一种耐高温复合材料弹翼及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种高速导弹用耐高温复合材料弹翼及其制备方法。


背景技术：

2.弹翼在导弹飞行过程中承受气动载荷并提供升力，随着导弹速度的增加，气动加热效应越来越剧烈，当导弹飞行速度达到2马赫时，前缘驻点温度达到100℃，3马赫时350℃，5马赫时1000℃以上。目前弹翼主要有合金钢、钛合金、铝合金、钢骨架加复合材料蒙皮等结构形式，合金钢结构重量大，钛合金价格高，成型困难，在超过500℃时，其表面也需要增加非金属材料来隔热，铝合金在超过300℃时力学性能急剧降低，钢骨架加复合材料蒙皮结构装配困难。近年来有不少关于耐高温复合材料弹翼的研究，但发现有的复合材料力学性能较好，但不抗烧蚀，比如聚酰亚胺树脂基复合材料，tg接近500℃，但其不耐烧蚀，价格也比较昂贵，有的复合材料抗烧蚀，但力学性能不够，比如酚醛树脂基复合材料，也有将两者结合起来，表面用抗烧蚀的酚醛树脂，里面用高温力学性能好的聚酰亚胺树脂，但又存在两者粘接界面问题。因此迫切需要一种耐高温复合材料弹翼，既能满足高温时的承载要求，又成型简单，重量轻，且成本低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐高温复合材料弹翼及其制备方法。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.一种耐高温复合材料弹翼，其主要包含结构层、隔热层和抗烧蚀层三部分，除前缘、翼梢和后缘之外的表面存在隔热层；仅前缘、翼梢和后缘存在抗烧蚀层。
6.结构层为碳纤维织物或玻璃纤维织物/邻苯二甲腈树脂预浸料。
7.隔热层为高硅氧纤维织物或玻璃纤维织物/邻苯二甲腈树脂预浸料。
8.抗烧蚀层为高硅氧短切纤维/邻苯二甲腈树脂预混料。
9.所述的弹翼的结构层、隔热层和抗烧蚀层所用的树脂相同，均为邻苯二甲腈等含有cn三键的树脂体系，该树脂高温力学性能良好，tg≥350℃，抗烧蚀性能优异，线烧蚀率为0.083mm/s(酚醛树脂约为0.1mm/s)，900℃烧蚀时残碳率≥70％，隔热性能也较好，热导率为0.4w/m
·
k。
10.所述的隔热层的预浸料中添加玻璃微珠、酚醛微球等空心填料，使隔热层的热导率≤0.5w/m
·
k，且隔热层厚度≥0.5mm。
11.所述的抗烧蚀层厚度≥10mm。
12.一种耐高温复合材料弹翼的制备方法，使用湿法预浸料机将邻苯二甲腈树脂与碳纤维织物，玻璃纤维织物，高硅氧织物等制成预浸料，使用搅拌釜将邻苯二甲腈树脂与高硅氧短切纤维制成预混料，先将下表面的隔热层手工铺贴到阴模中，然后铺贴结构层，再铺贴
上表面的隔热层，最后手工铺撒抗烧蚀层，合上阳模后放置到压机上，加热加压将其整体固化成型。
13.成型模具由阴模、阳模、顶模块和限位块四部分组成。
14.前缘、翼梢和后缘直接模压成型到规定尺寸，翼根区域需要预留至少10mm余量，成型后机加到规定尺寸。
15.与现有技术相比，本发明的积极效果是：
16.(1)耐高温；
17.(2)强度高；
18.(3)重量轻；
19.(4)整体成型；
20.(5)成本低。
附图说明
21.图1是本发明的结构图；
22.图2是本发明的横截面放大剖视图；
23.图3是本发明所使用的成型模具示意图；
24.附图中的标记为：1.结构层；2.隔热层；3抗烧蚀层；4.阴模；5顶模块；6.限位块；7.阳模。
具体实施方式
25.以下提供本发明一种耐高温复合材料弹翼及其制备方法的具体实施方式。
26.实施例1
27.本实施例提供一种耐高温复合材料弹翼，如图1和图2所示，所述弹翼由结构层1、隔热层2和抗烧蚀层3三部分组成。结构层1为碳纤维织物(或玻璃纤维织物)/邻苯二甲腈树脂预浸料，隔热层2为高硅氧纤维织物(或玻璃纤维织物)/邻苯二甲腈树脂预浸料，抗烧蚀层3为高硅氧短切纤维/邻苯二甲腈树脂预混料。
28.根据弹翼外形、载荷、强度和刚度要求，使用patran和nastran强度计算软件，确定结构层1的材料、铺层数量及角度。
29.使用ansys软件对温度场和烧蚀量进行模拟，并通过吹风试验确定隔热层2和抗烧蚀层3的厚度。
30.使用catia三维软件绘制弹翼数模及铺层图。
31.使用catia三维软件绘制弹翼成型模具数模，成型模具由阴模4、阳模7、顶模块5和限位块6四部分组成。
32.本实施例中的耐高温复合材料弹翼的制备方法，主要包括以下步骤：
33.(1)使用湿法预浸料机将邻苯二甲腈树脂与碳纤维织物、玻璃纤维织物、高硅氧织物等制成预浸料。
34.(2)使用搅拌釜将邻苯二甲腈树脂与高硅氧短切纤维制成预混料。
35.(3)在阴模4中，手工铺贴弹翼下表面的隔热层2。
36.(4)铺贴结构层1。
37.(5)铺贴弹翼上表面的隔热层2。
38.(6)手工铺撒抗烧蚀层3。
39.(7)合上阳模7后，将模具放置到压机上，加热加压将其固化成型。
40.(8)开模后，使用顶模块5将弹翼顶出。
41.(9)翼根区域使用数控铣床加工到规定尺寸。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，其主要包含结构层、隔热层和抗烧蚀层三部分，除前缘、翼梢和后缘之外的表面存在隔热层；仅前缘、翼梢和后缘存在抗烧蚀层。2.根据权利要求1所述的一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，结构层为碳纤维织物或玻璃纤维织物/邻苯二甲腈树脂预浸料。3.根据权利要求1所述的一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，隔热层为高硅氧纤维织物或玻璃纤维织物/邻苯二甲腈树脂预浸料。4.根据权利要求1所述的一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，抗烧蚀层为高硅氧短切纤维/邻苯二甲腈树脂预混料。5.根据权利要求1所述的一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，所述的弹翼的结构层、隔热层和抗烧蚀层所用的树脂相同，均为邻苯二甲腈含有cn三键的树脂体系，该树脂高温力学性能良好，tg≥350℃，抗烧蚀性能优异，线烧蚀率为0.083mm/s，900℃烧蚀时残碳率≥70％，隔热性能也较好，热导率为0.4w/m
·
k。6.根据权利要求1所述的一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，所述的隔热层的预浸料中添加玻璃微珠、酚醛微球等空心填料，使隔热层的热导率≤0.5w/m
·
k，且隔热层厚度≥0.5mm。7.根据权利要求1所述的一种耐高温复合材料弹翼，其特征在于，所述的抗烧蚀层厚度≥10mm。8.一种耐高温复合材料弹翼的制备方法，其特征在于，其包含步骤为，使用湿法预浸料机将邻苯二甲腈树脂与碳纤维织物，玻璃纤维织物，高硅氧织物等制成预浸料，使用搅拌釜将邻苯二甲腈树脂与高硅氧短切纤维制成预混料，先将下表面的隔热层手工铺贴到阴模中，然后铺贴结构层，再铺贴上表面的隔热层，最后手工铺撒抗烧蚀层，合上阳模后放置到压机上，加热加压将其整体固化成型。9.根据权利要求8所述的一种耐高温复合材料弹翼的制备方法，其特征在于，成型模具由阴模、阳模、顶模块和限位块四部分组成。10.根据权利要求8所述的一种耐高温复合材料弹翼的制备方法，其特征在于，前缘、翼梢和后缘直接模压成型到规定尺寸，翼根区域需要预留至少10mm余量，成型后机加到规定尺寸。
技术总结
本发明涉及一种耐高温复合材料弹翼及其制备方法，其主要包含结构层、隔热层和抗烧蚀层三部分，除前缘、翼梢和后缘之外的表面存在隔热层；仅前缘、翼梢和后缘存在抗烧蚀层；其制备方法为：使用湿法预浸料机将邻苯二甲腈树脂与碳纤维织物、玻璃纤维织物、高硅氧织物等制成预浸料，使用搅拌釜将邻苯二甲腈树脂与高硅氧短切纤维制成预混料，先将下表面的隔热层手工铺贴到阴模中，然后铺贴结构层，再铺贴上表面的隔热层，最后手工铺撒抗烧蚀层，合上阳模后放置到压机上，加热加压将其整体固化成型。本发明的积极效果是：(1)耐高温；(2)强度高；(3)重量轻；(4)整体成型；(5)成本低。(5)成本低。(5)成本低。


技术研发人员：戈家荣 周恒 朱高良 罗海良
受保护的技术使用者：精功（绍兴）复合材料技术研发有限公司
技术研发日：2021.03.28
技术公布日：2021/6/25