本發(fā)明涉及一種高速飛行器的活動(dòng)舵與機(jī)身之間起耐熱防護(hù)領(lǐng)域，特別是一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板及其制作方法。

背景技術(shù)：

高速飛行器的活動(dòng)舵與機(jī)身之間起耐熱防護(hù)作用的耐熱護(hù)板，其前段為半錐形突起，后段為平板狀。由于其受到強(qiáng)烈的氣動(dòng)加熱作用，耐熱護(hù)板的工作溫度最高在450℃以上。

由于耐熱護(hù)板與舵之間的間隙很小，因此對耐熱護(hù)板的尺寸精度要求很高，還必須耐溫等級高、高溫承載性、高溫變形小。傳統(tǒng)的耐熱護(hù)板采用鈦合金外噴防熱涂層的方案，但其涂層容易脫落，可靠性差，質(zhì)量過重。隨著飛行器性能要求的進(jìn)一步提升，其減重要求愈加迫切，傳統(tǒng)的金屬方案已經(jīng)嚴(yán)重阻礙其減重要求。此外，若采用酚醛樹脂基復(fù)合材料制備耐熱護(hù)板，則其耐溫等級不足，高溫氣流沖刷下將出現(xiàn)損壞或較大熱變形；采用2D鋪層復(fù)合材料，則會在高溫下出現(xiàn)鼓泡分層現(xiàn)象；以上均會導(dǎo)致耐熱護(hù)板和舵之間出現(xiàn)干涉，嚴(yán)重影響舵的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致飛行器飛行失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板及制作方法，該鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板成型技術(shù)制備的產(chǎn)品耐溫等級高、尺寸穩(wěn)定性好、高溫變形小、承載性好、減重效果顯著，解決了傳統(tǒng)金屬方案質(zhì)量太重的問題，解決了酚醛樹脂基復(fù)合材料方案耐溫等級不足，高溫下尺寸變形較大的問題。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板，耐熱護(hù)板包括前段和后段兩個(gè)部分連接形成；其中耐熱護(hù)板前段為半錐形突起，后段為平板狀，所述耐熱防護(hù)板由編織物與樹脂組成。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板，所述的耐熱護(hù)板由2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂組成。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板，所述2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂的體積比為100：54～150。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板，所述2.5D編織物為2.5D石英纖維編織物、2.5D碳纖維編織物、2.5D玻璃纖維編織物中的一種或幾種的混合編織物。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板的制作方法，包括如下步驟：

步驟(一)、采用2.5D編織方式，按照半錐形突起部位形狀和尺寸，逐層控制每層編織的尺寸，每相鄰兩層之間纖維跨層連接，且纖維跨層連接的面積為每層纖維層面積的以此類推直至編織出半錐形突起部位預(yù)制體；

步驟(二)、采用2.5D編制方式，按照平板形底板產(chǎn)品形狀和尺寸，逐層控制每層編織的面積和尺寸，實(shí)現(xiàn)每相鄰兩層之間纖維跨層連接，且纖維跨層連接的面積為每層纖維層面積的以此類推直至編織出平板部位預(yù)制體；

步驟(三)、將半錐形突起部位預(yù)制體縫合于平板形底板預(yù)制體前端，制成2.5D整體編織物；

步驟(四)、2.5D整體編織物表層采用碳纖維細(xì)紋織物鋪層，每層鋪層時(shí)間間隔0.8-1.2s，防止高溫下溶劑揮發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差；

步驟(五)、將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，并進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注；

步驟(六)、鄰苯二甲腈復(fù)合材料固化，制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板的制作方法，所述步驟(三)中，縫合密度范圍為0.5～8針/cm²。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板的制作方法，所述步驟(五)中，RTM灌注溫度為140～200℃；RTM灌注壓力為15-25MPa。

在上述的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板的制作方法，所述步驟(六)中，固化溫度為300～400℃；固化時(shí)間為3～5h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明采用耐溫鄰苯二甲腈復(fù)合材料制備耐熱護(hù)板，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度≥450℃，5％熱失重溫度≥500℃，400℃彎曲強(qiáng)度保持率≥60％；解決了酚醛樹脂基復(fù)合材料耐溫等級低，高溫承載性能不足、高溫尺寸穩(wěn)定性不足的問題；

(2)本發(fā)明采用2.5D編織體方案，解決了傳統(tǒng)技術(shù)中采用2D鋪層復(fù)合材料高溫下易鼓包分層的問題；

(3)本發(fā)明采用舵突起部位和底板預(yù)制體分別制備再縫合組合的技術(shù)，解決整體編織難題，降低成本，補(bǔ)充縫合密度為0.5～8針/cm²，通過縫合密度范圍優(yōu)化，既提高復(fù)合材料層間性能，又避免明顯縫合損傷導(dǎo)致嚴(yán)重的面內(nèi)損傷

(4)本發(fā)明鄰苯二甲腈復(fù)合材料方案比傳統(tǒng)金屬方案減重≥30％。

(5)本發(fā)明將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，在140～200℃下用15～25MPa的壓力進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注；解決了傳統(tǒng)耐高溫樹脂灌注溫度大于260℃、成功率特別低的問題；

(6)本發(fā)明在對半錐形突起部位、平板部位進(jìn)行編織時(shí)，采用每相鄰兩層之間纖維跨層連接，且纖維跨層連接的面積為每層纖維層面積的不僅提高了每層之間的連接強(qiáng)度，且有效的減小了耐熱護(hù)板的重量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明復(fù)合材料耐熱護(hù)板示意圖；

圖2為本發(fā)明復(fù)合材料耐熱護(hù)板制作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

如圖1所示為復(fù)合材料耐熱護(hù)板示意圖，由圖可知，本發(fā)明的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板；包括前段和后段兩個(gè)部分；其中其前段為半錐形突起，后段為平板狀；其由2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂組成。

所述2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂的體積比為100：54～150；

所述2.5D編織物為2.5D石英纖維編織物、2.5D碳纖維編織物、2.5D玻璃纖維編織物中的一種或其混合編織物。

本發(fā)明提供的一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板成型技術(shù)，其成型步驟如下：

步驟(一)、采用2.5D編織方式，按照半錐形突起部位形狀和尺寸，逐層控制每層編織的尺寸，每相鄰兩層之間纖維跨層連接，且纖維跨層連接的面積為每層纖維層面積的以此類推直至編織出半錐形突起部位預(yù)制體；

步驟(二)、采用2.5D編制方式，按照平板形底板產(chǎn)品形狀和尺寸，逐層控制每層編織的面積和尺寸，實(shí)現(xiàn)每相鄰兩層之間纖維跨層連接，且纖維跨層連接的面積為每層纖維層面積的以此類推直至編織出平板部位預(yù)制體；

步驟(三)、將半錐形突起部位預(yù)制體縫合于平板形底板預(yù)制體前端，制成2.5D整體編織物；縫合密度范圍為0.5～8針/cm²。

步驟(四)、2.5D整體編織物表層采用碳纖維細(xì)紋織物鋪層，每層鋪層時(shí)間間隔0.8-1.2s，防止高溫下溶劑揮發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差；

步驟(五)、將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，并進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注；RTM灌注溫度為140～200℃；RTM灌注壓力為15-25MPa。

步驟(六)、鄰苯二甲腈復(fù)合材料固化，制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板，固化溫度為300～400℃；固化時(shí)間為3～5h。

實(shí)施例1

一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板；其前段為半錐形突起，后段為平板狀。其由2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂組成。所述2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂的體積比為100：54所述2.5D編織物為2.5D石英纖維編織物。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板成型技術(shù)步驟為：(1)采用2.5D編織方式，仿形編織出半錐形突起部位預(yù)制體。(2)采用2.5D編制方式，仿形編織出平板形底板預(yù)制體。本實(shí)施例中半錐形突起部位預(yù)制體和平板形底板預(yù)制體均為42層，相鄰層纖維跨層連接部分占每層面積的(3)將半錐形突起部位預(yù)制體縫合于平板形底板預(yù)制體前端，制成2.5D整體編織物，其縫合密度為0.5針/cm²。(4)2.5D整體編織物表層采用細(xì)紋織物鋪層，防止高溫下溶劑揮發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差。(5)將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，在150℃下用15MPa的壓力進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注。(6)在300℃下固化5h，即制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料方案比傳統(tǒng)金屬方案減重40％，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度530℃，5％熱失重溫度552℃，400℃彎曲強(qiáng)度保持率81％。

實(shí)施例2

一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。其前段為半錐形突起，后段為平板狀。其由2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂組成。所述2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂的體積比為100：100；所述2.5D編織物為2.5D碳纖維編織物。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板成型技術(shù)步驟為：(1)采用2.5D編織方式，仿形編織出半錐形突起部位預(yù)制體；(2)采用2.5D編制方式，仿形編織出平板形底板預(yù)制體；本實(shí)施例中半錐形突起部位預(yù)制體和平板形底板預(yù)制體均為39層，相鄰層纖維跨層連接部分占每層面積的(3)將半錐形突起部位預(yù)制體縫合于平板形底板預(yù)制體前端，制成2.5D整體編織物，其縫合密度為6針/cm²；(4)2.5D整體編織物表層采用細(xì)紋織物鋪層，防止高溫下溶劑揮發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差；(5)將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，在200℃下用20MPa的壓力進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注；(6)在400℃下固化3h，即制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料方案比傳統(tǒng)金屬方案減重42％，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度480℃，5％熱失重溫度530℃，400℃彎曲強(qiáng)度保持率70％。

實(shí)施例3

一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。其前段為半錐形突起，后段為平板狀。其由2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂組成。所述2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂的體積比為100：110；所述2.5D編織物為2.5D石英纖維和玻璃纖維混合編織物。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板成型技術(shù)步驟為：(1)采用2.5D編織方式，仿形編織出半錐形突起部位預(yù)制體。(2)采用2.5D編制方式，仿形編織出平板形底板預(yù)制體，本實(shí)施例中半錐形突起部位預(yù)制體和平板形底板預(yù)制體均為43層，相鄰層纖維跨層連接部分占每層面積的(3)將半錐形突起部位預(yù)制體縫合于平板形底板預(yù)制體前端，制成2.5D整體編織物，其縫合密度為2針/cm²。(4)2.5D整體編織物表層采用細(xì)紋織物鋪層，防止高溫下溶劑揮發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差。(5)將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，在180℃下用25MPa的壓力進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注。(6)在300℃下固化5h，即制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料方案比傳統(tǒng)金屬方案減重41％，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度502℃，5％熱失重溫度530℃，400℃彎曲強(qiáng)度保持率78％。

實(shí)施例4

一種鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。其前段為半錐形突起，后段為平板狀。其由2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂組成。所述2.5D編織物和鄰苯二甲腈樹脂的體積比為100：150；所述2.5D編織物為2.5D玻璃纖維編織物。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板成型技術(shù)步驟為：(1)采用2.5D編織方式，仿形編織出半錐形突起部位預(yù)制體。(2)采用2.5D編制方式，仿形編織出平板形底板預(yù)制體，本實(shí)施例中半錐形突起部位預(yù)制體和平板形底板預(yù)制體均為45層，相鄰層纖維跨層連接部分占每層面積的(3)將半錐形突起部位預(yù)制體縫合于平板形底板預(yù)制體前端，制成2.5D整體編織物，其縫合密度為1針/cm²。(4)2.5D整體編織物表層采用細(xì)紋織物鋪層，防止高溫下溶劑揮發(fā)嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差。(5)將2.5D整體編織物鋪于RTM模具中，在160℃下用20MPa的壓力進(jìn)行鄰苯二甲腈樹脂RTM灌注。(6)在350℃下固化4h，即制得鄰苯二甲腈復(fù)合材料耐熱護(hù)板。該鄰苯二甲腈復(fù)合材料方案比傳統(tǒng)金屬方案減重38％，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度460℃，5％熱失重溫度520℃，400℃彎曲強(qiáng)度保持率70％。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。