體復合材料部件加壓固化的要求。

(4)采用帶孔塑料薄膜將酚醛復合材料部件與玻璃纖維/環氧加壓層分隔開，固化后加壓層容易去除，無需加工，可實現凈尺寸成型。

(5)由于解決了制品起皺問題，制品的拉伸強度比液壓釜和氣壓釜固化的產品有較大提高，特別適合于制作對承載性能要求較高的部件。

附圖說明

圖1為采用本發明制作的炭/硼酚醛燃燒室的結構示意圖。

圖2為采用本發明制作的高硅氧/鋇酚醛燃燒室的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，對于采用布帶纏繞制作的炭/硼酚醛復合材料燃燒室毛坯1，可采用以下固化方法：將燃燒室毛坯1套到輕質芯模2上，然后安裝到數控纏繞機上，纏繞包覆帶孔薄膜，然后用玻璃纖維/環氧E51樹脂預浸紗帶纏繞一層作為加壓層3；然后放置于固化爐中的烘箱中升溫至80℃保溫3小時；然后繼續升溫至175℃固化5小時；降溫冷卻后出爐去除加壓層，得到炭/酚醛燃燒室的密度為1.42g/cm³。

實施例2

如圖2所示，對于C/C擴張段4的布帶纏繞高硅氧/鋇酚醛背壁絕熱層毛坯1可采用以下固化方法：將毛坯1套到輕質芯模2上，然后安裝到數控纏繞機上，纏繞包覆帶孔薄膜，然后用玻璃纖維/環氧E51樹脂預浸紗帶纏繞一層作為加壓層3；然后放置于固化爐中的烘箱中升溫至80℃保溫3小時；然后繼續升溫至155℃固化4小時；降溫冷卻后出爐去除加壓層，得到高硅氧/鋇酚醛背壁絕熱層的密度為1.67g/cm³。