[發(fā)明專利]玄武巖纖維布填充超高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010148729.5
• 申請(qǐng)日: 2010-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN101792026A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 哈躍;管公順;龐寶君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/52
• 分類號(hào): B64G1/52;D06M15/693;D06M15/55;D06M11/79
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 金永煥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前在航天器空間碎片超高速撞擊防護(hù)工程上廣泛采用的防護(hù)結(jié)構(gòu)形式，是在航天器主體艙壁結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)置防護(hù)屏障，稱為防護(hù)屏或防護(hù)板。空間碎片撞擊航天器時(shí)，首先與防護(hù)屏相撞，空間碎片被破碎成尺寸更小的二次碎片，其物理狀態(tài)也發(fā)生改變，如產(chǎn)生熔化或汽化等，即形成了“二次碎片云”。二次碎片云最終撞擊到航天器主體艙壁結(jié)構(gòu)時(shí)，已轉(zhuǎn)化為分散在較大撞擊面積上的多點(diǎn)撞擊，減輕了空間碎片對(duì)航天器主體艙壁結(jié)構(gòu)的損傷。這種防護(hù)概念是美國天體物理學(xué)家Whipple于1947年提出來的。在艙壁結(jié)構(gòu)外部，間隔一定距離設(shè)置一層鋁合金板防護(hù)屏的防護(hù)結(jié)構(gòu)，是航天器空間碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)型，稱為Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)。

填充Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)（StuffedWhippleShielding），簡(jiǎn)稱為填充防護(hù)結(jié)構(gòu)，是在Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)中的鋁合金防護(hù)屏（前板）和艙壁（后板）之間加入其他填充材料后形成的一種高性能防護(hù)結(jié)構(gòu)。在國際空間站(ISS)美國艙段上使用的填充防護(hù)結(jié)構(gòu)中的填充材料為Nextel陶瓷纖維布和Kevlar高強(qiáng)纖維布（簡(jiǎn)稱為N/K填充Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)）。Nextel陶瓷纖維布的一個(gè)主要作用是能比相同面密度的鋁合金板對(duì)撞擊彈丸產(chǎn)生更高的沖擊壓力從而對(duì)彈丸造成更充分的破碎。Kevlar高強(qiáng)纖維布布置在Nextel陶瓷纖維布后面，其強(qiáng)度重量比比鋁合金高出很多，Kevlar高強(qiáng)纖維布更有效地使彈丸碎片減速并且使碎片云的膨脹速度在撞到防護(hù)結(jié)構(gòu)后板之前降下來。

Kevlar和Nextel纖維都是高強(qiáng)度、高模量纖維，是空間碎片先進(jìn)防護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成材料；但是Nextel陶瓷纖維布的價(jià)格昂貴(約為5580元/千克)，國內(nèi)目前尚不能生產(chǎn)此類產(chǎn)品，在國際市場(chǎng)也難于買到。Kevlar高強(qiáng)纖維布國內(nèi)有相應(yīng)類似產(chǎn)品生產(chǎn)，但也價(jià)格高昂(約為350元/千克)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第39卷第5期（2007年5月出版）779-782刊載了作者為哈躍，龐寶君，管公順和張偉的題目為“玄武巖纖維布Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊損傷分析”的論文，該論文探討了將玄武巖纖維織物作為航天器空間碎片超高速撞擊損傷防護(hù)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)材料用于航天領(lǐng)域的可行性，探討了含玄武巖纖維混合編織材料的材料抗撞擊損傷防護(hù)作用（該論文沒有涉及單一玄武巖纖維材料），但是文中所謂的“玄武巖纖維布或玄武巖纖維織物”，實(shí)際上是以玄武巖纖維紗線為經(jīng)紗，以玻璃纖維紗線為緯紗的兩種材料混合編織材料，且是一層混編纖維布，同時(shí)采用的涂膠種類為氯丁膠，這些原因?qū)е铝嗽摬牧峡棺矒魮p傷防護(hù)性能不好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有N/K填充Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)中所用材料Kevlar和Nextel難于買到且成本高昂，及論文“玄武巖纖維布Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊損傷分析”中所涉及的材料抗撞擊損傷防護(hù)性能不好的問題，而提供玄武巖纖維布填充超高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

玄武巖纖維布填充超高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)材料的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、對(duì)玄武巖纖維布進(jìn)行噴膠處理，然后干燥；二、干燥后的玄武巖纖維布置于Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)中，即得到玄武巖纖維布填充超高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)材料；其中步驟一種噴膠的膠種采用氯丁膠、環(huán)氧樹脂膠或液體硅酸鈉。

本發(fā)明中玄武巖纖維布中的玄武巖纖維是高性能無機(jī)纖維，玄武巖纖維的主要成分是硅、鋁氧化物，硅、鋁氧化物構(gòu)成了骨架結(jié)構(gòu)，有利于提高纖維的彈性和化學(xué)穩(wěn)定性。玄武巖纖維中的硅、鋁氧化物通過氧原子連接形成連續(xù)的線性晶格，使纖維具有縱向的高強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)4GPa，彈性模量高達(dá)110GPa，玄武巖纖維在耐高溫、耐腐蝕、隔熱保溫及電絕緣性等方面具有優(yōu)良的性能。本發(fā)明采用玄武巖纖維布作為填充材料代替Nextel陶瓷布和Kevlar高強(qiáng)纖維的填充防護(hù)結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于航天器空間碎片超高速撞擊防護(hù)。

本發(fā)明中的玄武巖纖維布易于獲得且成本低，僅為35元/千克，同時(shí)具有較高的破碎彈丸能力和消耗彈丸撞擊能量能力，制備成玄武巖纖維布填充超高速撞擊防護(hù)結(jié)構(gòu)材料后的抗撞擊損傷防護(hù)效果比論文“玄武巖纖維布Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)超高速撞擊損傷分析”中所涉及的材料的防護(hù)效果好，而且與N/K填充Whipple防護(hù)結(jié)構(gòu)相比性能相當(dāng)或略優(yōu)。

附圖說明