[發明專利]一種帶端框的耐高溫復合材料艙段成型方法

有效

• 申請號: 201610237455.4
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105904741B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 潘玲英;趙偉棟;劉含洋;崔超;郭鴻俊
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明屬于耐高溫樹脂基復合材料技術領域，具體涉及一種帶端框的耐高溫復合材料艙段成型方法。

背景技術

為了提高導彈的生存能力和攻擊能力，導彈的飛行馬赫數不斷提高。高速導彈具有快速反應能力、強突防和高生存能力，可以有效地打擊高價值機動目標和時間敏感目標，在未來戰爭中的作用十分重要。高速導彈在稠密大氣層中機動飛行，將經受更加嚴重的氣動熱和大過載等復雜環境。其中，儀器艙、末修艙、彈翼等導彈重要組成部段，處在低熱流、長時間加熱的惡劣環境中，表面溫度短時高達400℃以上，傳統的碳/環氧復合材料及碳/雙馬復合材料已無法滿足其使用要求。目前，為了滿足彈體耐熱、承載的要求，大量使用鈦合金構件代替碳/環氧復合材料及碳/雙馬復合材料，或者在原有的碳/環氧復合材料及碳/雙馬復合材料表面增加防熱層的厚度，這將大幅度增加彈體重量，降低彈體機動性能，結構耐熱和輕質化難題相當突出。

纖維增強熱固性聚酰亞胺樹脂基復合材料具有輕質、耐高溫、耐低溫、耐輻射、耐腐蝕、化學穩定、力學性能優異等優點。20世紀70-80年代美國NASA研制成功的一類易于加工成型的PMR型熱固性聚酰亞胺樹脂PMR-15。克服了熱塑性聚酰亞胺樹脂不溶不熔，難于加工成型的技術難點，已經取得了長足的發展和實際應用。為了提高聚酰亞胺復合材料的耐熱氧化穩定性，美國隨后又研制成功了耐371℃第二代聚酰亞胺，如PMR-II-50、AFR-700B、V-CAP等產品。第二代聚酰亞胺樹脂的最低熔體黏度很大，一般在幾千Pa.s以上，而PMR-15的最低熔體黏度為200～300Pa.s。相比PMR-15樹脂，第二代聚酰亞胺樹脂的耐溫等級雖然有了很大的提高，但是降低了復合材料成型工藝性，對擴大其工程應用造成了阻礙。盡管如此，由于其具有優異的耐高溫性能、機械性能、介電性能等綜合性能國外的聚酰亞胺復合材料已經在導彈的彈體、彈翼、進氣道、整流罩、鼻錐、尾翼、天線罩、航空發動機上的壓氣機靜子結構、進氣道、輪壓氣機進氣道等高溫部段上的到了實際應用。更高的耐420℃的聚酰亞胺復合材料在國外也處于研制階段，并實行了嚴格技術保密，未見其應用的相關報道。國內耐溫等級為370℃的聚酰亞胺復合材料的應用研究處于初期階段，耐420℃聚酰亞胺復合材料應用尚屬空白。

作為一種新型帶端框的耐420℃高溫聚酰亞胺復合材料艙段，成型中涉及到材料、工藝、鋪層設計等多方面的問題，且構件整體成型的研究目前尚缺乏，因此要研制結構/防熱一體化的輕質耐420℃高溫聚酰亞胺帶端框艙段，尚需在成型工藝上實現突破。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種帶端框的耐高溫復合材料艙段的成型方法，采用低溫亞胺化、高溫亞胺化和固化分段階梯加熱加壓的成型工藝，解決了聚酰亞胺復合材料固化過程中樹脂黏度高，揮發份含量高，導致的構件成形難度大、質量差的難題，減少了復合材料構件的缺陷率，提高了復合材料構件的合格率，節省了制造成本，有效減少防熱層的厚度，實現結構減重。

本發明的技術解決方案是：一種帶端框的耐高溫復合材料艙段的成型方法，通過以下步驟實現：

(1)、制造帶端框艙段成型模具和制備預浸料，所述成型模具包括端框亞胺化模具和艙段整體成型模具；

(2)、端框和艙段蒙皮鋪層：分別在端框亞胺化模具和艙段整體成型模具上利用步驟(1)制備的預浸料進行鋪層；

(3)、端框、蒙皮低溫亞胺化：分別在鋪層好的端框模具和艙段整體成型模具預浸料上依次包覆隔離材料、吸膠材料、透氣材料和密封材料四種輔助材料，將包覆好輔助材料的端框模具和艙段整體成型模具同時在熱壓罐中進行低溫亞胺化得到端框預成型體和蒙皮預成型體，亞胺化溫度為120℃～150℃；

(4)、去除步驟(3)低溫亞胺化得到的蒙皮預成型體和端框預成型體表面的輔助材料，將端框預成型體脫模后放置在還位于艙段整體成型模具上的蒙皮鋪層之上，對端框和蒙皮的組合體進行鋪層；

(5)艙段高溫亞胺化：將步驟(4)中艙段整體成型模具上鋪層好的端框和蒙皮組合體依次包覆好步驟(3)所述的四種輔助材料后在熱壓罐中進行高溫亞胺化得到艙段預成型體，高溫亞胺化溫度為170℃～230℃；

(6)艙段固化：拆除步驟(5)中的輔助材料后，將步驟(5)得到的艙段預成型體上重新包覆輔助材料進行熱壓罐固化，固化溫度為340℃-400℃；

(7)艙段高溫后處理，將固化完成后脫模的帶端框艙段在烘箱中進行高溫后處理，所述后處理溫度為370～450℃。