[发明专利]一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法，所述防液氧渗漏复合材料包括低模量碳纤维和低温高韧性阻燃环氧树脂体系，所述低模量碳纤维的重量含量为56％～68％，所述低温高韧性阻燃环氧树脂体系的重量含量为32％～44％；所述低模量碳纤维的模量小于240GPa。低温高韧性阻燃环氧树脂体系包括含环氧树脂、脂肪醚键增韧剂、热塑性增韧剂阻燃剂和固化剂。制备方法中包括采用超薄预浸料进行铺层和采用低应力固化制度进行固化。本发明提高了复合材料本体的防渗漏性能，适用于液氧环境应用的复合材料构件的制备，可应用于复合材料液氧贮箱、复合材料液氧屏蔽套、复合材料液氧管道等领域。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法，该复合材料及其制备方法可以提高复合材料抵抗液氧渗漏性能，可用于液氧环境应用的复合材料构件如液氧贮箱、液氧屏蔽套和液氧管道的制备。

背景技术

采用碳纤维复合材料代替金属材料制备低温贮箱是实现低温贮箱减重的有效途径之一。复合材料可设计性强，可以根据不同方向的承载要求进行各向异性的优化设计，其比强度、比刚度均远高于金属材料，高强碳纤维复合材料的比强度是2219铝合金的8.1倍，是2195铝锂合金的6.2倍，在材料强度上具有显著优势。与此同时，复合材料还具有良好的抗疲劳性能和抗振性能，其良好的成型工艺性使结构易于整体成型，减少零件和连接工序的数量，能够提高产品综合性能，缩短周期。据NASA报道复合材贮箱可实现减重约30％，同时综合成本降低25％。

但是，与金属贮箱相比，碳纤维复合材料用于低温贮箱制造也存在严重的低温液体渗漏风险。由于复合材料中碳纤维在纤维方向上具有较小的负膨胀系数，而树脂基体则具有较大的正膨胀系数，当复合材料应用于液氧(-183℃)贮箱时，低温燃料加注和贮存前后巨大的温差，导致复合材料在低温冷却产生的热应力和内压作用产生的机械应力的耦合作用下，容易在树脂基体和纤维与树脂界面处产生微裂纹。在低温和应力的持续或循环作用下，微裂纹扩展，进而形成渗漏通道，最终导致复合材料贮箱泄漏失效。

因此，亟需开展复合材料防液氧渗漏技术研究。

发明内容

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种防液氧渗漏复合材料，所述防液氧渗漏复合材料包括低模量碳纤维和低温高韧性阻燃环氧树脂体系，所述低模量碳纤维的重量含量为56％～68％，所述低温高韧性阻燃环氧树脂体系的重量含量为32％～44％；

所述低模量碳纤维的模量小于240GPa。

第二方面，一种防液氧渗漏复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将环氧树脂、含脂肪醚键增韧剂、热塑性增韧剂和阻燃剂在60-130℃下搅拌均匀；

(2)加入固化剂，在80-130℃下搅拌10-60分钟，搅拌均匀，制得低温高韧性阻燃环氧树脂体系；

(3)采用模量小于240GPa的低模量碳纤维与低温高韧性阻燃环氧树脂体系，制备单层厚度小于0.08mm的超薄预浸料；

(4)将制得的超薄预浸料，逐层铺于模具上，用真空袋包覆，抽真空，然后放置于热压罐中固化，脱模，即制得防液氧渗漏复合材料。

根据本发明提供的一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法，液氧低温环境下，复合材料的应力相对较小；

(2)本发明提供的一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法，液氧低温环境下，复合材料裂纹扩展的阻力较大；

(3)本发明提供的一种防液氧渗漏复合材料及其制备方法，复合材料防液氧渗漏性能较好，可应用于复合材料液氧贮箱、复合材料液氧屏蔽套、复合材料液氧管道等领域。

附图说明