CN106516084B - 整流罩用碳纤维复合材料型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开整流罩用碳纤维复合材料型材，包括碳纤维复合材料型材本体，所述碳纤维复合材料型材本体上开设有漏水孔；碳纤维复合材料包括若干层碳纤维层、若干层树脂基层、铜网层；所述一层铜网层设置在最外侧，树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置；在所述漏水孔的外侧覆盖有挡水布；所述挡水布平整地胶合在所述漏水孔外侧的周边以及内壁上。本发明还公开制备整流罩用碳纤维复合材料型材的方法。本发明防止静电集中、雷击附着点与传统的碳纤维复合材料一体成型、快速、高效防止漏水孔周围及其内壁腐蚀现象发生的优点。

Description

整流罩用碳纤维复合材料型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及整流罩技术领域，尤其涉及整流罩用碳纤维复合材料型材及其制备方法。
背景技术
整流罩用于保护卫星及其它有效载荷，以防止载荷受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。
现有技术的整流罩通过在其表面进行火焰喷铝，来防止静电集中。但是，该方法易污染，而且铝的价格高且通过火焰喷铝后的整流罩其重量大。
专利申请201620136405.2公开了一种飞机尾部整流罩，通过铜网来增加雷击附着点。铜材本身具有良好的导电性，而且价格相对比较便宜，该方法也无污染。但是，该专利通过直接在整流罩表面铺设铜网，存在安装麻烦、安装成型后，铜网与整流罩形状的吻合度不高，占有体积大的不足；另外，相互间的结合牢固也有待改善。
整流罩长期暴露在外界空气中，其内部会发生一定量的积水，积水长时间积存在整流罩中，会腐蚀载荷或者整流罩本身。因此，现有技术往往通过在整流罩上设置漏水孔，实现积水的流出。
由于很多整流罩其表面采用碳纤维复合材料制备，积水流出时，会浸入至碳纤维复合材料中，破坏碳纤维复合体系中树脂层与纤维层之间的粘合性，降低其界面作用，从而腐蚀表面。
有的研究人员通过在漏水孔的表面覆盖一层挡水布，利用挡水布的隔挡作用，将碳纤维复合材料与水隔离，减少表面被腐蚀的几率。但是，由于腐蚀的出现不仅发生在整流罩的外表面，在漏水孔的内壁上仍然可能出现腐蚀现象。
而现有技术，无法满足同时在漏水孔的内壁、漏水孔的外侧覆盖平整的挡水布。比如，若先保证漏水孔内壁上的挡水布平整，则在抚平漏水孔外侧的挡水布时，势必因为外力将刚胶合在漏水孔内壁上的挡水布剥离，使得挡水布与漏水孔内壁之间出现类此于鼓泡的空心区域或者在挡水布与漏水孔内壁结合的边缘裂开，致使两者之间的结合牢度降低，挡水布容易脱落。另外，挡水布虽然能起到防水的作用，但是布的组织结构如平纹组织、斜纹组织、缎纹组织、经编、纬编决定其是有空隙的，不能完全限制水浸入布中，当水浸没挡水布进入空心区域后，会长时间停留在空心层区域中，腐蚀材料。而先保证漏水孔外侧的挡水布平整，后保证漏水孔内壁上的挡水布平整会造成与上述同样的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供防止静电集中、将雷击附着点与传统的碳纤维复合材料一体成型、快速、高效防止漏水孔周围及其内壁腐蚀现象发生。结合牢度强的整流罩用碳纤维复合材料型材及其制备方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：整流罩用碳纤维复合材料型材，包括碳纤维复合材料型材本体，所述碳纤维复合材料型材本体上开设有漏水孔；所述碳纤维复合材料型材本体包括若干层碳纤维层、若干层树脂基层、一层铜网层；所述一层铜网层设置在最外侧，树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置；在所述漏水孔的外侧覆盖有挡水布；所述挡水布平整地胶合在所述漏水孔外侧的周边以及内壁上。
优选地：所述树脂基层包括环氧树脂、ABS树脂、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶中的一种。
优选地：所述挡水布的材质为玻璃纤维、聚酯纤维、PVC纤维、聚氨酯纤维、环氧树脂纤维、丙纶的一种或几种。
优选地：所述若干层碳纤维层包括聚丙烯腈基活性碳纤维毡、酚醛基活性碳纤维毡、粘胶基活性碳纤维毡、沥青基活性碳纤维毡、纤维素基活性碳纤维毡、聚丙烯腈基活性碳纤维布、酚醛基活性碳纤维布、粘胶基活性碳纤维布、沥青基活性碳纤维布、纤维素基活性碳纤维布的一种或几种。
制备上述的整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，包括以下步骤：
(1)浸胶：将若干块碳纤维片浸入至树脂胶液中；
(2)铺叠：将若干块碳纤维片、一层铜网依次铺叠在模具上，保证铜网位于最外层；
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空处理；
(4)定型：将步骤(3)复合材料进行加热、加压处理；
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔；
(6)封漏水孔：将挡水布中涂有粘接剂的一面覆盖在漏水孔的外侧；或者在漏水孔的内壁、漏水孔外侧的周围均涂覆粘接剂，再将挡水布覆盖在漏水孔的外侧；将挡水布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布平整地胶合；将导向棒导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边；取出导向棒。
优选地：在所述导向棒长度与所述漏水孔的深度相同；在所述导向棒的端部设置有限位条，所述限位条与所述导向棒可拆卸连接。
优选地：在所述导向棒的表面涂覆有脱模剂或者平滑剂。
优选地：所述步骤(4)的加热温度为200～230℃、压力为5～8个大气压。
优选地：所述步骤(3)抽真空至1.0E-3Pa～5.0E-3Pa。
优选地：所述粘接剂包括聚氨酯、环氧树脂、ABS树脂、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶中的一种。
本发明的优点在于：
本发明通过将铜网层与传统的碳纤维复合材料采用一体成型的方式结合成整体，将铜网牢牢的铺叠在碳纤维复合材料的表面。本发明的整流罩结构，一方面利用铜材的良好导电性，通过铜材传导电荷，防止雷击现象的出现；另一方面，由于在工装阶段，将铜网与碳纤维复合材料同时铺叠，一体成型，提高了结合牢度。
本发明在对漏水口外侧周边的挡水布进行抚平时，由于漏水口内壁中的挡水布被导向棒侧壁压紧在漏水口内壁中，漏水口内壁中的挡水布不会发生因为抚平外力而导致漏水口内壁中的挡水布被撕扯，促使其与漏水口内壁之间的粘合性下降，进而从漏水口内壁上剥离的问题。本发明能够实现挡水布同时平整地粘合在漏水口内壁、漏水口外侧的周边上。
进一步，限位条的设置，(1)在保证导向棒完全导入至漏水孔中同时，又防止因导向棒进一步深入而使得导向棒的端部抵触到挡水布，造成挡水布受外力而从漏水口内壁剥离；(2)在抚平漏水口外侧周边的挡水布前，将限位条拆卸掉，避免因限位条遮挡部分挡水布而影响抚平的顺利进行；抚平后，再次安装，方便导向棒从漏水孔中拨出。
进一步，在所述导向棒的表面涂覆有脱模剂或者平滑剂。本发明使用的脱模剂或者平滑剂均为现有技术。通过脱模剂或者平滑剂提高导向棒表面的平滑度，便于导向棒***至漏水孔中，也能防止在拨导向棒时，由于部分粘接剂透过挡水布，粘合在导向棒上，致使导向棒取出困难。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明在挡水布平整地胶合在漏水孔的内壁后，导向棒未***漏水孔状态下的结构示意图。
图3为本发明中限位条第一次安装在导向棒状态下的结构示意图。
图4为本发明中挡水布平整地胶合在漏水孔的外侧周边状态下的结构示意图。
图5为本发明中限位条第二次安装在导向棒状态下的结构示意图。
图6为本发明封边后的结构示意图。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合实施例对其作进一步说明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例公开一种整流罩用碳纤维复合材料型材，包括碳纤维复合材料型材本体1，碳纤维复合材料型材本体1上开设有漏水孔。碳纤维复合材料型材本体1的材质为碳纤维复合材料。碳纤维复合材料包括若干层碳纤维层3、若干层树脂基层4、一层铜网层5。铜网层5、树脂基层4、碳纤维层3由外之内依次交错设置。铜网层5位于最外层，当然碳纤维层3或者树脂基层4层都可以位于最内层。若碳纤维层3位于最外层，则最外层的碳纤维层3单层浸胶。
在漏水孔的外侧覆盖有挡水布6。挡水布6平整地胶合在漏水孔外侧的周边以及内壁上。
本发明通过以下步骤制备整流罩用碳纤维复合材料型材：
(1)浸胶：将若干层碳纤维层3浸入至树脂胶液中。
(2)铺叠：将碳纤维层3、一层铜网层5依次交错叠层在模具上，保证铜网层5位于最外层；树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置。本发明根据整流罩形状、规格等参数的实际需要制造或选择相应的模具。
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空。
(4)定型：将步骤(3)复合材料在加热加压环境下处理。
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔。
如图2-6所示，(6)封漏水孔：将挡水布7中涂有粘接剂8的一面覆盖在漏水孔的外侧；为了避免粘接剂阻塞漏水孔，导致积水不能顺畅的从漏水孔流出，在涂粘接剂时，在挡水布7上预留一块非涂粘接剂区域，该区域伸入至漏水孔最深处。另外，本发明也可以在漏水孔的内壁、漏水孔外侧的周围均涂覆粘接剂8，再将挡水布7覆盖在漏水孔的外侧；将玻璃纤维机织布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布7平整地胶合；将导向棒9导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布7夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布7中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边，即抚平在整流罩1的外壁上；取出导向棒9，得成品。
由于挡水布是有间隙的，为了进一步保证积水能顺利送非涂粘接剂区域流出，如图6所示，可以预先在非涂粘接剂区域上剪出一个用于漏水的孔或者在挡水布胶合于漏水孔的内壁后，将导向棒拔出后，再在非涂粘接剂区域开孔。
本发明通过将铜网层与传统的碳纤维复合材料采用一体成型的方式结合成整体，将铜网牢牢的铺叠在碳纤维复合材料的表面。本发明一方面利用铜材的良好导电性，通过铜材传导电荷，防止雷击现象的出现；另一方面，由于在工装阶段，将铜网与碳纤维复合材料同时铺叠，一体成型，提高了结合牢度。
本发明在对漏水口外侧周边的挡水布进行抚平时，由于漏水口内壁中的挡水布被导向棒侧壁压紧在漏水口内壁中，漏水口内壁中的挡水布不会发生因为抚平外力导致漏水口内壁中的挡水布被撕扯，促使其与漏水口内壁之间的粘合性下降，进而从漏水口内壁上剥离的问题。本发明能够实现挡水布同时平整地粘合在漏水口内壁、漏水口外侧的周边上。
在有些实施例中：树脂基层包括环氧树脂、ABS树脂、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶中的一种。
在有些实施例中：挡水布的材质为玻璃纤维、聚酯纤维、PVC纤维、聚氨酯纤维、环氧树脂纤维、丙纶的一种或几种。当然，本发明的挡水布2可以进一步限位为现有技术的基于疏水纤维制备的防水布。
在有些实施例中：若干层碳纤维层包括聚丙烯腈基活性碳纤维毡、酚醛基活性碳纤维毡、粘胶基活性碳纤维毡、沥青基活性碳纤维毡、纤维素基活性碳纤维毡、聚丙烯腈基活性碳纤维布、酚醛基活性碳纤维布、粘胶基活性碳纤维布、沥青基活性碳纤维布、纤维素基活性碳纤维布的一种或几种。
实施例2
本实施例公开一种制备上述的整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，包括以下步骤：
(1)浸胶：将五片聚丙烯腈基活性碳纤维布浸入至环氧树脂胶的胶液中。其中环氧树脂胶液中环氧树脂与双氰胺固化剂的质量比为1:1。
(2)铺叠：将聚丙烯腈基活性碳纤维布、一层铜网依次交错叠层在模具上，保证铜网位于最外层；树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置；
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空至1.0E-3Pa。
(4)定型：将步骤(3)复合材料在200℃、压力为5个大气压的环境下处理2h。
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔。
(6)封漏水孔：将玻璃纤维机织布中涂有环氧树脂粘接剂的一面覆盖在漏水孔的外侧；将玻璃纤维机织布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布平整地胶合；将导向棒导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边，即抚平在整流罩的外壁上；取出导向棒。
实施例3
本实施例公开一种制备上述的整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，包括以下步骤：
(1)浸胶：将三片沥青基活性碳纤维毡、两片粘胶基活性碳纤维毡至环氧树脂胶液中。其中环氧树脂胶液中环氧树脂与DDS固化剂的质量比为1:0.9。
(2)铺叠：将三片沥青基活性碳纤维毡、两片粘胶基活性碳纤维毡、一层铜网依次交错叠层在模具上，保证铜网位于最外层；树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置。
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空至3.0E-3Pa。
(4)定型：将步骤(3)复合材料在220℃、压力为6个大气压的环境下处理30min。
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔。
(6)封漏水孔：将聚氨酯纤维机织布中涂有氟橡胶粘接剂的一面覆盖在漏水孔的外侧；将玻聚氨酯机织布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布平整地胶合；将导向棒导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边，即抚平在整流罩的外壁上；取出导向棒。
实施例4
本实施例公开一种制备上述的整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，包括以下步骤：
(1)浸胶：将一片粘胶基活性碳纤维毡、两片酚醛基活性碳纤维布浸入至ABS树脂粘接剂中。
(2)铺叠：将一片粘胶基活性碳纤维毡、两片酚醛基活性碳纤维布、一层铜网依次交错叠层在模具上，保证铜网位于最外层；树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置。
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空至5.0E-3Pa。
(4)定型：将步骤(3)复合材料在260℃、压力为8个大气压的环境下处理3h。
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔。
(6)封漏水孔：将聚酯纤维机织布中涂有硅橡胶粘接剂的一面覆盖在漏水孔的外侧；将聚酯纤维机织布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布平整地胶合；将导向棒导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边，即抚平在整流罩的外壁上；取出导向棒。
实施例5
本实施例公开一种制备上述的整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，包括以下步骤：
(1)浸胶：将三片聚丙烯腈基活性碳纤维布浸入至氟橡胶粘接剂中。
(2)铺叠：将三片聚丙烯腈基活性碳纤维布、一层铜网依次交错叠层在模具上，保证铜网位于最外层；树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置。
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空至4.0E-3Pa。
(4)定型：将步骤(3)复合材料在230℃、压力为7个大气压的环境下处理5h。
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔。
(6)封漏水孔：将玻璃纤维机织布中涂有环氧树脂粘接剂的一面覆盖在漏水孔的外侧；将玻璃纤维机织布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布平整地胶合；将导向棒导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边，即抚平在整流罩的外壁上；取出导向棒。
实施例6
如图2-6所示，本实施例公开一种整流罩用碳纤维复合材料型材漏水口封边组件，包括整流罩漏水孔、导向棒9、挡水布7。挡水布平整地胶合在漏水孔外侧的周边以及内壁上。导向棒能***至覆有挡水布的漏水孔中。
优选地，在所述导向棒9长度与所述漏水孔的深度相同；在导向棒9的端部设置有限位条10，所述限位条10与所述导向棒9可拆卸连接。
限位条的作用：(1)在保证导向棒完全导入至漏水孔中同时，又防止因导向棒进一步深入而使得导向棒的端部抵触到挡水布，造成挡水布受外力而从漏水口内壁剥离；(2)在抚平漏水口外侧周边的挡水布前，将限位条拆卸掉，避免因限位条遮挡部分挡水布而影响抚平的顺利进行；抚平后，再次安装，方便导向棒从漏水孔中拨出。本发明导向棒与限位条优选为螺纹连接。
优选地，导向棒的外径等于覆有挡水布后的漏水口的内径。
优选地，在所述导向棒的表面涂覆有脱模剂(图中未画出)。本发明使用的脱模剂或者平滑剂均为现有技术。通过脱模剂或者平滑剂提高导向棒表面的平滑度，便于导向棒***至漏水孔中，也能防止在拨导向棒时，由于部分粘接剂透过挡水布，粘合在导向棒上，导致导向棒取出困难。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.整流罩用碳纤维复合材料型材，包括碳纤维复合材料型材本体，所述碳纤维复合材料型材本体上开设有漏水孔；其特征在于：所述碳纤维复合材料型材本体包括若干层碳纤维层、若干层树脂基层、一层铜网层；所述一层铜网层设置在最外侧，树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置；在所述漏水孔的外侧覆盖有挡水布；所述挡水布平整地胶合在所述漏水孔外侧的周边以及内壁上。
2.根据权利要求1所述的整流罩用碳纤维复合材料型材，其特征在于：所述树脂基层包括环氧树脂、ABS树脂、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的整流罩用碳纤维复合材料型材，其特征在于：所述挡水布的材质为玻璃纤维、聚酯纤维、PVC纤维、聚氨酯纤维、环氧树脂纤维、丙纶的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的整流罩用碳纤维复合材料型材，其特征在于：所述若干层碳纤维层包括聚丙烯腈基活性碳纤维毡、酚醛基活性碳纤维毡、粘胶基活性碳纤维毡、沥青基活性碳纤维毡、纤维素基活性碳纤维毡、聚丙烯腈基活性碳纤维布、酚醛基活性碳纤维布、粘胶基活性碳纤维布、沥青基活性碳纤维布、纤维素基活性碳纤维布的一种或几种。
5.制备如权利要求1-4任一项所述的整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)浸胶：将若干块碳纤维片浸入至树脂胶液中；
(2)铺叠：将若干块碳纤维片、一层铜网依次铺叠在模具上，保证铜网位于最外层；树脂基层、碳纤维层设置在铜网层下面且依次交错设置；
(3)抽真空：将步骤(2)中铺叠后的复合材料放置在真空环境下，进行抽真空处理；
(4)定型：将步骤(3)复合材料进行加热、加压处理；
(5)开漏水孔：将步骤(4)的复合材料的表面进行打孔；
(6)封漏水孔：将挡水布中涂有粘接剂的一面覆盖在漏水孔的外侧；或者在漏水孔的内壁、漏水孔外侧的周围均涂覆粘接剂，再将挡水布覆盖在漏水孔的外侧；将挡水布中的一部分导入漏水孔中，抚平，保证漏水孔的内壁完全被导入其中的挡水布平整地胶合；将导向棒导入漏水孔中，保证导入漏水孔中的挡水布夹持在漏水孔内壁与导向棒的侧壁之间；将置于漏水孔外侧的挡水布中剩余部分抚平在漏水孔外侧的周边；取出导向棒。
6.根据权利要求5所述的制备整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，其特征在于：在所述导向棒长度与所述漏水孔的深度相同；在所述导向棒的端部设置有限位条，所述限位条与所述导向棒可拆卸连接。
7.根据权利要求5所述的制备整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，其特征在于：在所述导向棒的表面涂覆有脱模剂或者平滑剂。
8.根据权利要求5所述的制备整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，其特征在于：所述步骤(4)的加热温度为200～230℃、压力为5～8个大气压。
9.根据权利要求5所述的制备整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，其特征在于：所述步骤(3)抽真空至1.0E-3Pa～5.0E-3Pa。
10.根据权利要求5所述的制备整流罩用碳纤维复合材料型材的方法，其特征在于：所述粘接剂包括聚氨酯、环氧树脂、ABS树脂、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶中的一种。
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