变截面非回转体热防护结构以及成型工艺的制作方法

1.本发明属于复合材料成型领域，特别涉及一种变截面非回转体热防护结构以及成型工艺。


背景技术：

2.随着航空航天业的迅速发展，对于飞行器热防护系统的研制已然成为一个热门。目前，树脂基烧蚀防热材料凭借其诸多的优点已经被广泛应用于各类飞行器等高端科技领域。
3.常见的飞行器的壳体为金属的回转体，一般都是将热防护材料直接铺设在金属的壳体表面，在回转体的零部件时，铺设的热防护层会形成一个完整回转体，热防护层的整体结构强度较好，能够承受一定的冲击，可以保证其与壳体之间的连接可靠性，但也存在一些特殊情况，随着一些设计的需求，某些飞行器的壳体是一种变截面的非回转体，且壳体采用金属材料加工而成，此类非回转的壳体在其表面加工热防护层时，一般都是采用预浸料直接在壳体表面进行铺层得到热防护层，由于壳体是一个非回转体，故铺层得到的热防护层无法首尾连成一个回转体，其与金属壳体之间仅有固化后的预浸料与金属表面连接，两者的连接强度强度比较差，容易出现热防护层与金属壳体剥离的问题，且壳体与热防护层的材料不同，在受热状态下的材料特性不同，也会使两者容易出现剥离的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明设计了一种用于变截面非回转体的热防护结构以及热防护成型工艺。
5.本发明的技术方案如下：变截面非回转体热防护结构，其包括一变截面且非回转的金属舱体，其特征在于：在金属舱体的表面加工有附着结构，在附着结构上涂覆成型有橡胶面，在橡胶面上铺设固化有热防护层。
6.进一步的说，所述的附着结构为在金属舱体的表面进行粗糙处理而得到的粗糙表面。
7.进一步的说，所述的附着结构为在金属舱体表面设置的若干个通孔，橡胶面进入通孔内并与金属舱体背面涂覆的橡胶面连接一体。
8.进一步的说，所述的附着结构为金属舱体表面设置的盲孔，盲孔的底部尺寸大于口部尺寸。
9.进一步的说，所述的橡胶面为多层复合橡胶面，其包括与附着结构连接的结构胶层以及与结构胶层粘结的rtv-2橡胶层，还包括涂覆在rtv-2橡胶层表面和热防护层之间的结构胶层。
10.变截面非回转体热防护成型工艺，其特征在于：包括一变截面且非回转的金属舱体，成型包括以下步骤：
s1：根据热防护解剖结构对预浸料进行对应高度随心裁剪，并将裁剪好的预浸料进行3合1；s2：对金属舱体表面进行处理，在金属舱体表面得到附着结构；s3：在金属舱体表面涂覆一层橡胶，形成橡胶面；s4：采用步骤s1中获得的预浸料进行铺层，采用重叠缠绕方式进行铺层，起始层和结束层采用料宽渐变的方式进行铺垫；s5：采用热压罐成型工艺进行固化，并根据外形需求进行加工。
11.进一步的说，所述的步骤s1的预浸料由均匀涂抹酚醛树脂的石英纤维布和酚醛预浸料两者二合一而成。
12.进一步的说，所述的步骤s1的预浸料进行3合1时，每层预浸料错位2mm。
13.进一步的说，所述步骤2中的橡胶面为多层复合橡胶面，其包括与附着结构连接的结构胶层以及与结构胶层粘结的rtv-2橡胶层，还包括涂覆在rtv-2橡胶层表面和热防护层之间的结构胶层。
14.进一步的说，所述步骤s4中铺层时预浸料与金属舱体之间夹角处于17.5
°
至18.5
°
之间。
15.综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明设计了一种用于变截面非回转体的热防护结构，由于变截面非回转体的结构特殊，造成了热防护结构无法形成一个完整的回转结构，热防护结构与变截面非回转体之间为一个面连接的方式，在实际使用中可能会出现热防护结构与变截面非回转体之间剥离的现象，两者之间的连接可靠性得不到保障，本发明针对这一问题，通过在金属舱体表面加工附着结构以及涂覆橡胶面，橡胶面与金属舱体表面的连接可靠性较好，同时预浸料与橡胶面能够获得稳固的连接强度，从而提升了变截面非回转体的金属舱体表面的热防护层的连接可靠性，不容易出现剥离的问题。
附图说明
16.图1为采用个第一种附着结构的变截面非回转体的热防护结构的示意图；图2为采用个第二种附着结构的变截面非回转体的热防护结构的示意图；图3为采用个第三种附着结构的变截面非回转体的热防护结构的示意图；图中1为1为金属舱体，10为附着结构，11为橡胶面，3为防护层。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.参见图1所示，变截面非回转体热防护结构，其包括一变截面且非回转的金属舱体1，其特征在于：在金属舱体1的表面加工有附着结构10，在附着结构10上涂覆成型有橡胶面11，在橡胶面11上铺设固化有热防护层3。
19.本发明为了克服现有技术中热防护层在变截面非回转体金属舱体表面固化容易
剥离的问题，本发明通过在金属舱体表面增加附着结构以及在附着结构上增设橡胶面来提升金属舱体与热防护层之间的连接可靠性，减少或避免两者出现剥离的问题。
20.在实际生产过程中，如果将热防护层直接固化在具有附着结构的金属舱体表面，或者金属舱体表面没有附着结构直接涂覆橡胶面并固化热防护层，两种方式的连接强度仍然无法满足实际产品的需求。
21.本发明设计了多种附着结构来提升金属舱体与橡胶层之间的连接可靠性，从而保证了热防护层的连接可靠性。
22.第一种附着结构所述的附着结构10为在金属舱体的表面进行粗糙处理而得到的粗糙表面；第一种附着结构为在金属舱体表面形成一个增加附着力的粗糙表面；常用的是表面粗糙的方式：对金属舱体的表面进行拉毛处理，或者，利用喷砂处理的方式加工金属舱体的表面。
23.第二种附着结构所述的附着结构10为在金属舱体表面设置的若干个通孔101，橡胶面进入通孔内并与金属舱体背面涂覆的橡胶面连接一体，此种附着结构提供了供橡胶面的橡胶进入的通孔，在橡胶面的成型过程中，会形成若干个与橡胶面连接的连接在通孔内的连接柱，提升了橡胶面与金属舱体的连接可靠性，为了进一步的提升可靠性，可以在金属舱体的背面涂覆形成另一个橡胶面，使通孔内的连接柱与背面的橡胶面连接构成一个整体，形成一个一体的抗拉结构，更好的增强了连接可靠性，优选的，金属舱体的表面加工有粗糙表面的同时还设有若干个通孔，两者结合，能够获得更好的附着力。
24.第三种附着结构所述的附着结构10为金属舱体表面设置的盲孔102，盲孔的底部尺寸大于口部尺寸，此处对盲孔的形状不做限定，各种形状的孔都是可以根据实际产品的需要进行运用，此种附着结构主要在涂覆橡胶面时，橡胶面的橡胶会流入盲孔内，并在盲孔内固化，并且由于盲孔的底部尺寸大于口部尺寸，橡胶在盲孔内固化后需要克服橡胶的形变力才能从盲孔内被拔出，提升了橡胶面与金属舱体的连接强度，优选的，金属舱体的表面加工有粗糙表面同时还设有若干个盲孔，两者结合，能够获得更好的附着力。
25.进一步的说，所述的橡胶面11为多层复合橡胶面，其包与括附着结构连接的结构胶层以及与结构胶层粘结的rtv-2橡胶层，还包括涂覆在rtv-2橡胶层表面和热防护层之间的结构胶层，所述的两个结构胶层为相同的组分，均为常温固化的环氧胶。
26.变截面非回转体热防护成型工艺，其特征在于：包括一变截面且非回转的金属舱体，成型包括以下步骤：s1：根据热防护解剖结构对预浸料进行对应高度随心裁剪，并将裁剪好的预浸料进行3合1；s2：对金属舱体表面进行处理，在金属舱体表面得到附着结构；s3：在金属舱体表面涂覆一层橡胶，形成橡胶面；s4：采用步骤s1中获得的预浸料进行铺层，采用重叠缠绕方式进行铺层，起始层和结束层采用料宽渐变的方式进行铺垫；得到热防护层；在铺层过程中，每铺层就需要用松紧带施压做预压处理，s5：采用热压罐成型工艺进行固化，并根据外形需求进行加工。
27.本发明所述的成型工艺相比于传统工艺，增加了步骤s2和步骤s3；通过附着结构和橡胶面来提升热防护层的连接强度，附着结构增加了橡胶面与金属舱体的连接可靠性，且通过橡胶面与预浸料铺层得到的热防护层连接，利用橡胶面与预浸料材料相近的特性，克服了变截面、非回转以及金属舱体带来的热防护层与金属舱体连接强度差的问题；进一步的说，所述的步骤s1的预浸料由均匀涂抹酚醛树脂的石英纤维布和酚醛预浸料两者二合一而成，石英纤维布具有耐高温、化学稳定性好的特点，酚醛预浸料为碳纤维的酚醛树脂预浸料，石英纤维布涂抹酚醛树脂有与酚醛预浸料能够更好的结合在一起，且同时具有耐高温和结构强度好的特点，满足了热防护层的耐高温和结构强度的需求，克服了现有技术中单独利用石英纤维布作为热防护层带来的结构强度不足的问题，在涂抹酚醛树脂过程中，需将石英纤维布均与铺开，在上面均匀涂抹酚醛树脂，每平方米涂覆144g酚醛树脂，在涂抹的过程中需始终保持石英纤维布的平整，不能出现褶皱扭曲，晾干后在于酚醛预浸料共固化。
28.进一步的说，所述的步骤s1的预浸料进行3合1时，每层预浸料错位2mm。
29.进一步的说，所述步骤2中的橡胶为rtv-2橡胶，进一步的，其包括与附着结构连接的结构胶层以及与结构胶层粘结的rtv-2橡胶层，还包括涂覆在rtv-2橡胶层表面和热防护层之间的结构胶层，所述的两个结构胶层为相同的组分，均为常温固化的环氧胶。
30.进一步的说，所述步骤s4中铺层时预浸料与金属舱体之间夹角处于17.5
°
至18.5
°
之间。
31.综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明设计了一种用于变截面非回转体的热防护结构，由于变截面非回转体的结构特殊，造成了热防护结构无法形成一个完整的回转结构，热防护结构与变截面非回转体之间为一个面连接的方式，在实际使用中可能会出现热防护结构与变截面非回转体之间剥离的现象，两者之间的连接可靠性得不到保障，本发明针对这一问题，通过在金属舱体表面加工附着结构以及涂覆橡胶面，橡胶面与金属舱体表面的连接可靠性较好，同时预浸料与橡胶面能够获得稳固的连接强度，从而提升了变截面非回转体的金属舱体表面的热防护层的连接可靠性，不容易出现剥离的问题。