耐高溫隔熱透波蜂窩c夾層天線罩一體化成型方法
【專利摘要】耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，涉及復合材料結構成型工藝方法領域；本發(fā)明通過耐高溫聚酰亞胺蜂窩芯材制備、氣凝膠填充蜂窩芯格、石英/聚酰亞胺復合材料法蘭連接框預固化、石英/聚酰亞胺蒙皮成型、耐高溫膠膜粘接組裝、包覆、固化、機加等步驟實現(xiàn)。天線罩示意圖如圖1所示，本發(fā)明采用芯材、蒙皮和連接法蘭“分步法”制備的方式，利用熱壓罐成型工藝方法，一次整體成型，解決了耐高溫蜂窩夾層結構天線罩多功能一體化的難題，使該天線罩既耐高溫的同時又兼具隔熱、透波的設計要求；同時巧妙地將天線罩回型法蘭連接結構與天線罩本體一體成型，簡化了連接工序，提高了裝配質量，縮短了裝配周期。
【專利說明】
耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料結構成型工藝方法領域，特別是一種耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法。
【背景技術】
[0002]在航空航天天線罩結構設計中，要求設計的天線罩功能越來越多，既滿足透波的同時又要滿足耐高溫、隔熱、輕質以及強度剛度的要求。蜂窩夾層結構天線罩不但具有質量輕、強度高、抗彎性能好等優(yōu)點，而且通過控制成型工藝可得到光滑平整的外型，從而具有優(yōu)良的氣動性能，同時蜂窩夾層結構還具有力學性能、電性能、隔熱性能可設計性，使其作為結構功能一體化材料廣泛應用于航空航天領域。
[0003]常用的蜂窩芯為鋁蜂窩、Nomex蜂窩和玻璃鋼蜂窩，面板可以是鋁合金、碳/環(huán)氧復合材料、玻璃鋼等。但是上述蜂窩夾層結構使用溫度不高于200°C，對于溫度要求更高的情況，就顯得無能為力了。聚酰亞胺蜂窩夾層結構具有優(yōu)異的耐熱性和力學性能，但聚酰亞胺蜂窩夾層結構天線罩在國內研究較少。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種含回型法蘭的耐高溫隔熱透波一體化C夾層蜂窩結構天線罩成型方法，解決了耐高溫蜂窩夾層結構天線罩多功能一體化的難題，使該天線罩既耐高溫的同時又兼具隔熱、透波的設計要求;同時巧妙地將天線罩回型法蘭連接結構與天線罩本體一體成型，簡化了連接工序，提高了裝配質量，縮短了裝配周期。
[0005]本發(fā)明的上述目的是通過如下技術方案予以實現(xiàn)的:
[0006]—種耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，天線罩包括回型法蘭、蒙皮和蜂窩芯材;天線罩成型方法主要包括以下步驟:
[0007]步驟(一)、蜂窩芯材整體編織制備成型；
[0008]步驟(二)、制備蒙皮預浸料和回型法蘭預浸料；
[0009]步驟(三)、采用蒙皮預浸料、回型法蘭預浸料進行鋪層，得到蒙皮和回型法蘭的預制體；
[0010]步驟(四)、清除回型法蘭預制體多余的聚酰亞胺樹脂膠液，控制含膠量；
[0011]步驟(五)、對蒙皮預制體和回型法蘭預制體進行固化，實現(xiàn)蒙皮和回型法蘭最終成型；
[0012]步驟(六)、采用氣凝膠填充步驟(一)得到的蜂窩芯材；
[0013]步驟(七)、對蒙皮、回型法蘭和蜂窩芯材進行粘接組裝；
[0014]步驟(八)、采用熱壓罐工藝對組裝好的蒙皮、蜂窩芯材和回型法蘭整體共固化成型得到蜂窩夾層結構天線罩毛坯件;對所述毛坯件進行加工得到蜂窩夾層結構天線罩。
[0015]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述步驟(一)中，蜂窩芯材整體編織制備成型包括如下步驟:
[0016]S1:采用石英纖維單絲對蜂窩芯材進行整體連續(xù)編織，蜂窩芯材包括多個相鄰蜂窩芯格，相鄰蜂窩芯格間節(jié)點處采用物理編織連接增強的方式；
[0017]S2:將編織好的蜂窩芯材浸泡聚酰亞胺樹脂膠液直至完全浸透；
[0018]S3:將浸泡完全的蜂窩芯材在室溫下晾置直至所含溶液全部揮發(fā);再放進高溫烘箱進行120-140 °C烘烤0.5-lh，實現(xiàn)蜂窩芯材的制備成型。
[0019]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述步驟(二)中，蒙皮預浸料和回型法蘭預浸料均為聚酰亞胺樹脂膠液浸漬后的石英增強纖維;預浸料的聚酰亞胺樹脂膠液和石英增強纖維的質量配比為2.3-2.5:1。
[0020]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述步驟(三)中，蒙皮和回型法蘭的鋪層包括如下步驟:
[0021 ] SI:以平板模具為鋪層模具，在平板模具上表面進行蒙皮預浸料鋪層，共鋪5層，從下至上每層的鋪層角度依次為0°、90°、0°、90°、0°，得到蒙皮預制體；
[0022]S2:以平板模具為鋪層模具，，在平板模上表面進行回型法蘭預浸料鋪層，共重復鋪層10個階段，每個階段鋪7層，每個階段從下至上每層的鋪層角度依次為+45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、+45°，得到回型法蘭預制體。
[0023]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述步驟(四)中，清除膠液工藝為:升溫速率10-20°(:/11，預壓實溫度為80-120°(:，保溫301^11-601^11，壓力0.1-
0.3MPa，含膠量控制在50 % -70 %，真空表壓< -0.097MPa。
[0024]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述步驟(五)中，固化工藝為升溫速率10_20°C/h，加壓溫度為200-210°C，固化溫度為330-340°C，保溫l_2h，壓力0.8-lMPa，真空表壓 < -0.097MPa。
[0025]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述步驟(八)中整體共固化工藝為升溫速率10-40 0C /h，溫度220-260 V保溫4_6h，壓力0.2_0.4MPa。
[0026]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述SI中，，蜂窩芯格為邊長為7_9mm的正六邊形，蜂窩芯高為9_1 Imm，壁厚為0.45-0.55mm。
[0027]在上述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，所述氣凝膠為粉末狀，將粉末狀氣凝膠填充在蜂窩芯格中。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0029](I)本發(fā)明采用整體編織的方式進行編制石英纖維蜂窩結構，蜂窩節(jié)點處采用物理編織連接增強的方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學膠粘的方式，解決了耐高溫蜂窩夾層結構節(jié)點連接的難題；
[0030](2)本發(fā)明采用芯材、蒙皮和連接法蘭“分步法”制備的方式，利用熱壓罐成型工藝技術，一次整體成型，保證了制品尺寸要求、產品內部質量，避免了蒙皮處出現(xiàn)鼓包、凹坑和脫粘冋題；
[0031](3)本發(fā)明通過對蜂窩芯格進行氣凝膠填充，解決了因高溫時蒙皮間芯格內空氣對流傳熱的問題，提高了隔熱性能；
[0032](4)本發(fā)明將天線罩回型法蘭連接結構與天線罩本體一體成型，簡化了連接工序，提高了裝配質量，縮短了裝配周期。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明回型法蘭俯視圖；
[0034]圖2為本發(fā)明耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩側面剖視圖；
[0035]圖3為本發(fā)明蜂窩芯材結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0037]本發(fā)明的目的是提供一種含回型法蘭的耐高溫隔熱透波一體化C夾層蜂窩結構天線罩成型方法，該方法合理采用芯材、蒙皮和連接法蘭“分步法”制備的方式，利用熱壓罐成型工藝技術，一次整體成型，解決了耐高溫蜂窩夾層結構天線罩多功能一體化的難題，使該天線罩既耐高溫的同時又兼具隔熱、透波的設計要求；同時巧妙地將天線罩回型法蘭連接結構與天線罩本體一體成型，簡化了連接工序，提高了裝配質量，縮短了裝配周期。
[0038]如圖1所示為回型法蘭俯視圖，由圖可知，一種耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，天線罩包括回型法蘭1、天線罩透波區(qū)2、氣凝膠3、高溫膠膜4、蒙皮5和蜂窩芯材6;回型法蘭I的中間區(qū)域為天線罩透波區(qū)2，天線罩成型方法主要包括以下步驟:
[0039]步驟(一)、蜂窩芯材6整體編織制備成型；蜂窩芯材6整體編織制備成型包括如下步驟:
[0040]S1:采用石英纖維單絲對蜂窩芯材6進行整體連續(xù)編織，蜂窩芯材6包括多個相鄰蜂窩芯格，相鄰蜂窩芯格間節(jié)點處采用物理編織連接增強的方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學膠粘的方式；
[0041]S2:將編織好的蜂窩芯材6浸泡聚酰亞胺樹脂膠液直至完全浸透；
[0042]S3:將浸泡完全的蜂窩芯材6在室溫下晾置直至所含溶液全部揮發(fā);再放進高溫烘箱進行120-140 0C烘烤0.5-lh,實現(xiàn)蜂窩芯材6的制備成型。
[0043]如圖3所示為蜂窩芯材結構示意圖，由圖可知，蜂窩芯格為邊長為7_9mm的正六邊形，蜂窩芯高為9-11mm，壁厚為0.45-0.55mm。
[0044]步驟(二)、制備蒙皮5預浸料和回型法蘭I預浸料;蒙皮5預浸料和回型法蘭I預浸料均為聚酰亞胺樹脂膠液浸漬后的石英增強纖維;預浸料的聚酰亞胺樹脂膠液和石英增強纖維的質量配比為2.3-2.5:1。
[0045]步驟(三)、采用蒙皮5預浸料、回型法蘭I預浸料進行鋪層，得到蒙皮5和回型法蘭I的預制體;蒙皮5和回型法蘭I的鋪層包括如下步驟:
[0046]S1:以平板模具為鋪層模具，在平板模具上表面進行蒙皮5預浸料鋪層，共鋪5層，從下至上每層的鋪層角度依次為0°、90°、0°、90°、0°，包覆真空袋預壓實，得到蒙皮5預制體；
[0047]S2:以平板模具為鋪層模具，，在平板模上表面進行回型法蘭I預浸料鋪層，共重復鋪層10個階段，每個階段鋪7層，每個階段從下至上每層的鋪層角度依次為+45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、+45°，包覆真空袋預壓實，得到回型法蘭I預制體。
[0048]步驟(四)、清除回型法蘭I預制體多余的聚酰亞胺樹脂膠液，控制含膠量;清除膠液工藝為:升溫速率10-20°(:/11，預壓實溫度為80-120°(:，保溫30111丨11-60111丨11，壓力0.1-0.3MPa，含膠量控制在50 % -70 %，真空表壓< -0.097MPa。
[0049]步驟(五)、對蒙皮5預制體和回型法蘭I預制體進行固化，實現(xiàn)蒙皮5和回型法蘭I最終成型；固化工藝為升溫速率10-20 0C/h，加壓溫度為200-210 °C，固化溫度為330-340 °C，保溫l-2h，壓力0.8-lMPa，真空表壓 < -0.097MPa。
[0050]步驟(六)、采用氣凝膠3填充步驟(一)得到的蜂窩芯材6;氣凝膠為粉末狀，將粉末狀氣凝膠填充在蜂窩芯格中；采用氣凝膠隔熱材料填充蜂窩芯格的方式消除蒙皮間對流傳熱。所用的聚酰亞胺樹脂膠液和石英增強纖維長期耐320°C，采用C夾層設計形式與氣凝膠配合使用既達到了隔熱要求又滿足了透波性能，解決了蜂窩夾層結構天線罩耐高溫、隔熱、透波、承載多功能一體化的難題。
[0051]步驟(七)、如圖2所示為耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩側面剖視圖，由圖可知，采用高溫膠膜4對蒙皮5、回型法蘭I和蜂窩芯材6進行粘接組裝；
[0052]步驟(八)、采用熱壓罐工藝對組裝好的蒙皮5、蜂窩芯材6和回型法蘭I整體共固化成型得到蜂窩夾層結構天線罩毛坯件;對所述毛坯件進行加工得到蜂窩夾層結構天線罩。整體共固化工藝為升溫速率10-40 0C /h，溫度220-260 V保溫4_6h，壓力0.2_0.4MPa。
[0053]天線罩回型法蘭連接結構與天線罩本體一體成型，解決了天線罩在長期高低溫循環(huán)環(huán)境下因裝配應力造成的罩體變形和開裂問題，提高了裝配質量和使用壽命，縮短了裝配周期。
[0054]實施例1:
[0055]步驟(一)、蜂窩芯材6整體編織制備成型；蜂窩芯材6整體編織制備成型包括如下步驟:
[0056]S1:采用石英纖維單絲對蜂窩芯材6進行整體連續(xù)編織，蜂窩芯材6包括多個相鄰蜂窩芯格，相鄰蜂窩芯格間節(jié)點處采用物理編織連接增強的方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學膠粘的方式；
[0057]S2:將編織好的蜂窩芯材6浸泡聚酰亞胺樹脂膠液直至完全浸透；
[0058]S3:將浸泡完全的蜂窩芯材6在室溫下晾置直至所含溶液全部揮發(fā);再放進高溫烘箱進行130°C烘烤0.7h，實現(xiàn)蜂窩芯材6的制備成型。
[0059]如圖3所示為蜂窩芯材結構示意圖，由圖可知，蜂窩芯格為邊長為8mm的正六邊形，蜂窩芯高為10mm，壁厚為0.5mm。
[0060]步驟(二)、制備蒙皮5預浸料和回型法蘭I預浸料；蒙皮5預浸料和回型法蘭I預浸料均為聚酰亞胺樹脂膠液浸漬后的石英增強纖維;預浸料的聚酰亞胺樹脂膠液和石英增強纖維的質量配比為2.4:1。
[0061]步驟(三)、采用蒙皮5預浸料、回型法蘭I預浸料進行鋪層，得到蒙皮5和回型法蘭I的預制體;蒙皮5和回型法蘭I的鋪層包括如下步驟:
[0062]S1:以平板模具為鋪層模具，在平板模具上表面進行蒙皮5預浸料鋪層，共鋪5層，從下至上每層的鋪層角度依次為0°、90°、0°、90°、0°，包覆真空袋預壓實，得到蒙皮5預制體；
[0063]S2:以平板模具為鋪層模具，，在平板模上表面進行回型法蘭I預浸料鋪層，共重復鋪層10個階段，每個階段鋪7層，每個階段從下至上每層的鋪層角度依次為+45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、+45°，包覆真空袋預壓實，得到回型法蘭I預制體。
[0064]步驟(四)、清除回型法蘭I預制體多余的聚酰亞胺樹脂膠液，控制含膠量;清除膠液工藝為:升溫速率15 0C/h，預壓實溫度為100 0C，保溫45min，壓力0.2MPa，含膠量控制在60%，真空表壓為_0.097MPa。
[0065]步驟(五)、對蒙皮5預制體和回型法蘭I預制體進行固化，實現(xiàn)蒙皮5和回型法蘭I最終成型；固化工藝為升溫速率15°C/h，加壓溫度為205°C，固化溫度為335°C，保溫1.5h，壓力0.9MPa，真空表壓為-0.097MPa。
[0066]步驟(六)、采用氣凝膠3填充步驟(一)得到的蜂窩芯材6;氣凝膠為粉末狀，將粉末狀氣凝膠填充在蜂窩芯格中；采用氣凝膠隔熱材料填充蜂窩芯格的方式消除蒙皮間對流傳熱。所用的聚酰亞胺樹脂膠液和石英增強纖維長期耐320°C，采用C夾層設計形式與氣凝膠配合使用既達到了隔熱要求又滿足了透波性能，解決了蜂窩夾層結構天線罩耐高溫、隔熱、透波、承載多功能一體化的難題。
[0067]步驟(七)、如圖2所示為耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩側面剖視圖，由圖可知，采用高溫膠膜4對蒙皮5、回型法蘭I和蜂窩芯材6進行粘接組裝；
[0068]步驟(八)、采用熱壓罐工藝對組裝好的蒙皮5、蜂窩芯材6和回型法蘭I整體共固化成型得到蜂窩夾層結構天線罩毛坯件;對所述毛坯件進行加工得到蜂窩夾層結構天線罩。整體共固化工藝為升溫速率25 °C /h，溫度240 0C保溫5h，壓力0.3MPa。
[0069]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【主權項】
1.一種耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:天線罩包括回型法蘭(1)、蒙皮(5)和蜂窩芯材(6);天線罩成型方法主要包括以下步驟: 步驟(一)、蜂窩芯材(6)整體編織制備成型； 步驟(二)、制備蒙皮(5)預浸料和回型法蘭(I)預浸料； 步驟(三)、采用蒙皮(5)預浸料、回型法蘭(I)預浸料進行鋪層，得到蒙皮(5)和回型法蘭(I)的預制體； 步驟(四)、清除回型法蘭(I)預制體多余的聚酰亞胺樹脂膠液，控制含膠量； 步驟(五)、對蒙皮(5)預制體和回型法蘭(I)預制體進行固化，實現(xiàn)蒙皮(5)和回型法蘭(I)最終成型； 步驟(六)、采用氣凝膠(3)填充步驟(一)得到的蜂窩芯材(6); 步驟(七)、對蒙皮(5)、回型法蘭(I)和蜂窩芯材(6)進行粘接組裝； 步驟(八)、采用熱壓罐工藝對組裝好的蒙皮(5)、蜂窩芯材(6)和回型法蘭(I)整體共固化成型得到蜂窩夾層結構天線罩毛坯件;對所述毛坯件進行加工得到蜂窩夾層結構天線罩。2.根據(jù)權利要求1所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述步驟(一)中，蜂窩芯材(6)整體編織制備成型包括如下步驟: S1:采用石英纖維單絲對蜂窩芯材(6)進行整體連續(xù)編織，蜂窩芯材(6)包括多個相鄰蜂窩芯格，相鄰蜂窩芯格間節(jié)點處采用物理編織連接增強的方式； S2:將編織好的蜂窩芯材(6)浸泡聚酰亞胺樹脂膠液直至完全浸透； S3:將浸泡完全的蜂窩芯材(6)在室溫下晾置直至所含溶液全部揮發(fā);再放進高溫烘箱進行120-140 0C烘烤0.5-lh，實現(xiàn)蜂窩芯材(6)的制備成型。3.根據(jù)權利要求1所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述步驟(二)中，蒙皮(5)預浸料和回型法蘭(I)預浸料均為聚酰亞胺樹脂膠液浸漬后的石英增強纖維;預浸料的聚酰亞胺樹脂膠液和石英增強纖維的質量配比為2.3-2.5:1。4.根據(jù)權利要求1所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述步驟(三)中，蒙皮(5)和回型法蘭(I)的鋪層包括如下步驟: S1:以平板模具為鋪層模具，在平板模具上表面進行蒙皮(5)預浸料鋪層，共鋪5層，從下至上每層的鋪層角度依次為0°、90°、0°、90°、0°，得到蒙皮(5)預制體； S2:以平板模具為鋪層模具，，在平板模上表面進行回型法蘭(I)預浸料鋪層，共重復鋪層10個階段，每個階段鋪7層，每個階段從下至上每層的鋪層角度依次為+45°、-45°、0°、90°、0°、-45。、+45。，得到回型法蘭(I)預制體。5.根據(jù)權利要求1所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述步驟(四)中，清除膠液工藝為:升溫速率10_20°C/h，預壓實溫度為80-120°C，保溫30min-60min，壓力0.1-0.3MPa，含膠量控制在50 % -70 %，真空表壓 < -0.097MPa。6.根據(jù)權利要求1所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述步驟(五)中，固化工藝為升溫速率10-20°C/h，加壓溫度為200-210°C，固化溫度為330-340 0C，保溫l_2h，壓力0.8-lMPa，真空表壓 < -0.097MPa。7.根據(jù)權利要求1所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述步驟(八)中整體共固化工藝為升溫速率10_40°C/h，溫度220-260°C保溫4-6h，壓力0.2—0.4MPa08.根據(jù)權利要求2所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述31中，，蜂窩芯格為邊長為7-9臟的正六邊形，蜂窩芯高為9-11111111，壁厚為0.45-0.55mm09.根據(jù)權利要求2所述的耐高溫隔熱透波蜂窩C夾層天線罩一體化成型方法，其特征在于:所述氣凝膠為粉末狀，將粉末狀氣凝膠填充在蜂窩芯格中。
【文檔編號】B29C70/44GK105856589SQ201610267196
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】崔超, 潘玲英, 趙偉棟, 蔣文革, 劉含洋
【申請人】航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術研究院