[發明專利]航天器殼體材料及其RTM成型工藝和注射成型系統

無效

• 申請號: 201210476517.9
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102935754A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 尹昌平;曾竟成;肖加余;江大志;劉鈞;邊立平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B32B27/38
• 分類號: B32B27/38;B29C70/48
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術領域

本發明涉及一種纖維增強復合材料及其成型制備工藝，尤其涉及一種具有多功能層的復合材料及其RTM成型工藝。

背景技術

低壓液體模塑技術（Liquid?Composite?Molding，簡稱LCM）是廣泛應用于大尺寸復合材料構件制備的成型工藝，其是指將液態聚合物注入鋪有纖維預成型體的閉合模腔中，或加熱熔化預先放入模腔內的樹脂膜，液態聚合物在流動充模的同時完成樹脂/纖維的浸潤并經固化成型成為制品的一類制備發工藝技術。樹脂傳遞模塑（Resin?Transfer?Molding，以下簡稱RTM）、樹脂膜熔滲（Resin?Film?Infusion，以下簡稱RFI）是最常見的先進LCM工藝技術。LCM工藝技術可一步浸漬成型帶有夾芯、加筋、預埋件的大型構件，可按結構要求鋪放纖維，具有高性能、低成本的制造優勢，是現今復合材料低成本制造技術的主要發展方向。

RTM工藝是一種采用剛性閉合模具制造復合材料的技術，工藝原理如圖1所示。RTM工藝是在陽模12和陰模11組成的模具型腔中預先放置增強材料預成型體13，合模夾緊后，在一定的溫度和壓力下將經靜態混合器混合均勻的樹脂體系經注射系統15的注膠口14注入到模具型腔中，通過抽真空系統17進行抽真空，使樹脂體系浸漬增強材料預成型體13（多余的樹脂從出膠口16抽出），最后經固化、脫模得到制品。RTM工藝因其具有制品尺寸精度高、厚度均勻、孔隙率低、揮發份少等優點，已成為先進復合材料低成本制造技術的主要發展方向之一。

對于某些復合材料構件而言，比如某些航天（飛行）器殼體，殼體內層要求具有足夠的剛度以保證整體結構的承載性，殼體外層要求能耐高溫和耐沖刷以阻擋氣動熱，從而保證艙內儀器的安全。此類航天器殼體在工作時其外表面要承受很高的溫度，最高一般可達到1000℃，在高溫和高速氣流沖刷條件下，結構體表面普遍采用燒蝕防熱復合材料，它是通過材料在熱流作用下發生分解、熔化、蒸發、升華等多種吸熱和散熱的物理和化學變化，以自身的質量消耗帶走大量熱能，防止熱量傳入內部結構，從而達到防熱的目的。對耐燒蝕復合材料而言，基體樹脂對復合材料的性能有著重要影響，其中最重要的特性就是成碳特性，即成碳率的高低與碳化層的堅實程度，在已知不同類型的樹脂中，酚醛樹脂的成碳率是最高的；但是傳統的酚醛樹脂脆性較大，而且由于其固化反應是縮聚反應，反應放出大量的水和小分子，這會造成復合材料制品的孔隙率較大，已不能滿足更高的要求，這已成為了制約其在RTM制備樹脂基耐燒蝕構件中應用的瓶頸。

此外，傳統的RTM工藝只能注射單一樹脂，對于上述具有多功能層的航天器殼體復合材料構件來說，通常的制備方法是采用RTM工藝分別制備各功能層，再將其粘接在一起，這樣不但增加了工藝的難度和復雜性，而且也降低了整體結構的可靠性。如若采用同時注射的方式一次性整體制備該類復合材料構件，首先由于不同類型樹脂的注射工藝特性和固化工藝特性相差很大，兩種不同類型的樹脂很難實現同時注射和同步固化；其次由于兩種樹脂同時進入模腔，不同功能層的增強體之間沒有隔離層，兩種不同類型的樹脂膠液會產生混流。可見，對于該類具有多功能層的復合材料構件的一次整體成型，現有的RTM成型技術中一直無法有效地解決。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種成本低、整體性好、力學性能好且耐熱性好的航天器殼體材料，還提供一種工藝步驟少、工藝設備投入小、成本低、效率高、有利于一次整體成型的航天器殼體材料的RTM成型工藝，還提供一種結構簡單、組裝方便、成本低、可用于RTM一次性整體成型多功能層復合材料的RTM成型工藝用的注射成型系統。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種航天器殼體材料（特別適用于具有耐熱和承載兩種功能層的殼體材料），主要由內層復合材料和外層復合材料組成，所述內層復合材料是以E-44環氧樹脂和芳胺類GA-327固化劑體系為內層基體，所述外層復合材料是以苯并噁嗪樹脂為外層基體，所述內層復合材料和外層復合材料中間通過一聚砜膜層實現過渡和融合，所述殼體材料是通過RTM工藝進行同時注射、同步固化且一次整體成型后制備得到。

上述的航天器殼體材料中，優選的，所述苯并噁嗪樹脂在76℃～140℃的溫度范圍內粘度低于800mPa·s，且粘度在800mPa·s以下的保持時間大于20min。

上述的航天器殼體材料中，優選的，所述E-44環氧樹脂在60℃～90℃的溫度范圍內粘度低于800mPa·s，且粘度在800mPa·s以下的保持時間大于20min。