[发明专利]基于RTM工艺半固化表面的复合材料扩散段成型方法

说明书

本发明提供了一种基于RTM工艺半固化表面的复合材料扩散段成型方法；所述扩散段内层为碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层，外层为高硅氧纤维布增强树脂基复合材料隔热层。本发明利用RTM工艺进行2.5D碳纤维织物/含硅芳炔烧蚀层复合材料成型，将半固化成型的耐烧蚀层半固化复合材料留在RTM模具阳模上，作为缠绕芯模的一部分在其表面进行布带缠绕成型扩散段隔热层，并通过半固化工艺进行制件成型。本发明的烧蚀层为2.5D碳纤维织物，与耐高温性能较好的含硅芳炔树脂复合形成耐烧蚀性能良好的防热复合材料；采用2.5D碳纤维织物及半固化工艺成型烧蚀层结合应的界面处理并通过共固化的方法成型界面效果优良的扩散段制件。

技术领域

本发明涉及复合材料扩散段成型工艺方法，具体涉及一种基于RTM工艺半固化表面的复合材料扩散段成型方法；尤其涉及一种RTM半固化与布带缠绕结合的复合材料喷管扩散段的缠绕成型方法。

背景技术

喷管扩散段是发动机能量装换装置的重要结构，在固体发动机工作过程中，喷管扩散段需要在高温、高凝相组分气流的冲刷作用下提供稳定的气动界面，以保证固体发动机的推力转化效率。同时，喷管扩散段还需具有良好的隔热性能，以保证在长时间高温燃气作用下表面温度低于160℃，不影响舵机舱内元器件的工作性能与可靠性能。

目前喷管扩散段主要采用内层碳布/酚醛以及外层高硅氧布/酚醛缠绕成型；如CN110588014。由于高硅氧布/酚醛和碳布/酚醛材料体系中酚醛树脂的耐温局限性，导致高温条件下复合材料材料强度大幅降低，烧蚀层结构失效，产品耐烧蚀稳定性下降，影响发动机的可靠性及火箭运载能力。通过纤维针刺方式进行烧蚀层层间补强的成型方式，涉及纤维针的制备等关键技术，且针刺工艺难度较大，不利于批量生产的产品质量控制，无法从根本上解决高热环境下扩散段烧蚀层层间失稳的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于RTM工艺半固化表面的复合材料扩散段成型方法；解决了工艺难度大，材料烧蚀量大，产品高温稳定性差等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种双层复合材料喷管扩散段，所述喷管扩散段的内层为碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层，外层为高硅氧纤维布增强树脂基复合材料隔热层。

作为本发明的一个实施方案，所述树脂为含硅芳炔树脂。烧蚀层和隔热层基体树脂均选用耐温性能较好的含硅芳炔树脂。

作为本发明的一个实施方案，所述碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层中碳纤维增强体为2.5D碳纤维整体织物。该织物采用编织工艺成型，织物通过弯曲的纱线将层间进行两两相连，有效提高层间强度并能保持质量稳定，且厚度方向可采用净尺寸成型可避免厚度加工破坏织物整体性。

作为本发明的一个实施方案，所述碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层为变厚度烧蚀层，其大端厚度为4～8mm，小端厚度为2～4mm。

作为本发明的一个实施方案，所述碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层中碳纤维织物的体积含量为55％～65％。

作为本发明的一个实施方案，所述高硅氧纤维布增强树脂基复合材料隔热层的厚度为16～21mm。

作为本发明的一个实施方案，所述喷管扩散段采用RTM半固化工艺制备碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层，在所述烧蚀层表面进行布带缠绕法成型制得高硅氧纤维布增强树脂基复合材料隔热层。

本发明还涉及一种所述的双层复合材料喷管扩散段的成型方法，所述方法包括如下步骤：

S1、采用RTM半固化工艺成型喷管扩散段的变厚度烧蚀层，即碳纤维增强树脂基复合材料烧蚀层；

S2、对所述烧蚀层界面进行处理提高界面粗糙度；

S3、在界面处理后的烧蚀层表面进行高硅氧布带缠绕，通过加压固化形成喷管扩散段的隔热层；