一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，具体为一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料及其制备方法。

背景技术：

1、液氧贮箱作为航天运载器推进系统的重要组成部分，是运载火箭体积、重量占比最大的部件之一。采用比强度比模量高、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性好以及可一体化成型的复合材料，制造航天器液氧贮箱，降低航天运载器重量并提高运载效率，已成为世界航天工业的共识。目前的复合材料液氧贮箱（直径5~12m）主要采用热压罐成型工艺成型，但是该成型方法成型设备造价昂贵、能耗高、成型周期长，并且结构大小受热压罐尺寸限制。随着火星探测、载人登月、商业航天的等规划的制订与实施，火箭贮箱的尺寸将进一步增大，而对应基于热压罐成型工艺的复合材料贮箱制造成本也将进一步显著增长。

2、针对大尺寸复合材料贮箱热压罐预浸料成型工艺面对的使用成本问题，较为理想的解决方案是采用非热压罐成型工艺。在复合材料非热压罐成型工艺过程中，预浸料中的树脂在真空负压下实现对纤维的浸润，并通过真空负压排出树脂/纤维中夹杂的空气或其他挥发物，压实复合材料。因此，如何在一个大气压下制备与热压罐成型性能一致的复合材料关键在于开发适于室温下满足铺贴、高温下流动性好且反应活性适中的树脂体系。此外，液氧是航天器推进系统中重要的低温氧化剂，具有低温和强氧化性双重属性。因此，应用于复合材料液氧贮箱成型的非热压罐成型预浸料除了满足低温力学性能要求外，还需要确保对应的复合材料与液氧化学相容。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料，由树脂基体和增强纤维组成；所述树脂基体由基础树脂和复配组分组成，复配组分与基础树脂的黏度一致；基础树脂包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、黏度调节剂，复配组分包括改性剂、黏度调节剂、增韧剂；所述树脂基体的质量占预浸料质量的30~70wt%。

4、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：基础树脂中，环氧树脂质量为基础树脂总质量的50~80wt%，固化剂重量为环氧树脂重量的5~20wt%，增韧剂重量为环氧树脂重量的1~30wt%，黏度调节剂重量为基础树脂重量的2~20wt%。

5、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：基础树脂在室温下的黏度为300~1500pa·s；在70~80℃下黏度为8~20pa·s，凝胶时间为100~500min；在120~130℃下的黏度在0.5~5pa·s，凝胶时间在30~100min。

6、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：复配组分中，改性剂质量占复配组分总质量的20~50wt%，黏度调节剂质量占复配组分总重量的20~60wt%，增韧剂质量占复配组分总质量的1~15wt%。

7、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维。

8、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：环氧树脂包括双酚a型固体环氧树脂、双酚a型液体环氧树脂、四官能度缩水甘油胺型环氧树脂、酚醛环氧树脂、双酚s环氧树脂中的一种或几种。

9、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：固化剂包括二氨基二苯砜、双氰胺、脲类促进剂、咪唑、二氨基咪唑三嗪络合物、三氟化硼单乙胺中的一种或几种。

10、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：增韧剂包括聚醚砜、聚醚醚酮、超支化聚合物、丁腈橡胶、硅橡胶中的一种或几种。

11、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：改性剂包括三苯基磷、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、六氯环三磷腈、10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、聚磷腈、四溴双酚a中的一种或几种。

12、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：黏度调节剂包括苯基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯、液体聚丁二烯橡胶、液体硅烷、聚氨酯中的一种或几种。

13、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的优选方案，其中：树脂基体在室温下的黏度为300~1500pa·s；在70~80℃下黏度为8~20pa·s，凝胶时间为100~500min；在120~130℃下的黏度在0.5~5pa·s，凝胶时间在30~100min。

14、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

15、一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的制备方法，包括如下步骤：

16、s1、将环氧树脂、固化剂、增韧剂、黏度调节剂共混得到基础树脂；

17、s2、将改性剂、黏度调节剂和增韧剂共混得到复配组份，确保复配组分与基础树脂的黏度一致；

18、s3、将基础树脂和复配组分共混得到预浸料树脂基体；

19、s4、通过涂膜、增强纤维含浸工艺，获得复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料。

20、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，将改性剂、黏度调节剂、增韧剂在80~150℃下共混，调整改性剂、增韧剂和黏度调节剂比例，确保复配组份黏度与基础树脂一致。

21、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，调节温度为70~80℃，使得树脂基体的黏度在8~20pa·s，采用涂膜工艺，通过调节涂膜速度在0.5~5m/min，胶辊间隙在0.01~0.2mm，控制胶膜面密度。

22、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，将胶膜含浸在增强纤维织物上，控制含浸温度为70~80℃，使树脂基体黏度在8~20pa·s，通过调节含浸速度和压辊间隙，获得复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料。

23、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，调节含浸速度为2~3m/min，压辊间隙为0.2~0.5mm，得到浸渍程度为70~80%的预浸料，该预浸料适用于厚度为2~3mm的复合材料液氧贮箱非热压罐成型。

24、作为本发明所述的一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，调节含浸速度为0.5~2m/min，压辊间隙为0.05~0.2mm，得到浸渍程度为80~90%的预浸料，该预浸料适用于厚度为0.5~2mm的复合材料液氧贮箱非热压罐成型。

25、本发明的有益效果如下：

26、本发明提供一种复合材料液氧贮箱非热压罐成型用预浸料及其制备方法，预浸料由树脂基体和增强纤维组成；所述树脂基体由基础树脂和复配组分组成，复配组分与基础树脂的黏度一致；首先制备基础树脂和复配组份，随后将基础树脂和复配组分共混得到预浸料树脂基体，最后通过涂膜、与纤维织物含浸工艺获得非热压罐成型用预浸料。采用本发明预浸料制备的复合材料与传统的热压罐成型复合材料力学性能相当，并且制造成本低，同时该工艺下的树脂基体与复合材料均具有良好的液氧相容性，可以显著降低航天器复合材料液氧贮箱的制造成本。