一种大壁厚发射筒用碳纤维预浸料及其制备方法与流程

本发明涉及新材料，特别是一种大壁厚发射筒用碳纤维预浸料及其制备方法，还涉及上述大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法。

背景技术：

1、集贮存、运输及发射功能于一体的发射筒技术是当今先进导弹武器系统发射技术的重要发展趋势，现代越来越多的导弹武器系统采用贮运发射筒式发射，其核心和关键在于发射筒，发射筒不但承担着发射任务，同时还起着贮存、运输时对导弹进行长期可靠防护作用，并提高导弹上设备的贮存可靠性和导弹武器系统的快速反应能力。在高技术的现代战争中，为更好的发挥发射筒的作用，应使其向轻型、小型、低可探测性方向发展，碳纤维复合材料由于其优异的综合性能，是未来发射筒的首选材料。

2、碳纤维发射筒一般采用湿法缠绕工艺制作而成，具有成型简单、成本低等特点，但是由于树脂是在线浸渍纤维丝束，受环境温度等影响，往往存在树脂无法完全浸透纤维导致孔隙率高的问题，孔隙率高会影响发射筒的长期贮存寿命，且发射筒重量无法精确控制，无法复合材料发射筒做到更低。

3、基于以上问题，采用碳纤维预浸料为主要原材料是制备高性能发射筒的更好材料，相对湿法工艺，由于树脂是预浸渍纤维丝束，可以保证树脂对纤维的充分浸润，且纤维和树脂含量精确可控，通过热压罐成型，可以制备出重量更加可控、空隙率更低的发射筒，可以显著提升发射筒的贮存寿命和战术指标。

4、复合材料发射筒不仅要承受较高的内压，还要具有较好的弯曲刚性，以更好的适用导弹贮存、运输、吊装和发射等工况，并且随着导弹重量的增加，发射筒的壁厚就越大。针对大壁厚复合材料发射筒的预浸料热压罐成型，一般采用0°预浸料铺贴和90°预浸料环向缠绕制作而成，0°预浸料主要起到弯曲刚性的作用，90°预浸料主要起到内部承压的作用，但是针对大壁厚复合材料发射筒的热压罐成型，如何保证成型后筒体截面纤维无弯曲是技术难点。在发射筒预浸料铺贴和缠绕时不可避免的会引入预浸料层间空气，为了保证筒体结构层较低的孔隙率，就需要热压罐成型，以提供更大的成型压力，在成型时，传统的高流动性、高树脂含量的碳纤维预浸料会析出较多树脂，以及由于重力作用的树脂二次分布等原因导致了筒体截面纤维弯曲，对筒体的内部承压及弯曲刚性影响较大。

5、为解决大壁厚碳纤维发射筒预浸料热压罐成型时的纤维弯曲问题，急需要研发一种低流动性、低树脂含量的碳纤维预浸料。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料适合大壁厚发射筒的热压罐成型，且不需要旋转成型仍可保证壁厚的均匀性，可以最大限度的减少筒体成型后截面的纤维弯曲现象；同时还满足预浸料较宽的成型温度，可以实现一种材料满足发射筒多次分层成型的目的，使筒体二次成型的温度低于已成型筒体复合材料的玻璃化转变温度，从而更好的保证筒体的圆度。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法。

3、本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料为采用树脂膜、碳纤维、树脂膜制备的“三明治”结构，其中，树脂膜采用树脂组合物覆盖上聚乙烯薄膜得到，树脂组合物由组合物a与组合物b混合得到，组合物a由液态环氧树脂、固化剂、促进剂混合得到，组合物b由固态环氧树脂、液态环氧树脂、流动可控组分混合得到。

4、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，在树脂组合物中，固态环氧∶液态环氧∶流动可控组分∶固化剂∶促进剂比例为30～60∶20～50∶5～20∶2～10∶1～5。

5、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，在树脂组合物中，液态环氧树脂及固态环氧树脂为多官能度环氧树脂、酚醛环氧树脂与双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧中的一种或多种的组合物，且多官能度环氧树脂及酚醛环氧树脂占比不低于30%。

6、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，所述固化剂为双氰胺，促进剂为有机脲类促进剂、咪唑类促进剂中的一种或两种的组合物。

7、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，所述流动可控组分为反应型大分子量苯氧树脂，重均分子量在30000以上。

8、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，一种大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法，首先制备出树脂组合物，再将树脂组合物涂附到离型纸上并覆盖上聚乙烯薄膜得到树脂膜，最后将树脂膜和碳纤维复合到一起制备出碳纤维预浸料，即大壁厚发射筒用碳纤维预浸料。

9、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法，该方法具体步骤如下：

10、（1）树脂组合物的制备：

11、通过三辊研磨机将液态环氧、固化剂、促进剂进行充分混合得到组合物a；

12、将固态环氧、液态环氧、流动可控组分在双行星搅拌釜中高温120℃～180℃加热充分混合，得到组合物b；

13、将组合物b降温度到50℃～70℃，再加入组合物a充分搅拌后出料装袋，冷却后得到固体状树脂组合物；

14、（2）树脂膜的制备：

15、将室温下的固体状树脂组合物置于三辊涂胶机的流胶架上，使树脂组合物自动滴落到挤胶辊的胶槽中，通过控制挤胶辊间隙精确控制涂胶辊表面粘附的树脂组合物厚度，将树脂涂覆到离型纸上，再将冷却后的树脂组合物覆盖上聚乙烯薄膜后得到卷状的树脂膜；

16、（3）碳纤维预浸料的制备：

17、将树脂膜、碳纤维、树脂膜呈“三明治”结构经过预浸机的热压、冷却、覆聚乙烯薄膜等操作得到卷状的碳纤维预浸料，即大壁厚发射筒用碳纤维预浸料。

18、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法，该方法制备的碳纤维预浸料的纤维面密度为100g/m2～400g/m2，树脂含量为30%～36%。

19、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法，该方法制备的碳纤维预浸料可实现90℃～160℃中、低温固化，固化后复合材料玻璃纤维转变温度在150℃以上，且树脂组合物固化时的最小粘度在2000cps以上。

20、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料的制备方法，采用该方法制备的碳纤维预浸料制作大壁厚发射筒时，首次发射筒成型温度在150℃～160℃，二次发射筒成型温度在120℃～130℃，三次发射筒成型温度在90℃～100℃，且每次发射筒成型厚度在5mm～20mm。

21、与现有技术相比，本发明在于提供一种大壁厚发射筒用碳纤维预浸料，其预浸料纤维面密度在100g/m2～400g/m2，树脂含量在30%～36%，可实现90℃～160℃中、低温固化，固化后复合材料玻璃纤维转变温度在150℃以上，且树脂组合物固化时的最小粘度在2000cps以上；在大壁厚发射筒成型时具有较小的树脂流动性，树脂析出量较少，可以实现产品不旋转成型，同时解决了树脂大量析出导致的纤维弯曲问题，可以显著提升发射筒的成型质量稳定性，并且由于树脂含量低，可以进一步提高发射筒的整体刚性和强度。

22、本发明提供的大壁厚发射筒用碳纤维预浸料适合于发射筒及航空部件等高端复合材料产品的热压罐成型，具有原料易得、工艺方法简单及可推广性强等特点。