[發明專利]一種結構承載-燒蝕防熱一體化復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010988875.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112265347A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 李麗英;尹先鵬;李崢;汪東;柯紅軍;吳霄;王國勇
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: B32B27/12
• 分類號: B32B27/12;B32B27/20;B32B27/42;B32B27/28;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/04;B32B27/38;B32B33/00;B29C70/44
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

本發明提出一種結構承載?燒蝕防熱一體化復合材料及其制備方法。該一體化復合材料包括結構承載層和燒蝕防熱層，其中，結構承載層選用碳纖維增強樹脂基復合材料，燒蝕防熱層選用纖維增強耐燒蝕樹脂復合材料，然后采用共固化成型工藝制備一體化復合材料。本發明中制備的一體化復合材料具有成型工藝簡單、生產周期短、可靠性高的優點，同時，相較于傳統金屬承載方式實現有效減重，可廣泛應用于航天飛行器艙體結構。

技術領域

本發明涉及一種結構承載-燒蝕防熱一體化復合材料及其制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

飛行器的輕量化研究工作一直是國內外航空航天學科研究的重點之一，在滿足飛行任務前提下，降低飛行器的重量是一直追求的目標，而采用復合材料結構件是實現減重的最有效途徑，碳纖維復合材料由于其輕質、高強、可設計性的特點被廣泛應用于航空航天領域。目前，高馬赫數飛行器大面積艙體熱防護措施主要采用在金屬承載結構外成型燒蝕材料，此方法存在制備周期長、生產成本高、可靠性低的缺點。同時，金屬承載結構不利于飛行器的輕量化設計。

結構承載-燒蝕防熱一體化熱防護系統是一種新型的集防熱結構與承載結構于一體的結構形式，不僅能夠完成防熱隔熱功能，而且能夠承受氣動載荷和結構載荷。目前典型的一體化熱防護系統主要有波紋夾芯、剛性隔熱條、多層級一體化熱防護系統，其中波紋夾芯結構存在腹板熱短路效應，會對結構的防熱性能產生影響，剛性隔熱條結構制造工藝比較復雜，在設計和制造過程中需考慮隔熱條與壁板之間的粘接強度，多層級一體化熱防護系統中連接結構較為復雜，導致成型工藝難度大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種結構承載-燒蝕防熱一體化復合材料及其制備方法，一體化復合材料以碳纖維復合材料作為承載結構(即結構承載層)，耐燒蝕樹脂復合材料作為防熱結構(即燒蝕防熱層)，復合材料采用共固化方式經模壓成型或熱壓罐成型工藝制備。

本發明的技術解決方案：

一種結構承載-燒蝕防熱一體化復合材料，其包括結構承載層和燒蝕防熱層；所述結構承載層為碳纖維增強樹脂基復合材料，所述燒蝕防熱層為纖維增強耐燒蝕樹脂復合材料；所述結構承載層和所述燒蝕防熱層通過共固化方式一次成型制備。

一種結構承載-燒蝕防熱一體化復合材料的制備方法，主要包括以下步驟：

(1)將用于結構承載層的碳纖維預浸料均勻鋪覆在模具上；

(2)鋪覆好的碳纖維預浸料進行預壓實；

(3)在預壓實后的碳纖維預浸料之上，將用于燒蝕防熱層的纖維增強耐燒蝕樹脂預浸料與碳纖維預浸料交替鋪層，作為過渡區域；

(4)將纖維增強耐燒蝕樹脂預浸料均勻鋪覆在過渡區域之上；

(5)將碳纖維預浸料、纖維增強耐燒蝕樹脂預浸料進行共固化成型，得到結構承載-燒蝕防熱一體化復合材料。

進一步地，本發明步驟(1)中所述的碳纖維預浸料所用碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維中的至少一種；所述碳纖維預浸料所用樹脂體系包括但不局限于環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂、苯并噁嗪樹脂。

進一步地，本發明步驟(2)中將鋪覆好的碳纖維預浸料在40-80℃的條件下進行預壓實 2-8h，根據所選用的樹脂軟化點選擇合適預壓實溫度，保證固化成型后的產品質量。

進一步地，本發明步驟(3)中所述的纖維增強耐燒蝕樹脂預浸料所用纖維為石英纖維、高硅氧纖維、酚醛纖維、莫來石纖維、碳化硅纖維、碳纖維、氧化鋁纖維中的至少一種；所述耐燒蝕樹脂為酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、苯并噁嗪樹脂中的至少一種。

進一步地，本發明中制備的一體化復合材料中承載結構所用樹脂體系與防熱結構所用樹脂體系應具有相似的固化制度，滿足結構承載層與燒蝕防熱層通過共固化方式一次成型。