[發明專利]一種防滲防漏的運載火箭全復合材料低溫液氧貯箱的制備方法

有效

• 申請號: 201711278194.1
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108058406B
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發明（設計）人: 王曉蕾;王芳;劉千立;沈峰;李川;梁旭豪;郝旭峰;戴晶濱;田杰
• 申請（專利權）人: 上海復合材料科技有限公司
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29C70/54;B29L31/30
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種防滲防漏的運載火箭全復合材料低溫液氧貯箱的制備方法，包括如下步驟：將復合材料組合式芯模拼接完整后放置于纏繞機上，在模具上鋪覆一層或者多層完全浸透改性樹脂的膜或者氈；用與樹脂膠液混合后的碳纖維以螺旋和環向形式完全包覆在芯模表面，進行濕法纏繞，纏繞至設定層數后停止，形成纏繞層；在纏繞層上鋪覆一層或者多層完全浸透改性樹脂的膜或者氈，再繼續進行纏繞，直至纏繞至設定層數后停止；將完成纏繞工藝的貯箱放入固化爐中進行固化，完成后脫模，即得。本發明通過納米改性樹脂以及制造穩定的富樹脂層可有效的解決全復合材料低溫液氧貯箱在工程化應用過程中的滲漏問題，提高了航天產品的可靠性。

技術領域

本發明涉及復合材料成型，具體地，涉及一種防滲防漏的運載火箭全復合材料低溫液氧貯箱的制備方法。

背景技術

隨著航天科技的發展，對航天器性能的提高越來越受到各發達國家的重視。如何提高航天器的運載效率、降低成本成為了未來航天運載火箭以及航天飛行器的重要研究內容。燃料貯箱作為未來進行低地球軌道載人深空探索任務的航天器的關鍵部件，成為了減重的重點。另外，未來各航天大國重點發展方向為可重復使用航天飛行器Reusable LaunchVehicles(RLV)，是降低航天運輸費用、提高操作效率的一條十分有效的途徑，其最終的發展方向是完全重復使用和實現單級入軌。美國NASA對未來可重復使用飛行器的結構重量比例提出了要求，目前使用的金屬貯箱難以達到重復使用飛行的起飛質量要求。為了達到未來航天器的減重要求，各航天大國從民用運載到軍事用途，都圍繞貯箱減重開展了的相關研究并取得了一些成果。如美國為了其登月及登陸火星計劃所開展的ARES計劃，運載火箭的上面級計劃要采用復合材料低溫貯箱，可以大大降低重量，因而提高了入軌能力。下一代運載火箭計劃與傳統的一次性使用的航天器相比，貯箱減重成為了重點

根據相關文獻調研，現有的以碳纖維增強樹脂基復合材料作為纏繞層的壓力容器的成型形式多為內襯(包括金屬內襯、塑料內襯以及氣囊)上纏繞成型，其中，復合材料層僅作為結構層。因此，對于傳統的復合材料壓力容器，其中的金屬內襯可在很大程度上起到防止氣體泄漏的作用；然而對于無內襯全復合材料壓力容器，為了能夠防止氣體泄漏，必須采取一定的防范措施。

對于壓力容器而言，其變形不僅因載荷而引起，而且溫度的變化對其影響也非常顯著。當液氧貯箱注入液氧中，復合材料經受了大幅度的降溫沖擊，由于其橫向與縱向的冷熱變形不同，會在組分材料中引起應力，導致在層合板中會形成微裂紋，這種微裂紋一般都是沿著纖維方向，不同鋪層的角度不同，如果相鄰層合板的微裂紋相互重疊，就會產生微裂紋的交叉點，氣體的滲漏路徑就會由此形成，即氣體分子通過層合板之間的微裂紋和孔隙進行滲透。在高壓承載層合板中，由于形變產生大量的微裂紋和孔隙聚集形成通道，使得氣體分子可以沿著微裂紋形成的通道滲漏，從而造成復合材料層在低溫條件下會產生泄漏。

根據上述情況，僅僅通過適當的材料配置和鋪層使層合板的熱膨脹系數為零，即所謂的“零膨脹系數”設計，雖然可以在一定程度上避免在高低溫沖擊環境下微裂紋的產生，但是考慮到液氧與復合材料的相容性，以及航天工程的可靠性，通過在復合材料液氧貯箱內部樹脂層改性，并通過相關方法形成一層富樹脂穩定層可以更好地解決上述問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種防滲防漏的運載火箭全復合材料低溫液氧貯箱的制備方法，能夠避免全復合材料低溫液貯箱在經受低溫沖擊環境下微裂紋的產生，以及由于液氧與復合材料的相容性造成的貯箱泄漏的問題。

本發明通過以下技術方案實現：

一種防滲防漏的運載火箭全復合材料低溫液氧貯箱的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將復合材料組合式芯模拼接完整后放置于纏繞機上，在模具上鋪覆一層或者多層完全浸透改性樹脂的膜或者氈；

步驟2：用與樹脂膠液混合后的碳纖維以螺旋和環向形式完全包覆所述組合式芯模表面，進行濕法纏繞，纏繞至設定層數后停止，形成纏繞層；