一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具設(shè)及一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，航天飛行器的質(zhì)量每減少1千克，就可使運(yùn)載火箭減輕500千克， 而一次衛(wèi)星發(fā)射費(fèi)用達(dá)幾千萬美元。高成本的因素，使得航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板所用的材料質(zhì) 輕，高性能顯得尤為重要。隨著航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，對材料的要求也日益苛刻，一個(gè) 國家新材料的研制與應(yīng)用水平，在很大程度上體現(xiàn)了一個(gè)國家的國防和科研水平，因此許 多國家都把新材料的研制與應(yīng)用放在科研工作的重要地位。為了適應(yīng)航天領(lǐng)域日益苛刻的 要求，通用環(huán)氧樹脂已不能滿足要求，世界各國都在致力于開發(fā)各種高性能環(huán)氧樹脂，W便 于開發(fā)同高性能增強(qiáng)材料(如芳絕、碳纖維等)相匹配的樹脂體系。但總結(jié)起來，大都是在保 證環(huán)氧樹脂優(yōu)異的工藝性的前提下，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂的多官能化，W改善其固化物的耐熱性 和粘接性，并沒有綜合利用并發(fā)揮其他工程塑料的優(yōu)良特性。
[0003] 申請?zhí)枮?00410025427.3,公開了一種航空航天飛行器用膨化聚四氣乙締密封板 材的制備方法，所述制備過程包括混料、預(yù)成型、推壓、壓延、干燥、膨化、定型工藝。使用該 發(fā)明制備獲得的聚四氣乙締結(jié)構(gòu)密封板材，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、自潤滑性、 克服了純聚四氣乙締密封材料的冷流性，不會隨著時(shí)間而硬化或脆化W及耐高低溫-240°C ~26(TC的特性，適用于各種形狀的平面密封;但是其硬度及初性不夠，對宇宙射線福射的抵 御能力也欠佳。
[0004] 申請?zhí)枮?00410025427.3,公開了一種航空機(jī)載設(shè)備用加熱可恢復(fù)原尺寸聚四氣 乙締板材的制備方法。制備過程包括預(yù)處理、預(yù)成型、塑化工藝、應(yīng)力消除工藝、熱處理工 藝、平整定型工藝。使用該發(fā)明獲得的聚四氣乙締制品材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕 緣性、耐高低溫性、加熱可恢復(fù)性、耐航空液壓油的特性，適用于航空機(jī)載設(shè)備液壓密封系 統(tǒng)保護(hù)圈及材料，但是初性欠佳，對宇宙射線福射的抵御能力也不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本針對W上技術(shù)問題及需求形勢，本發(fā)明提供了一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料及 其制備方法，制備出機(jī)械強(qiáng)度高、初性好、有較高的抗拉、抗壓強(qiáng)度，耐疲勞性能突出，耐熱， 耐腐蝕，抗宇宙射線福射的航天材料。
[0006] 本發(fā)明提供一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，由聚酷亞胺、聚四氣乙締、聚丙締臘、 聚苯硫酸和稀±氧化物組成，材料各組分的重量百分比為：

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[001 ' 勺： 本發(fā)明還提供一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料的制備方法，制備方法為W下步驟： 步驟SOI:將聚酷亞胺、聚四氣乙締、聚丙締臘、聚苯硫酸和稀±氧化物混合粉碎成40曲1 ~50皿的顆粒。
[0012]步驟S02:在高壓條件下，升溫速率為80°C/小時(shí)~IOOtV小時(shí)的條件下將混合顆粒 升溫到450°C~500°C，并保溫5小時(shí)~8小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[001引步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻30分鐘~40分鐘，W消除應(yīng)力。
[0014] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為40MPa~50MPa，升溫速率為80°C/小時(shí)~100 °C/小時(shí)的條件下升溫到250°C~300°C，然后在壓力為6MPa~IOM化的條件下漉壓定型，經(jīng)過 降溫，得到航空材料。
[0015] 進(jìn)一步地，上述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料的制備方法步驟S02中，高壓條件具體 為:壓力為40MPa~50MPa。
[0016] 進(jìn)一步地，上述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料的制備方法步驟S04中，降溫具體為： 降溫速率為80 °C /小時(shí)~100 °C /小時(shí)。
[0017] 本發(fā)明制備的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，W聚酷亞胺、聚四氣乙締、聚丙締臘、聚 苯硫酸和稀±氧化物為原材料，經(jīng)過制備得到綜合性能優(yōu)良的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。 聚酷亞胺30%~40%、聚四氣乙締25%~35 %、聚丙締臘15%~20%、聚苯硫酸5%~10%的比例配 合能夠使材料的機(jī)械強(qiáng)度、初性、抗拉、抗壓強(qiáng)度得到最好的優(yōu)化，1%~5%的稀±氧化物的 加入，增加了材料耐熱、耐腐蝕、抗宇宙射線福射的性能；同時(shí)在粗胚成形后，并不是直接漉 壓定型，而是經(jīng)過應(yīng)力消除處理30分鐘~40分鐘，增加了材料的耐疲勞性。
[0018] 相對于其他航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，本發(fā)明材料的主要優(yōu)點(diǎn)有： 1、材料在同等厚度及質(zhì)量條件下，具有高比強(qiáng)度、高比剛度、高初性、高損傷容限、抗腐 蝕、耐環(huán)境侵蝕性，能夠減輕航天器重量。
[0019] 2、所制備的材料既能承受氣動(dòng)載荷又具備多功能。
[0020] 3、所制備的材料耐疲勞性好、使用壽命長、耐久性和可靠性佳。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0022] 實(shí)施例1 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 雙馬來酷亞胺:370g、聚四氣乙締:330g、聚丙締臘：180g、聚苯硫酸:90g、氧化姉:30g。
[0023] 其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將雙馬來酷亞胺370g、聚四氣乙締330g、聚丙締臘180g、聚苯硫酸90g、氧化姉 30g混合粉碎成45]im的顆粒。
[0024] 步驟S02:在壓力為45MPa的條件下，升溫速率為88°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒升 溫到450°C，并保溫8小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[00巧]步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻34分鐘，W消除應(yīng)力。
[0026] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為45MPa，升溫速率為89°C/小時(shí)的條件下升 溫到270°C，然后在壓力為8M化的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為89°C/小時(shí)的降溫處理， 得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0027] 實(shí)施例2 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 雙馬來酷亞胺:360g、聚四氣乙締:320g、聚丙締臘:180g、聚苯硫酸:100g、氧化銅:40g。 [00%]其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將雙馬來酷亞胺360g、聚四氣乙締320g、聚丙締臘180g、聚苯硫酸lOOg、氧化 銅40g混合粉碎成46]im的顆粒。
[0029] 步驟S02:在壓力為44MPa的條件下，升溫速率為86°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒升 溫到460°C，并保溫6小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[0030] 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻36分鐘，W消除應(yīng)力。
[0031] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為46MPa，升溫速率為86°C/小時(shí)的條件下升 溫到260°C，然后在壓力為6M化的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為86°C/小時(shí)的降溫處理， 得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0032] 實(shí)施例3 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 聚酷亞胺:370g、聚四氣乙締:310g、聚丙締臘：190g、聚苯硫酸:80g、氧化鐵:50g。
[0033] 其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將聚酷亞胺370g、聚四氣乙締310g、聚丙締臘190g、聚苯硫酸80g、氧化鐵50g 混合粉碎成47]im的顆粒。
[0034] 步驟S02:在壓力為47MPa的條件下，升溫速率為87°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒升 溫到470°C，并保溫7小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[0035] 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻37分鐘，W消除應(yīng)力。
[0036] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為47MPa，升溫速率為87°C/小時(shí)的條件下升 溫到270°C，然后在壓力為7M化的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為87°C/小時(shí)的降溫處理， 得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0037] 實(shí)施例4 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 聚酷亞胺:400g、聚四氣乙締:350g、聚丙締臘：150g、聚苯硫酸:50g、氧化巧:50g。
[0038] 其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將聚酷亞胺400g、聚四氣乙締350g、聚丙締臘150g、聚苯硫酸50邑、稀±氧化物 SOg混合粉碎成40]im的顆粒。
[0039] 步驟S02:在壓力為40MPa的條件下，升溫速率為80°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒升 溫到450°C，并保溫5小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[0040] 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻30分鐘，W消除應(yīng)力。
[0041] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為40MPa，升溫速率為80°C/小時(shí)的條件下升 溫到250°C，然后在壓力為6M化的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為80°C/小時(shí)的降溫處理， 得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0042] 實(shí)施例5 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 聚酷亞胺:300g、聚四氣乙締:310g、聚丙締臘:200g、聚苯硫酸:lOOg、氧化錯(cuò)：lOg。
[0043] 其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將聚酷亞胺300g、聚四氣乙締310g、聚丙締臘200g、聚苯硫酸lOOg、氧化錯(cuò)IOg 混合粉碎成50]im的顆粒。
[0044] 步驟S02:在壓力為50M化的條件下，升溫速率為IOOtV小時(shí)的條件下將混合顆粒 升溫到500°C，并保溫8小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[0045] 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻40分鐘，W消除應(yīng)力。
[0046] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為50MPa，升溫速率為IOOtV小時(shí)的條件下 升溫到300°C，然后在壓力為IOMPa的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為IOOtV小時(shí)的降溫 處理，得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0047] 實(shí)施例6 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 聚酷亞胺:400g、聚四氣乙締:300g、聚丙締臘：190g、聚苯硫酸:70g、氧化館:40g。
[004引其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將聚酷亞胺400g、聚四氣乙締300g、聚丙締臘90g、聚苯硫酸70g、氧化館40g混 合粉碎成45]im的顆粒。
[0049]步驟S02:在壓力為475M化的條件下，升溫速率為90°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒 升溫到475°C，并保溫6.5小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[0050] 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻35分鐘，W消除應(yīng)力。
[0051] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為45MPa，升溫速率為90°C/小時(shí)的條件下升 溫到275°C，然后在壓力為8M化的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為90°C/小時(shí)的降溫處理， 得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0化2] 實(shí)施例7 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其原料組分包括： 聚酷亞胺:350g、聚四氣乙締:300g、聚丙締臘：175g、聚苯硫酸:75g、氧化錯(cuò):30g。
[0053] 其制備方法包括W下步驟： 步驟SOI:將聚酷亞胺350g、聚四氣乙締300g、聚丙締臘175g、聚苯硫酸75g、氧化錯(cuò)30g 混合粉碎成4祉m的顆粒。
[0054] 步驟S02:在壓力為480M化的條件下，升溫速率為95°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒 升溫到480°C，并保溫6小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚。
[0055] 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻40分鐘，W消除應(yīng)力。
[0056] 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為47MPa，升溫速率為85°C/小時(shí)的條件下升 溫到280°C，然后在壓力為7.SMPa的條件下漉壓定型，經(jīng)過降溫速率為95°C/小時(shí)的降溫處 理，得到航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0化7] 實(shí)驗(yàn)例1 本發(fā)明實(shí)施例^7材料與普通航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料做性能試驗(yàn)，性能見表1。
[0化引 親1忡能對照親

由上述試驗(yàn)例可見，本發(fā)明材料的各項(xiàng)性能均高于普通航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料。
[0059] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，由聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯硫醚和稀 土氧化物組成，其特征在于，所述材料各組分的重量百分比為： 聚酰亞胺 30%-40% 聚四氟乙烯 25%-35% 聚丙烯腈 15%-20 % 聚苯硫醚 5% -10 % 稀土氧化物 1%-5%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其特征在于，所述材料各組分的重 量百分比為： 聚酰亞胺 37% 聚四氟乙烯 31% 聚丙烯腈 19% 聚苯硫醚 8% 稀土氧化物 5%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其特征在于，所述聚酰亞胺為雙馬 來酰亞胺。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其特征在于，所述材料各組分的重 量百分比為： 雙馬來酰亞胺 36% 聚四氟乙烯 32% 聚丙烯腈 18% 聚苯硫醚 10% 稀土氧化物 4%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其特征在于，所述稀土氧化物為輕 稀土氧化物。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其特征在于，所述輕稀土氧化物為 氧化鋪。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，其特征在于，所述材料各組分的重 量百分比為： 雙馬來酰亞胺 37% 聚四氟乙烯 33% 聚丙烯腈 18% 聚苯硫醚 9% 氧化鈰 3%。8. -種如權(quán)利要求1所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料的制備方法，其特征在于，制備方 法包括以下步驟： 步驟S01:將聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯硫醚和稀土氧化物混合粉碎成40μπι ~50μηι的顆粒； 步驟S02:在高壓條件下，升溫速率為80°C/小時(shí)~100°C/小時(shí)的條件下將混合顆粒升溫 到450°0500°C，并保溫5小時(shí)~8小時(shí)，使各物料顆粒充分融合，得到粗胚； 步驟S03:將步驟S02得到的粗胚放入水中降溫冷卻30分鐘~40分鐘，以消除應(yīng)力； 步驟S04:將消除應(yīng)力后的粗胚在壓力為40MPa~50MPa，升溫速率為80°C/小時(shí)~100°C/ 小時(shí)的條件下升溫到250°0300°C，然后在壓力為6MPa~lOMPa的條件下輥壓定型，經(jīng)過降 溫，得到航空材料。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料的制備方法，其特征在于，所述步驟 S02中高壓條件具體為:壓力為40MPa~50MPa。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料的制備方法，其特征在于，所述步 驟S04中降溫具體為:降溫速率為80 °C /小時(shí)~100 °C /小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種航天飛機(jī)艙內(nèi)頂板用材料，由聚酰亞胺30%－40%、聚四氟乙烯25%－35％、聚丙烯腈15%－20％、聚苯硫醚5%－10％、稀土氧化物1%－5％組成，經(jīng)過粉碎、混合、消除應(yīng)力、輥壓后制成，所制備的航天材料具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、韌性、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度，加入稀土氧化物使材料得耐熱、耐腐蝕、抗宇宙射線輻射的性能得到提升；同時(shí)在粗胚成形后，經(jīng)過應(yīng)力消除處理，增加了材料的耐疲勞性。
【IPC分類】C08L81/02, C08L27/18, C08L33/20, C08K3/22, B29C43/58, C08L79/08
【公開號】CN105713389
【申請?zhí)枴緾N201610295902
【發(fā)明人】王少平
【申請人】惠安縣泰達(dá)商貿(mào)有限責(zé)任公司