[发明专利]一种复合材料托座本体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种托座本体的制备方法，特别是一种复合材料托座本体的制备技术。

背景技术

随着航空航天技术的迅速发展，已大量采用燃油发动机作为动力推进系统。因此，托座本体作为承载燃气压力，防止燃气直接冲刷飞行器并提供支撑及动力推进的关键部件，已广泛应用于各类航空航天发射器或发射装置中。以发射筒托座本体为例，除了具有上述功能外，还必须具有轻质、高强、耐热、抗冲刷，可重复使用等众多复合功能。

而传统的金属材料托座本体质量重，强度低，加工周期长，耐候性不好，在存储，转运及装配的过程中都需要专门的保护和处理，大大增加工序的复杂性。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合材料托座本体及其制备方法，解决金属材料托座本体密度大，强度低，比模量低，加工周期长，耐候性差等诸多问题。

复合材料托座本体为圆弧盖形状，圆弧盖下部有圆台，内部有加强筋，包括气密层，承载层，结构层3部分，气密层由双酚A型环氧树脂、甲基四氢苯酐与玻璃纤维表面毡，玻璃纤维平纹布固化而成，双酚A型环氧树脂与甲基四氢苯酐的比例为100∶80～85，树脂总含量30％～40％；承载层由3K碳纤维环氧平纹预浸布组成，3K碳纤维平纹预浸布，碳纤维为T300级，环氧树脂为双酚A型，树脂含量40％～45％；结构层由12K碳纤维环氧平纹预浸布组成，12K碳纤维平纹预浸布，碳纤维为T700级，环氧树脂为双酚A型，树脂含量40％～45％。

复合材料托座本体的主要制备方法为：

第一步，由产品结构，设计并制造模压成型模具，模具必须具备排胶结构，顶出装置；第二步，根据托座本体结构进行铺层设计，将产品分为气密层、承载层和结构层三种不同的功能层；第三步，按照设计出的铺层方式，进行预浸布的裁剪；第四步，将玻璃纤维表面毡和玻璃纤维平纹布铺贴产品气密层，3K碳纤维平稳预浸布铺贴产品结构层，12K碳纤维预浸布铺贴产品结构层，并且采用随型铺贴，交接错位，局部补强的方式，对模具的上下模，同时进行铺贴；第五步，所有铺贴完成后，在20℃～25℃条件下合模，并加压至2.5MPa，分别在模具温度到达45℃～55℃，45℃～55℃后保持30min，80℃～85℃三个时间点对模具分别加压至5MPa、10MPa、15MPa。模具温度最终升高到150℃～160℃并保温60min，在确保各层功能性的同时一次整体成型，解决了传统制备方法中各功能层单独成型容易出现的分层，层间强度差等问题，使得材料既有良好的固化度、力学性能，同时生产效率为最优。第六步，保压状态下，待模具温度降低至30℃～40℃时，利用模具的顶出机构进行脱模。第七步，去毛刺、飞边。

对于有特殊要求的复合材料托座本体，可在制品成型后，在其表面喷涂涂层。由于复合材料托座本体选用环氧树脂作为基体材料，与大部分涂料的基体材料类似，因此，复合材料托座本体表面与涂料之间不存在明显的界面问题，涂料的附着力也必将大大优于金属材料，从而满足复合材料托座本体特殊的性能要求。

采用本技术制备的贮运发射筒复合材料托座本体，一旦完成模具加工，后续制品生产的周期与传统金属材料相比将大大降低。产品的结构及尺寸稳定，生产一致性好，重量仅为金属材料1/5，并且具有成本低，比强，比模量高，抗腐蚀，隔热、减振等特点。经过承压实验验证，可承受至少1.1MPa的燃气冲刷压力，以及1.6MPa以上静态水压。

附图说明

图1(a)是贮运发射筒复合材料托座本体俯视图；

图1(b)是贮运发射筒复合材料托座本体仰视图；

图2是贮运发射筒托座本体铺层剖面图；

其中1为气密层、2为承载层、3为结构层。

具体实施方式

实施例1一种贮运发射筒复合材料托座本体铺层模压制备技术

采用本发明成型后的贮运发射筒复合材料托座本体外形最大直径约为678mm，圆台直径约为555.5mm，加强筋宽约为30mm，总高度约为100mm。贮运发射筒复合材料托座本体采用模具热压成型，由模具保证托座本体结构和尺寸。具体制备流程如下：

第一步，按照托座本体的外形，设计并制造模具，凸模和凹模。模具采用半溢式垂直分型结构，导向系统采用内置导柱导向，在制品的四个安装台面位置设计顶出块，利用预埋螺钉进行顶出。即解决了制品脱模的难题，又不会在制品表面留下顶出的痕迹。同时在顶出块下方设计流胶口，起到了良好的排胶作用，并在顶出块与模具，上下模具配合尺寸上预留0.1～0.15mm配合间隙，极大地增强了模具的排气及排胶效果；