[发明专利]耐高温纤维缠绕复合材料壳体的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于耐高温材料技术领域，具体涉及一种耐高温纤维缠绕复合材料壳体的制造方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有高比强、高比模、尺寸稳定等优异特性，在航空航天、汽车、医疗卫生等领域得到广泛应用。

随着航空航天事业的迅猛发展，对结构器件的重量、耐温性能要求更加严格。轻质、高强、耐高温复合材料气瓶对于减轻发动机的重量、提高飞行器的性能、降低发射成本等具有重要意义。

早在20世纪40年代，复合材料壳体在美国军用飞机上使用，随后，各国均对其进行了大量的研究工作，采用碳纤维缠绕环氧树脂复合材料壳体，耐热性能通常在130℃以下，但由于新型航空航天器件飞行环境的苛刻，对其使用温度不断提高，目前的制造方法较难满足轻质、高强、耐高温的技术要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种耐高温纤维缠绕复合材料壳体的制造方法，该方法制造的复合材料具有轻质、高强和耐高温的特点。

为了实现上述目的，本发明所设计的技术方案包括以下步骤：

1)石英砂芯模的制备：按照石英砂、聚乙烯醇和水的重量为100∶(1～2)∶6的比例配制石英砂混合胶粘剂，固化制备石英砂芯模，机加到与产品相适应的形状，将机加后的芯模组装到芯轴上；

2)在芯模中间筒段周围包裹一层聚四氟乙烯薄膜，芯模前段和后段表面则各刷涂一层脱模剂，以方便芯模与橡胶绝热层的分离；

3)在前后金属接头的内表面各贴上3层橡胶绝热层，然后将其分别安装在芯模的前段和后段上，在芯模中间筒段聚四氟乙烯薄膜上面及前后金属接头的外表面包覆2层橡胶绝热层，橡胶绝热层间刷涂AE橡胶胶粘剂(即三聚氰胺改性树脂)，增加橡胶层间的表面粘接力；所述橡胶绝热层为三元乙丙橡胶绝热层；

4)制备耐高温环氧树脂胶，环氧树脂：固化剂：促进剂按照重量比1：(0.2～0.6)：(0.005～0.006)的比例混合制得耐高温环氧树脂胶；所述环氧树脂由缩水甘油醚类环氧树脂和缩水甘油胺类环氧树脂组成，所述固化剂为甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑；

5)将连续碳纤维按照缠绕机穿纱顺序，依次通过出纱口，浸胶辊，在30～40℃下浸润在步骤4)制得的耐高温环氧树脂胶中；

6)连续碳纤维缠绕，使用步骤5)浸润过的连续碳纤维对步骤3)的橡胶绝热层进行缠绕，缠绕时采用纵向缠绕和环向缠绕相交替的方式进行，交替缠绕2～4次，每次环向缠绕和纵向缠绕的次数为1～2层，缠绕张力控制为12～20N/股；

7)在上述缠绕工艺结束后，对复合材料壳体进行固化，以1～2℃/min的升温速度，至100℃保温2小时，再依次升至120℃保温3小时，升至150℃保温4小时，升至180℃保温10小时，最后以不大于2℃/min的降温速度，使得壳体冷却到室温即完成固化；

8)在上述壳体固化工艺完成后，用高压水枪对芯模进行冲洗以溶解芯模，取出芯轴，并清除芯模中间筒段周围包裹的聚四氟乙烯薄膜，使得壳体内壁清洁干净，经吹干残留的水分，即得耐高温纤维缠绕复合材料壳体。

进一步地，所述步骤6)中，环向缠绕围绕着橡胶绝热层的中间筒段进行，环向缠绕面和橡胶绝热层轴心线夹角即环向缠绕角度为90度；纵向缠绕围绕着橡胶绝热层的中间筒段和前后金属接头缠绕，纵向缠绕面和橡胶绝热层轴心线夹角即纵向缠绕角度为15～45度，纵向缠绕时连续碳纤维从壳体的前金属接头(或后金属接头)绕经中间筒段至后金属接头(或前金属接头)，再绕经中间筒段回到前金属接头(或后金属接头)，如此反复进行缠绕完成。

进一步地，所述步骤6)中，纵向缠绕角度为32度，缠绕张力为18N/股。

进一步地，所述步骤5)中，所述连续碳纤维为日本东丽T700连续碳纤维或日本东丽T800连续碳纤维。

本发明的有益效果为：使用本发明方法制得的耐高温纤维缠绕复合材料壳体重量轻、可靠性高、成本低廉，常、高温(160℃)爆破压力均大于设计压力11MPa，可用于固体国体火箭发动机、飞行器推进系统用复合材料高压气瓶等航空航天上，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的耐高温纤维缠绕复合材料壳体成型结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的制备方法包括以下步骤：