CN103322854A - 一种复合材料发射筒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多结构层次的复合材料发射筒及其制备方法，满足发射筒在具有较高的力学性能同时重量最轻化、功能多样化和结构一体化的要求。具体技术方案为：其筒体呈圆柱形结构，主要由内筒、保温夹层、外筒组成；具体制备方法为第一步在芯模喷涂耐热防冲刷涂料，加热固化；第二步，内筒成型：包括缠绕主承载层、粘接屏蔽层及铺贴前、后法兰加强框补偿层、加热固化和机加；第三步，保温夹层的固化、机加；第四步，保温层二层粘接、外筒缠绕成型及前、后法兰加强框的铺贴成型、固化和机加；第五步，脱模。采用这分层成型、固化、机加的工艺方法后，缩短了生产周期、简化了工艺，降低了复合材料发射筒的废品率，确保质量。

Description

一种复合材料发射筒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发射筒及其制备方法，特别是一种多结构层次的复合材料发射筒及其制备方法。

背景技术

由于现代军事作战的需要，对武器系统的要求越来越高，除了要具有较高的力学性能外，还要求重量最轻化、功能多样化和结构一体化，传统的金属材料发射筒已经不能满足要求，复合材料已越来越多的应用在武器系统产品上。

一般复合材料发射筒主要包括主承载层、次承载层和加强框结构，成型过程中最多只需进行两次固化加热即可。对于包括多个结构层次的复合材料发射筒则需要进行多次成型(包括缠绕、粘接和铺贴等成型)、固化和机械加工，由于发射筒多个层次结构采用的非金属材料种类较多，各种材料之间存在热膨胀系数、导热率等性能不匹配的情况，如果固化时机和固化制度选择不当，则会导致发射筒在固化时各种材料收缩不一致而产生热应力，影响产品性能。

发明内容

本发明提供了一种多结构层次的复合材料发射筒及其制备方法，满足发射筒在具有较高的力学性能同时重量最轻化、功能多样化和结构一体化的要求。具体技术方案为：

其筒体呈圆柱形结构，主要由内筒、保温夹层、外筒组成，内筒包括耐热防冲刷层、主承载层、屏蔽层、前、后法兰和加强框补偿层；保温夹层包括保温层、隔层面板保温层二层及前、后法兰和加强框二层补偿层，外筒包括次承载层、前、后法兰和加强框，；发射筒耐热防冲刷层采用防热涂料喷涂而成，主承载层采用碳纤维/环氧复合材料，主承载层外铺放铜网作为屏蔽层，用于保证发射筒的电磁屏蔽性能，保温层和保温层二层分别采用蜂窝填充泡沫和蜂窝结构，隔层面板采用玻璃纤维/环氧纤维增强复合材料，主要起保温隔热作用；次承载层为玻璃纤维/环氧纤维增强复合材料，起承受内压、弯曲以及冲击等载荷的作用，发射筒前、后法兰和加强框采用连续玻璃纤维(织物)/环氧缠绕成型。具体制备方法如下：

第一步，在芯模喷涂耐热防冲刷涂料，加热固化；第二步，内筒成型：包括缠绕主承载层、粘接屏蔽层及铺贴前、后法兰加强框补偿层、加热固化和机加；第三步，保温夹层固化成型、机加：包括粘接保温层、缠绕隔层面板及铺贴前、后法兰加强框二层补偿层、并加热固化及进行机械加工；第四步，保温层二层粘接、外筒缠绕成型及前、后法兰加强框的铺贴成型、固化和机加；第五步，脱模。

采用这分层成型、固化、机加的工艺方法后，缩短了生产周期、简化了工艺，降低了复合材料发射筒的废品率，确保产品质量。

附图说明

图1是发射筒内部结构示意图；

图2是发射筒成型工艺流程图。

具体实施方式

实施例1一种多结构层次复合材料发射筒成型方法

多结构层次复合材料发射筒内部结构如图1所示，其筒体呈圆柱形结构，主要由内筒、保温夹层、外筒、吊挂、支脚等组成。筒体全长6550±1.5mm，最大外圆直径

内圆直径

内筒主要包括耐热防冲刷层、主承载层、屏蔽层、法兰补偿层、加强框补偿层等；保温夹层包括保温层(蜂窝填充泡沫)、隔层面板和保温层二层(纸蜂窝)、法兰二层补偿层、加强框二层补偿层等结构层，外筒主要包括次承载层、前、后法兰和加强框，筒体结构如图2所示。发射筒的主承载层和次承载层为连续纤维增强复合材料，起承受内压、弯曲以及冲击等载荷的作用。保温夹层分别采用蜂窝填充泡沫和蜂窝结构，主要起保温隔热作用。发射筒前、后法兰采用连续玻璃纤维(织物)/环氧缠绕成型。沿发射筒的环向布置两道加强框，为了保证发射筒能够承受高温燃气的多次烧蚀、冲刷作用，在发射筒内壁设置有耐热防冲刷层。发射筒上环向安装2组(各4个)窗框，用于保护加热膜的焊点。通过选择合适的固化时机和固化制度，实现多结构层次复合材料发射筒的成型。具体制备流程：

1)芯模处理：芯模在每次使用之前必须经过打磨、清洗、涂脱模剂等一系列操作，保证芯模外表面的光洁，一来可以减少脱模时的摩擦力，二来可以满足发射筒内壁的粗糙度要求。

2)耐热防冲刷层成型：采用耐高温抗冲刷涂料直接在芯模上喷涂而成。

3)一次固化：将喷涂好耐高温抗冲刷涂层的芯模送入固化炉中，按照其固化制度使其加热固化，固化时芯模均匀旋转，固化完成后，保温待用。

固化制度：室温-40℃/2h-60℃/1h-80℃/2h-100℃/1h-110℃/1h-45℃(升温速率为0.5℃/min，自然降温)。

4)主承载层成型：采用碳纤维纱浸渍高温固化环氧树脂湿法纵、环向交替缠绕成型。

5)屏蔽层成型：在主承载层外铺设铜网，外表面环向缠绕碳纤维/环氧树脂压实。

6)前、后法兰和加强框补偿层成型：采用玻璃纤维/环氧树脂湿法环向缠绕及高强玻璃纤维单向布手工铺放法兰。

7)二次固化：按照环氧树脂的固化制度，采用全程旋转固化方式。

固化制度：室温-50℃/(保温2h)-80℃/(保温2h)-100℃/(保温2h)-110℃/(保温3h)-130℃/(保温8h)-160℃/(保温4h)-降温至30℃(升温速率≤0.5℃/min，160℃降至80℃的降温速率为6～8℃/h，80℃降至50℃的降温速率为3～5℃/h，50℃降至30℃的降温速率为＜2℃/h)。

8)一次机加：机加内筒外表面、机加加强框补偿层、机加法兰补偿层。

9)保温层粘接：保温层采用蜂窝填充泡沫结构。蜂窝填充泡沫夹芯预制成型后，将其内、外表面修理平整，在内筒外铺放胶膜，然后将保温层粘接在内筒外，并使用工装将其固定，在保温层外缠绕玻璃纤维干纱压实后，送入固化炉预固化。

10)隔层面板成型：采用高强玻璃纤维纱纵、环向缠绕成型。

11)前、后法兰和加强框二层补偿层成型：采用玻璃纤维湿法缠绕及高强玻璃纤维单向布手工铺放。

12)保温夹层固化：使环氧树脂胶液加热固化。

固化制度：室温-30℃/(保温2h)-50℃/(保温2h)-80℃/(保温2h)-100℃/(保温2h)-110℃/(保温2h)-120℃/(保温4h)-降温至30℃(升温速率≤0.5℃/min，120℃降至80℃的降温速率为6～8℃/h，80℃降至50℃的降温速率为3～5℃/h，50℃降至30℃的降温速率为＜2℃/h)。

13)二次机加：对隔层面板、加强框二层补偿层、法兰二层补偿层的外表面进行机加。

14)保温层二层粘接：保温层二层预制成型后，采用胶膜进行粘接。

15)次承载层缠绕成型：采用玻璃纤维/环氧湿法纵、环向交替缠绕。

16)前、后法兰和加强框成型：采用玻璃纤维/环氧湿法缠绕及高强玻璃纤维单向布手工铺放。

17)四次固化：采用全程旋转固化方式。

固化制度：室温-30℃/(保温2h)-50℃/(保温2h)-80℃/(保温2h)-100℃/(保温2h)-110℃/(保温3h)-130℃/(保温8h)-降温至30℃(升温速率≤0.5℃/min，120℃降至80℃的降温速率为6～8℃/h，80℃降至50℃的降温速率为3～5℃/h，50℃降至30℃的降温速率为＜2℃/h)。

18)三次机加：机加次承载层表面、切除封头、将芯轴上的基准转换到发射筒上，在前、后法兰侧面划象限、机加法兰和加强框。

19)脱模：脱模采用卧式拔模工艺。

Claims (3)

1.一种复合材料发射筒，其特征在于，筒体呈圆柱形结构，包括内筒、保温夹层、外筒；内筒包括耐热防冲刷层、主承载层、屏蔽层、前、后法兰和加强框补偿层；保温夹层包括保温层、隔层面板保温层二层及前、后法兰和加强框二层补偿层；外筒包括次承载层、前、后法兰和加强框；发射筒耐热防冲刷层采用防热涂料喷涂而成，主承载层采用碳纤维纱浸渍高温固化环氧树脂固化而成，主承载层外铺放铜网作为屏蔽层，保温层和保温层二层分别采用蜂窝填充泡沫和蜂窝结构，隔层面板采用玻璃纤维纱浸渍高温固化环氧树脂固化而成，次承载层为玻璃纤维纱浸渍高温固化环氧树脂固化而成，发射筒前、后法兰和加强框及其补偿层采用连续玻璃纤维纱浸渍高温固化环氧树脂缠绕成型。

2.如权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，

第一步，在芯模喷涂耐热防冲刷涂料，加热固化；

第二步，内筒成型、机加：包括缠绕主承载层、粘接屏蔽层及铺贴前、后法兰固化而成加强框补偿层、并加热固化及进行机械加工；

第三步，保温夹层固化成型、机加：包括粘接保温层、缠绕隔层面板及铺贴前、后法兰加强框二层补偿层、并加热固化及进行机械加工；

第四步，保温层二层粘接、外筒缠绕成型及前、后法兰加强框的铺贴成型、固化和机加；

第五步，脱模。

3.如权利要求2所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

1)芯模处理：对芯模进行打磨、清洗、涂脱模剂；

2)耐热防冲刷层成型：采用耐高温抗冲刷涂料直接在芯模上喷涂；

3)一次固化：将喷涂好耐高温抗冲刷涂层的芯模送入固化炉中，使芯模均匀旋转，按照0.5℃/min的升温速率，从室温升到40℃后保温2h，升到60℃后保温1h，升到80℃后保温2h，升到100℃后保温1h，升到110℃后保温1h，最后自然降温至45℃，固化完成后，保温待用；

4)主承载层成型：采用碳纤维纱浸渍高温固化环氧树脂湿法纵、环向交替缠绕成型；

5)屏蔽层成型：在主承载层外铺设铜网，外表面环向缠绕碳纤维/环氧树脂压实；

6)前、后法兰和加强框补偿层成型：采用玻璃纤维/环氧树脂湿法环向缠绕及高强玻璃纤维单向布手工铺放法兰；

7)二次固化：按照环氧树脂的固化制度，采用全程旋转固化方式进行固化，固化制度：按照不大于0.5℃/min升温速率，从室温升到50℃后保温2h，升到80℃后保温2h，升到100℃后保温2h，升到110℃后保温3h，升到130℃后保温8h，升到160℃后保温4小时，最后按照从160℃降至80℃为6～8℃/h，从80℃降至50℃为3～5℃/h，从50℃降至30℃为小于2℃/h的降温速率降温至30℃；

8)一次机加：机加内筒外表面、机加加强框补偿层、机加法兰补偿层；

9)保温层粘接：保温层采用蜂窝填充泡沫结构，蜂窝填充泡沫夹芯预制成型后，将其内、外表面修理平整，在内筒外铺放胶膜，然后将保温层粘接在内筒外，并使用工装将其固定，在保温层外缠绕玻璃纤维干纱压实后，送入固化炉预固化；

10)隔层面板成型：采用高强玻璃纤维纱纵、环向缠绕成型；

11)前、后法兰和加强框二层补偿层成型：采用玻璃纤维湿法缠绕及高强玻璃纤维单向布手工铺放；

12)保温夹层固化：使环氧树脂胶液加热固化；固化制度：按照不大于0.5℃/min升温速率，从室温升到30℃后保温2h，升到50℃后保温2h，升到80℃后保温2h，升到100℃后保温2h，升到110℃后保温2h，升到120℃后保温4h，最后按照从160℃降至80℃为6～8℃/h，从80℃降至50℃为3～5℃/h，从50℃降至30℃为小于2℃/h的降温速率-降温至30℃；

13)二次机加：对隔层面板、加强框二层补偿层、法兰二层补偿层的外表面进行机加；

14)保温层二层粘接：保温层二层预制成型后，采用胶膜进行粘接；

15)次承载层缠绕成型：采用玻璃纤维/环氧湿法纵、环向交替缠绕；

16)前、后法兰和加强框成型：采用玻璃纤维/环氧湿法缠绕及高强玻璃纤维单向布手工铺放；

17)四次固化：采用全程旋转固化方式；固化制度：按照不大于0.5℃/min升温速率，从室温升到30℃后保温2h，升到50℃后保温2h，升到80℃后保温2h，升到100℃后保温2h，升到110℃后保温3h，升到130℃后保温8h，最后按照从120℃降至80℃为6～8℃/h，从80℃降至50℃为3～5℃/h，从50℃降至30℃为小于2℃/h的降温速率降温至30℃；

18)三次机加：机加次承载层表面、切除封头、将芯轴上的基准转换到发射筒上，在前、后法兰侧面划象限、机加法兰和加强框；

19)脱模：采用卧式拔模工艺进行脱模。

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