[发明专利]一种布带缠绕酚醛复合材料制品的固化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料制品的固化方法，特别是涉及一种布带缠绕酚醛复合材料制品的固化方法。

背景技术

酚醛复合材料(如炭/酚醛和高硅氧/酚醛)作为一种轻质耐烧蚀材料在火箭发动机喷管扩张段、连接环、喷管背壁绝热层等部件上得到广泛应用。由于酚醛树脂固化为缩聚反应，伴随有水等小分子放出，为得到致密的制品，固化过程中必须加压。近年来国内在加成反应型酚醛树脂技术开发方面进行了大量工作，开发的新型酚醛树脂固化无小分子，可与环氧树脂一样，固化无需加压即可得到致密部件。但目前国内加成反应型酚醛树脂仍处理实验室研究阶段，距离工业化应用还有很长的时间。目前国内火箭发动机喷管扩张段等部件广泛应用的仍为缩聚反应型酚醛树脂，如低压钡酚醛树脂、氨酚醛树脂和硼酚醛树脂等，这些酚醛树脂固化必须加压，常用的加压方式为液压釜和气压釜。但是液压釜和气压釜加压固化存在工艺时间长(2-5天)、设备投入大、生产成本高等缺点，而且由于存在产品外表面起皱的固有问题，通常制品毛坯厚度加工余量大，不仅浪费原材料，而且因皱褶会扩展到产品内层，对增强纤维造成损伤，导致制品的环向强度较低。不仅如此，液压釜和气压釜的设备投入大，需配备复杂的加压系统和真空系统，并专门制作真空袋，最终导致液压釜和气压釜固化酚醛复合材料制品的成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有液压釜和气压釜固化工艺时间长、设备投入大、生产成本高等缺点，以及固化后产品起皱、环向强度低的缺点，而提供一种工艺周期短、成本低，且制作的酚醛复合材料制品不起皱、环向拉伸强度高的布带缠绕酚醛复合材料制品的固化方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种布带缠绕酚醛复合材料制品的固化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将预成型的炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯装到轻质缠绕芯模上；

(2)将带有预成型炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯的轻质缠绕芯模装到数控缠绕机上；

(3)用带孔塑料薄膜将预成型炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯封装；

(4)根据炭/酚醛或高硅氧/酚醛制品的形状尺寸，设计并调试纤维缠绕程序；

(5)采用低温固化环氧树脂、玻璃纤维纱湿法缠绕，在封装的预成型炭/酚醛毛坯或高硅氧/酚醛毛坯通体缠绕，作为加压层，其中所述低温固化的温度为50-80℃；

(6)将缠绕完加压层的炭/酚醛制品或高硅氧/酚醛制品放入固化炉的烘箱中升温固化，降温冷却后出固化炉，去除加压层，得到炭/酚醛制品或高硅氧/酚醛制品。

步骤(5)中所述玻璃纤维/环氧树脂缠绕中玻璃纤维缠绕的张力为50～70kN。

步骤(6)中所述烘箱固化的升温制度为两个固化温度区，第一温度区为环氧固化：80～100℃、2～4小时；第二温度区为酚醛固化：120～200℃、4～6小时。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明提出的酚醛复合材料部件的快速固化方法不仅克服了现有液压釜和气压釜固化工艺时间长、设备投入大、生产成本高等缺点，具有工艺周期短、成本低的优点。

(2)该方法解决了液压釜和气压釜固化后产品外表面起皱的问题，可实现净成型，大大减少毛坯投料量，而且无需制作真空袋，大大节约了原材料消耗。

(3)采用纤维数控缠绕机制作加压层，根据酚醛树脂特点设计不同保温台阶，因而可满足不同复杂形状、不同种类酚醛树脂基体复合材料部件加压固化的要求。

(4)采用带孔塑料薄膜将酚醛复合材料部件与玻璃纤维/环氧加压层分隔开，固化后加压层容易去除，无需加工，可实现净尺寸成型。

(5)由于解决了制品起皱问题，制品的拉伸强度比液压釜和气压釜固化的产品有较大提高，特别适合于制作对承载性能要求较高的部件。

附图说明

图1为采用本发明制作的炭/硼酚醛燃烧室的结构示意图。

图2为采用本发明制作的高硅氧/钡酚醛燃烧室的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，对于采用布带缠绕制作的炭/硼酚醛复合材料燃烧室毛坯1，可采用以下固化方法：将燃烧室毛坯1套到轻质芯模2上，然后安装到数控缠绕机上，缠绕包覆带孔薄膜，然后用玻璃纤维/环氧E51树脂预浸纱带缠绕一层作为加压层3；然后放置于固化炉中的烘箱中升温至80℃保温3小时；然后继续升温至175℃固化5小时；降温冷却后出炉去除加压层，得到炭/酚醛燃烧室的密度为1.42g/cm³。

实施例2

如图2所示，对于C/C扩张段4的布带缠绕高硅氧/钡酚醛背壁绝热层毛坯1可采用以下固化方法：将毛坯1套到轻质芯模2上，然后安装到数控缠绕机上，缠绕包覆带孔薄膜，然后用玻璃纤维/环氧E51树脂预浸纱带缠绕一层作为加压层3；然后放置于固化炉中的烘箱中升温至80℃保温3小时；然后继续升温至155℃固化4小时；降温冷却后出炉去除加压层，得到高硅氧/钡酚醛背壁绝热层的密度为1.67g/cm³。