CN103899911B - 复合材料绝热支承件一体化复合成型方法 - Google Patents
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Abstract
复合材料绝热支承件一体化复合成型方法，它涉及一种支承件成型方法。本发明是为了解决现有方法制备的支承件，高低温冲击和载荷冲击试验中出现层间开裂的技术问题。本方法如下：芯模准备；结构层铺放；组合加压；加热固化；脱模；车削；粘接内衬环；将玻璃钢支承件车削加工完成后，手工铺放表面层，即得。本发明的方法成型后的复合材料绝热支承件具有高抗冲击性（最高抗600T载荷多次冲击结构无破坏）、绝热性优良（复合材料绝热支承件材料导热系数为0.549（W/(m·k)））、耐高低温性优良（复合材料绝热支承件在-196℃～120℃温度冲击中结构无破坏）。本发明属于支承件成型方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料绝热支承件成型方法。
背景技术
DYW-35Z型液氧罐属于高真空多层绝热低温液体贮罐，是SE/AIP分系统的重要组成设备。与一般液氧罐相比，DYW-35Z型液氧罐具有抗冲击要求高、绝热性能好、结构紧凑等特点。该液氧罐为内、外双层罐体结构，内罐容纳低温液氧，通过移动低温液体储罐用复合材料绝热支承件（以下简称绝热支承件）固定在外罐罐体上。作为低温容器的支撑件，一方面要求绝热支撑件具备足够的强度，能承受内容器的低温液体的静载荷以及移动式容器运动时产生的冲击载荷，确保低温容器的安全；另一方面，支撑件处在低温与常温之间两端温差很大，要求内支撑结构的热导率低，减少容器通过内支撑结构的漏热损失。
按照现有工艺制备的复合材料支承件，性能离散很大，可靠性低，在高低温冲击和载荷冲击试验中出现层间开裂，有结构损坏现象。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法制备的支承件，高低温冲击和载荷冲击试验中出现层间开裂的技术问题，提供了一种复合材料绝热支承件一体化复合成型方法。
复合材料绝热支承件一体化复合成型方法按照以下步骤进行：
一、芯模准备：在工作区将支承件模具组装好备用，芯模内表面均匀涂刷3次脱模剂；
二、结构层铺放：将裁剪好的高强玻璃纤维预浸布放入下模中，用脱泡辊压实，每2块高强玻璃纤维预浸布为一层，高强玻璃纤维预浸布之间对接，相邻两层间的高强玻璃纤维预浸布对接缝旋转10度，相邻高强玻璃纤维预浸布层间利用玻璃纤维进行上下缝补连接，36层高强玻璃纤维预浸布为一个循环，重复上述操作直至高强玻璃纤维预浸布厚度达到175mm，然后将上盖吊装到芯模上，内外接口对齐；
三、组合加压：将模具整体吊装到压机上进行加压，用压机将上盖压装到位，并加压至10MPa；
四、在压机上加热固化：在压机压强为10MPa、温度为67-73℃的条件下加热2小时，在87-93℃的条件下加热2小时，在147-153℃的条件下加热6小时，降至室温，完成固化；
五、脱模：将脱模顶环放置在压机上，再将支承件模具吊装在脱模顶环上，在模具上安放脱摸压环，用压机将玻璃钢支承件脱出；
六、将玻璃钢支承件吊装到车床进行车削加工，至外直径尺寸为内径尺寸为
七、将与玻璃钢支承件内径尺寸相同的内衬环装入玻璃钢支承件中，内衬环同玻璃钢支承件间涂刷胶粘剂，常温固化粘接；
八、将玻璃钢支承件车削加工完成后，手工铺放表面层，即完成复合材料绝热支承件一体化复合成型。
本发明的方法使采用传统复合材料成型工艺成型的支承件具有优良的三维力学性能，
充分发挥了玻璃纤维高压缩强度的特点，且成型后的复合材料绝热支承件具有高抗冲击性（最高抗600T载荷多次冲击结构无破坏）、绝热性优良（复合材料绝热支承件材料导热系数为0.549（W/(m·k)））、耐高低温性优良（复合材料绝热支承件在-196℃～120℃温度冲击中结构无破坏）、生产成本低，性能稳定等优点。
附图说明
图1是实验一中复合材料支承件一体化复合成型示意图，图中1表示上盖，2表示下模导向环，3表示下模；
图2是实验一中的车加工示意图，图中4表示内衬环；
图3是实验一中的产品结构图，图中5表示表面层；
图4是图3中6的局部放大图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式复合材料绝热支承件一体化复合成型方法按照以下步骤进行:
一、芯模准备：在工作区将支承件模具组装好备用，芯模内表面均匀涂刷3次脱模剂；
二、结构层铺放：将裁剪好的高强玻璃纤维预浸布放入下模中，用脱泡辊压实，每2块高强玻璃纤维预浸布为一层，高强玻璃纤维预浸布之间对接，相邻两层间的高强玻璃纤维预浸布对接缝旋转10度，相邻高强玻璃纤维预浸布层间利用玻璃纤维进行上下缝补连接，36层高强玻璃纤维预浸布为一个循环，重复上述操作直至高强玻璃纤维预浸布厚度达到175mm，然后将上盖吊装到芯模上，内外接口对齐；
三、组合加压：将模具整体吊装到压机上进行加压，用压机将上盖压装到位，并加压至10MPa；
四、在压机上加热固化：在压机压强为10MPa、温度为67-73℃的条件下加热2小时，在87-93℃的条件下加热2小时，在147-153℃的条件下加热6小时，降至室温，完成固化；
五、脱模：将脱模顶环放置在压机上，再将支承件模具吊装在脱模顶环上，在模具上安放脱摸压环，用压机将玻璃钢支承件脱出；
六、将玻璃钢支承件吊装到车床进行车削加工，至外直径尺寸为内径尺寸为
七、将与玻璃钢支承件内径尺寸相同的内衬环装入玻璃钢支承件中，内衬环同玻璃钢支承件间涂刷胶粘剂，常温固化粘接；
八、将玻璃钢支承件车削加工完成后，手工铺放表面层，即完成复合材料绝热支承件一体化复合成型。
本实施方式步骤七中所述内衬环采用湿法纤维缠绕的方法制备。
本实施方式步骤二中高强玻璃纤维预浸布的制备方法如下：
首先用胶膜机将绝热支承件用聚氨酯改性共混树脂基体制备成胶膜，随后用浸胶机将胶膜和高强玻璃纤维布均匀浸渍复合即得高强玻璃纤维预浸布。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的脱模剂是脱模剂ChemleasePMREZ。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤七中所述的胶粘剂是聚酰胺环氧树脂。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述聚酰胺环氧树脂由618#树脂和651#树脂组成，聚酰胺环氧树脂中618树脂与651树脂的质量比为100﹕70。其它与具体实施方式一至三之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
复合材料绝热支承件一体化复合成型方法按照以下步骤进行:
一、芯模准备：在工作区将支承件模具组装好备用，芯模内表面均匀涂刷3次脱模剂；
二、结构层铺放：将裁剪好的高强玻璃纤维预浸布放入下模中，用脱泡辊压实，每2块高强玻璃纤维预浸布为一层，高强玻璃纤维预浸布之间对接，相邻两层间的高强玻璃纤维预浸布对接缝旋转10度，相邻高强玻璃纤维预浸布层间利用玻璃纤维进行上下缝补连接，36层高强玻璃纤维预浸布为一个循环，重复上述操作直至高强玻璃纤维预浸布厚度达到175mm，然后将上盖吊装到芯模上，内外接口对齐；
三、组合加压：将模具整体吊装到压机上进行加压，用压机将上盖压装到位，并加压至10MPa；
四、在压机上加热固化：在压机压强为10MPa、温度为67℃的条件下加热2小时，在87℃的条件下加热2小时，在147℃的条件下加热6小时，降至室温，完成固化；
五、脱模：将脱模顶环放置在压机上，再将支承件模具吊装在脱模顶环上，在模具上安放脱摸压环，用压机将玻璃钢支承件脱出；
六、将玻璃钢支承件吊装到车床进行车削加工，至外直径尺寸为内径尺寸为
七、将与玻璃钢支承件内径尺寸相同的内衬环装入玻璃钢支承件中，内衬环同玻璃钢支承件间涂刷胶粘剂，常温固化粘接；
八、将玻璃钢支承件车削加工完成后，手工铺放表面层，即完成复合材料绝热支承件一体化复合成型，得到支承件。
将本实验制备成支承件进行以下实验：
（1）冷冲击试验
冷冲击要求：在－196℃环境下经历3小时，用5倍放大镜观测表面无可见裂纹。冷冲击前后支承件外径变化不大于0.2mm，用5倍放大镜观测表面无可见裂纹及开胶。
（2）真空烘烤试验
在真空环境下进行烘烤除气，烘烤温度120℃，烘烤时间20小时。烘烤前后支承件外径变化不大于0.2mm，用5倍放大镜观测表面无可见裂纹及开胶。
（3）抗冲击试验：
支承件进行抗冲击测试，支承件在抗冲击试验前需进行冷冲击及真空烘烤。被测件安装到落锤式冲击机上进行冲击试验，依次进行100T/3次，300T/2次，4500T/6次，600T/2次冲击，应保持结构完好，不出现任何形式的结构损坏。支承件在试验后的尺寸不得超出公差带外0.2mm。
本实验成型后的复合材料绝热支承件具有高抗冲击性（最高抗600T载荷多次冲击结构无破坏）、绝热性优良（复合材料绝热支承件材料导热系数为0.549（W/(m·k)））、耐高低温性优良（复合材料绝热支承件在-196℃～120℃温度冲击中结构无破坏）。
Claims (4)
1.复合材料绝热支承件一体化复合成型方法，其特征在于复合材料绝热支承件一体化复合成型方法按照以下步骤进行:
一、芯模准备：在工作区将支承件模具组装好备用，芯模内表面均匀涂刷3次脱模剂；
二、结构层铺放：将裁剪好的高强玻璃纤维预浸布放入下模中，用脱泡辊压实，每2块高强玻璃纤维预浸布为一层，高强玻璃纤维预浸布之间对接，相邻两层间的高强玻璃纤维预浸布对接缝旋转10度，相邻高强玻璃纤维预浸布层间利用玻璃纤维进行上下缝补连接，36层高强玻璃纤维预浸布为一个循环，重复上述操作直至高强玻璃纤维预浸布厚度达到175mm，然后将上盖吊装到芯模上，内外接口对齐；
三、组合加压：将模具整体吊装到压机上进行加压，用压机将上盖压装到位，并加压至10MPa；
四、在压机上加热固化：在压机压强为10MPa、温度为67-73℃的条件下加热2小时，在87-93℃的条件下加热2小时，在147-153℃的条件下加热6小时，降至室温，完成固化；
五、脱模：将脱模顶环放置在压机上，再将支承件模具吊装在脱模顶环上，在模具上安放脱模压环，用压机将玻璃钢支承件脱出；
六、将玻璃钢支承件吊装到车床进行车削加工，至外直径尺寸为内径尺寸为
七、将与玻璃钢支承件内径尺寸相同的内衬环装入玻璃钢支承件中，内衬环同玻璃钢支承件间涂刷胶粘剂，常温固化粘接；
八、将玻璃钢支承件车削加工完成后，手工铺放表面层，即完成复合材料绝热支承件一体化复合成型。
2.根据权利要求1所述复合材料绝热支承件一体化复合成型方法，其特征在于步骤一中所述的脱模剂是脱模剂ChemleasePMREZ。
3.根据权利要求1所述复合材料绝热支承件一体化复合成型方法，其特征在于步骤七中所述的胶粘剂是聚酰胺环氧树脂。
4.根据权利要求3所述复合材料绝热支承件一体化复合成型方法，其特征在于所述聚酰胺环氧树脂由618树脂和651树脂组成，聚酰胺环氧树脂中618树脂与651树脂的质量比为100﹕70。
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