一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩及其制備方法，具體地說，本發(fā)明涉及一種采用耐高溫鄰苯二甲腈樹脂組合物和纖維織物制備的電纜罩及其成型制備工藝方法，該鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩適用于高速飛行器外側(cè)電纜的高溫防隔熱保護(hù)和承受氣動(dòng)載荷。
【背景技術(shù)】
[0002]電纜罩是用于高速飛行器外側(cè)電纜的高溫保護(hù)罩。電纜罩熱環(huán)境瞬時(shí)氣動(dòng)加熱溫度高，還受到氣動(dòng)載荷的作用，需要采用既能滿足高溫?zé)g防熱和隔熱要求，又在高溫下具有一定的承載作用的材料制備保護(hù)罩體進(jìn)行電纜防護(hù)。國內(nèi)外最早的電纜罩方案是采用金屬殼體外表面噴熱防護(hù)涂層的方法，但是該方案電纜罩重量較重。
[0003]隨著飛行器性能的提升和復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展。國外開發(fā)研制了復(fù)合材料殼體外表面噴熱防護(hù)涂層的方案，以取代金屬電纜罩。國內(nèi)研究單位也開發(fā)研制了復(fù)合材料外表面噴熱防護(hù)涂層的電纜罩。但是采用該方案制備的電纜罩產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存過程中外層涂層容易碰觸受損脫落，維護(hù)很困難。此外隨著耐熱要求的提高，電纜罩外噴的涂層厚度越來越厚，導(dǎo)致涂層很容易剝離，可靠性差。
[0004]綜上所述，目前國內(nèi)外電纜罩采用復(fù)合材料外表面噴熱防護(hù)涂層的方案，但該方案存在涂層維護(hù)困難、容易剝離、可靠性較差、過厚的涂層導(dǎo)致減重效果差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩，該鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩包括外層材料和內(nèi)層材料，外層材料為鄰苯二甲腈復(fù)合材料，內(nèi)層材料為隔熱材料；
[0008]鄰苯二甲腈復(fù)合材料為碳纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料、玻璃纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料、芳綸纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料、石英纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料中的一種或其組合；
[0009]隔熱材料為氣凝膠、泡沫、隔熱氈、相變材料中的一種或其組合；
[0010]當(dāng)所述的內(nèi)層材料為氣凝膠時(shí)，外層材料和內(nèi)層材料的質(zhì)量比為100:0.5?5;
[0011 ]當(dāng)所述的內(nèi)層材料為泡沫時(shí)，外層材料和內(nèi)層材料的質(zhì)量比為100:2?10;
[0012]當(dāng)所述內(nèi)層材料為隔熱氈時(shí)，外層材料和內(nèi)層材料的質(zhì)量比為100:5?20;
[0013]當(dāng)所述內(nèi)層材料為相變材料時(shí)，外層材料和內(nèi)層材料的質(zhì)量比為100:5?30;
[0014]所述的碳纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料的樹脂基體為鄰苯二甲腈樹脂組合物，增強(qiáng)體為碳纖維；
[0015]所述的玻璃纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料的樹脂基體為鄰苯二甲腈樹脂組合物，增強(qiáng)體為玻璃纖維；
[0016]所述的芳綸纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料的樹脂基體為鄰苯二甲腈樹脂組合物，增強(qiáng)體為芳綸纖維；
[0017]所述的石英纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料的樹脂基體為鄰苯二甲腈樹脂組合物，增強(qiáng)體為石英纖維；
[0018]所述的鄰苯二甲腈樹脂組合物包括A組分、B組分和C組分，A組分、B組分、C組分的質(zhì)量比為100:2?30:0.05?10;其中A組分為鄰位雙鄰苯二甲腈、間位雙鄰苯二甲腈、不對(duì)稱雙鄰苯二甲腈中的一種或其組合;B組分為固化促進(jìn)劑;C組分為浸潤稀釋劑。
[0019]A組分、B組分、C組分的質(zhì)量比優(yōu)選為100:3?10:0.5?2。
[0020]所述的固化促進(jìn)劑為鄰炔基苯胺、間炔基苯胺、對(duì)炔基苯胺中的一種或其組合。[0021 ]所述的浸潤稀釋劑為丙烯酸脂類浸潤稀釋劑。
[0022]鄰苯二甲腈樹脂組合物的制備方法，步驟為:將A組分加熱到100?170°C，待A組分熔化后，加入B組分和C組分，并攪拌均勻，得到鄰苯二甲腈樹脂組合物，加熱溫度優(yōu)選為140?160。。。
[0023]—種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩的制備方法，步驟為:
[0024](一)制備外層材料；
[0025](二)制備內(nèi)層材料或內(nèi)層材料的預(yù)成型體；
[0026](三)在外層材料的內(nèi)表面共固化成型、發(fā)泡成型、粘接或機(jī)械連接內(nèi)層材料，即制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩。
[0027]所述步驟(一)制備外層材料的具體步驟如下:
[0028](I)在電纜罩模具上鋪覆纖維，然后合模；
[0029](2)將電纜罩模具加熱到150?170°C ；
[0030](3)將鄰苯二甲腈樹脂組合物加入高溫注射機(jī)樹脂罐中，加熱到150?170°C，將鄰苯二甲腈樹脂組合物在100?170°C下，溫度優(yōu)選為140?160°C，抽真空脫除氣泡；
[0031](4)在對(duì)電纜罩模具抽真空的條件下，采用15?20MPa以上的壓力將鄰苯二甲腈樹脂組合物注射入電纜罩模具腔中，保壓30?60分鐘；
[0032](5)將電纜罩模具升溫到200?250°C固化成型，再升溫到300?400°C后處理3?5小時(shí)，即制得外層材料。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0034](I)本發(fā)明的鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩自身耐熱等級(jí)高，具有燒蝕防熱性能，不需要外噴防熱涂層，可減少電纜罩重量30%以上，免除了涂層剝落風(fēng)險(xiǎn)、提高了可靠性，便于維護(hù)保養(yǎng)。
[0035](2)鄰苯二甲腈樹脂是一類新型的熱固性耐高溫樹脂。鄰苯二甲腈樹脂通過酚羥基和硝基的親電取代反應(yīng)，引入鄰苯二甲腈基團(tuán)，并以氰基為反應(yīng)基團(tuán)，固化形成芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)，且固化過程沒有小分子釋放。其長期耐熱溫度可以高達(dá)350°C，甚至450°C仍沒有明確的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。該樹脂體系還具有良好的力學(xué)性能，同時(shí)，鄰苯二甲腈樹脂具有很高的熱分解溫度和高溫殘重率，5 %失重溫度超過5000C，900°C殘重率超過70 % ,1000°C仍有50 %以上的殘重率，具有作為燒蝕材料的潛力。
[0036](3)另一方面鄰苯二甲腈樹脂既具有高溫結(jié)構(gòu)承載性，又具有一定的高溫?zé)g性，可制備成復(fù)合材料電纜罩，不加熱防護(hù)涂層，僅在其內(nèi)表面成型隔熱材料后即可直接用于電纜高溫防護(hù)。
【附圖說明】
[0037]圖1為實(shí)施例1中鄰苯二甲腈樹脂組合物的粘度一時(shí)間曲線；
[0038]圖2為實(shí)施例1中鄰苯二甲腈樹脂組合物固化后的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(DMA)測(cè)試儲(chǔ)能模量曲線；
[0039]圖3為實(shí)施例1中鄰苯二甲腈樹脂組合物固化后的熱失重曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明:
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042]—種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩，該鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩包括外層材料和內(nèi)層材料，外層材料為碳纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料，內(nèi)層材料為氣凝膠，外層材料和內(nèi)層材料的質(zhì)量比為100:1;
[0043]所述的碳纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料的樹脂基體為鄰苯二甲腈樹脂組合物，增強(qiáng)體為碳纖維；
[0044]鄰苯二甲腈樹脂組合物的制備方法，步驟為:將100份鄰位雙鄰苯二甲腈樹脂加熱至IJ100 °C，待該樹脂熔化后，加入2份鄰炔基苯胺，加入0.05份丙烯酸脂類浸潤稀釋劑C800，并攪拌均勻，得到鄰苯二甲腈樹脂組合物;將得到的鄰苯二甲腈樹脂組合物進(jìn)行粘度測(cè)試，其最低點(diǎn)粘度為67mPa.s，該組合物的粘度一時(shí)間曲線如圖1所示，由圖1中可知150°C下RTM工藝操作窗口時(shí)間為233min，大于3h ；
[0045]在使用該組合物時(shí)，將組合物在100°C下抽真空脫除氣泡，然后采用RTM高溫注射機(jī)在140°C下將樹脂組合物注入RTM模具中，并加熱到300°C，5h固化即可；
[0046]將該鄰苯二甲腈樹脂組合物固化后進(jìn)行耐熱性能測(cè)試，該鄰苯二甲腈樹脂組合物固化后的DMA曲線如圖2所示，由圖2中可知其Tg>530°C，該鄰苯二甲腈樹脂組合物固化后的熱失重曲線如圖3所示，由圖3中可知其Td5 = 552°C。該鄰苯二甲腈樹脂組合物固化后孔隙率為O。
[0047]在電纜罩模具上鋪覆碳纖維，然后合模;將模具加熱到150°C;將鄰苯二甲腈樹脂組合物加入高溫注射機(jī)樹脂罐中，加到150°C;在對(duì)模具抽真空的條件下，采用15MPa以上的壓力將100份鄰苯二甲腈樹脂組合物注射入模具腔中，保壓30分鐘;將模具升溫到200°C固化成型，再升溫到300°C后處理5小時(shí)，制得外層的碳纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料；
[0048]再在產(chǎn)品內(nèi)表面共固化成型I份氣凝膠，即可制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩。
[0049]該實(shí)施例1中的鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩不需要外噴防熱涂層，無涂層剝落風(fēng)險(xiǎn)，可靠性高，比現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合材料外表面噴熱防護(hù)涂層的方法減重54%。
[0050]實(shí)施例2
[0051]一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩，該鄰苯二甲腈復(fù)合材料電纜罩包括外層材料和內(nèi)層層材料，外層材料為玻璃纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料，內(nèi)層材料為相變材料，外層材料和內(nèi)層材料的質(zhì)量比為100:30;
[0052]所述的玻璃纖維/鄰苯二甲腈復(fù)合材料的樹脂基體為鄰苯二甲腈樹脂組合物，增強(qiáng)體為玻璃纖維；
[0053]鄰苯二甲腈樹脂組合物的制備方法，步驟為:將100份鄰位雙鄰苯二甲腈樹脂加熱至IJlOOtC，待該樹脂熔化后，加入10份鄰炔基苯胺，加入2份丙烯酸脂類浸潤稀釋劑C800，并攪拌均勻，得到組合物；
[0054]在電纜罩