CN104527084A - 脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法 - Google Patents

脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，该方法根据产品结构特点及功能特性要求，确定绝热层及纤维复合层的厚度，准备套筒成型的浇注模具和金属连接件；然后制备含有金属连接件的接头，将接头安装在成型芯轴上，在没有包裹接头的成型芯轴表面用绝热材料进行手工贴片，然后在手工贴片层表面缠绕纤维干纱；硫化得到绝热层底层；将碳纤维置于环氧树脂胶液中充分浸透，在碳纤维布表面湿法缠绕碳纤维，得到纤维复合层，在复合层表面继续用绝热材料进行手工贴片，硫化得到脉冲发动机长尺寸隔板套筒。本发明适用于树脂基复合材料增强的隔板套筒的成型，其主要结构为非金属材料，产品总重较小，有利于减轻发动机壳体的消极质量。

Description

脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法
技术领域
本发明涉及脉冲发动机壳体成型方法，具体地指一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法。
背景技术
双脉冲火箭发动机作为一种先进动力系统，与常规发动机相比，具有双射程攻击能力、杀伤区域大、机动性好、不可逃逸区大等优点。脉冲发动机可为防空反导导弹、地地弹道导弹等武器系统提供先进动力平台，从而提高防空反导导弹拦截精度，增强地地弹道导弹变轨突防能力。隔离装置是脉冲发动机的核心部件，合理分配推力及各脉冲间隔时间，实现发动机能量的最优管理。
国内研制较多的隔离装置有陶瓷材料隔舱、金属膜片式隔舱等，由于陶瓷和金属膜片式具有结构重量重、承压与打开压强比小、绝热困难、对材料特性敏感等缺点，导致该类型隔离装置在脉冲发动机的使用范围大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种成型工艺简单、承压性能稳定的脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，解决常见隔离装置中结构重量重、承压与打开压强比小、绝热困难的缺点。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，包括以下步骤：
1)根据产品结构特点及功能特性要求，确定绝热层及纤维复合层的厚度，准备套筒成型的浇注模具和金属连接件；
2)制备含有金属连接件的接头
a.将液体硅橡胶浇注在浇注模具型腔内，浇注后对浇注模具进行震动，从而排出型腔内的气泡，将装有硅橡胶的浇注模具在室温条件下放置24～48h使硅橡胶硫化；硫化后得到硅橡胶模；
b.对与绝热材料粘接的金属连接件内壁粘接面进行吹砂，使金属连接件的内粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件内壁粘接面进行绝热材料的粘接并将金属连接件套在硅橡胶模上；
c.对与绝热材料粘接的金属连接件外壁粘接面进行吹砂，使金属连接件的外粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件外壁粘接面进行绝热材料的粘接；
d.在绝热材料表面缠绕纤维干纱，然后将套有金属连接件的硅橡胶模进行硫化；硫化后去除纤维干纱，得到接头；
3)将步骤2)中制作好的接头安装在成型芯轴上，在没有包裹接头的成型芯轴表面用绝热材料进行手工贴片，完成每层手工贴片后应将其压实，反复多次得到手工贴片层，然后在手工贴片层表面缠绕纤维干纱；再进行硫化，硫化后去除纤维干纱，得到绝热层底层；
4)将碳纤维布置于环氧树脂胶液中充分浸透，然后将碳纤维布缠绕在绝热层底层表面；
5)将碳纤维置于环氧树脂胶液中充分浸透，在碳纤维布表面湿法缠绕碳纤维，得到纤维复合层，对纤维复合层表面富余的环氧树脂胶液进行吸胶处理；然后进行固化；
6)在步骤5)固化后的纤维复合层表面进行毛化处理，在复合层表面继续用绝热材料进行手工贴片，最后缠绕纤维干纱并进行硫化，硫化后去除纤维干纱，完成绝热层盖层，脱模，进行尺寸加工，得到脉冲发动机长尺寸隔板套筒。
进一步地，所述整个过程中，绝缘材料为丁腈橡胶或三元乙丙橡胶。
再进一步地，所述步骤2)d小步中，硫化温度为130～150℃，硫化时间为30～90min。利用硅橡胶模的热膨胀来提供绝热材料硫化时所需的压力，该方法成型的接头的表观质量较好，绝热材料表面平整、致密，无凹坑、气泡等缺陷。
再进一步地，所述步骤3)中，硫化温度为130～150℃，硫化时间为30～90min。为保证干纱压力的平稳传递，可用弹性金属片包裹橡胶
再进一步地，环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由60～90份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、30～50份的双酚A型环氧树脂、40～70份的酸酐类固化剂和1～3份的咪唑类促进剂。
再进一步地，所述环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由80份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、40份的双酚A型环氧树脂、60份的酸酐类固化剂和2份的咪唑类促进剂，其中，环氧树脂胶液黏度为0.4～0.8pa·s。
所用环氧树脂胶液对碳纤维浸润性较好，具有良好的工艺稳定性；树脂固化后具有较高的力学强度，其本体拉伸强度在70MPa以上，弯曲强度在120MPa以上，为复合材料加强层发挥高比强度特性提供了保障。
再进一步地，所述步骤5)中，固化过程中：第一阶段：温度为70～80℃条件下固化2～4h，第二阶段：温度为120～130℃条件下固化2～4h，第二阶段：温度为130～150℃条件下固化2～4h。
再进一步地，所述步骤6)中，硫化过程，第一阶段，温度为70～80℃条件下硫化0.2～1h，第二阶段，温度为130～150℃条件下硫化1～3h。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明适用于树脂基复合材料增强的隔板套筒的成型，其主要结构为非金属材料，产品总重较小，有利于减轻发动机壳体的消极质量。
(2)本发明的纤维复合层为碳纤维增强的树脂基复合材料，其功能特性具有可设计性，可以通过调整结构设计及成型工艺来满足不同的设计要求。
(3)本发明使用手工贴片进行粘接段不同型面过渡方式合理，不同内径的过渡区进行了倒圆角处理，有利于消除产品受力时的应力集中现象。
附图说明
图1为硅橡胶模制作过程示意图；
图2为采用硅橡胶模制作含有金属嵌件的接头的的示意图；
图3为隔板套筒绝热结构和加强层结构示意图；
图中，浇注模具1、接头2(金属连接件2.1)、硅橡胶模3、绝热材料4、纤维干纱5、成型芯轴6、绝热层底层7、碳纤维8、碳纤维布9、绝热层盖层10。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据产品结构特点及功能特性要求，确定绝热层及纤维复合层的厚度，准备套筒成型的浇注模具1和金属连接件2.1；
2)制备含有金属连接件2.1的接头2
a.将液体硅橡胶浇注在浇注模具1型腔内，浇注后对浇注模具1进行震动，从而排出型腔内的气泡，将装有硅橡胶的浇注模具在室温条件下放置24h使硅橡胶硫化；硫化后得到硅橡胶模3；
b.对与丁腈橡胶4粘接的金属连接件2.1内壁粘接面进行吹砂，使金属连接件2.1的内粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件内壁粘接面进行绝热材料的粘接并将金属连接件2.1套在硅橡胶模3上；
c.对与丁腈橡胶4粘接的金属连接件2.1外壁粘接面进行吹砂，使金属连接件2.1的外粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件2.1外壁粘接面进行丁腈橡胶4的粘接；
d.在丁腈橡胶表面缠绕纤维干纱5，然后将套有金属连接件2.1的硅橡胶模3在温度为150℃的条件下硫化30min；硫化后去除纤维干纱5，得到接头2；
3)将步骤2)中制作好的接头2安装在成型芯轴6上，在没有包裹接头2的成型芯轴6表面用丁腈橡胶4进行手工贴片，完成每层手工贴片后应将其压实，反复多次得到手工贴片层，然后在手工贴片层表面缠绕纤维干纱5；再在温度为150℃的条件下硫化30min；硫化后去除纤维干纱5，得到绝热层底层7；
4)将碳纤维布9置于环氧树脂胶液中充分浸透，然后将碳纤维布9缠绕在绝热层底层7表面；其中，环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由60份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、30份的双酚A型环氧树脂、40份的酸酐类固化剂和1的咪唑类促进剂，环氧树脂胶液黏度为0.8pa·s；
5)将碳纤维8置于环氧树脂胶液中充分浸透，在碳纤维布表面湿法缠绕碳纤维8，得到纤维复合层，对纤维复合层表面富余的环氧树脂胶液进行吸胶处理；首先在温度为80℃条件下固化4h，然后在温度为120℃条件下固化2h，最后在温度为130℃条件下固化2h；；
6)在步骤5)固化后的纤维复合层表面进行毛化处理，在复合层表面继续用丁腈橡胶4进行手工贴片，最后缠绕纤维干纱5后在温度为70℃条件下硫化1h，然后在温度为130℃条件硫化3h，硫化后去除纤维干纱5，完成绝热层盖层10，脱模，进行尺寸加工，得到脉冲发动机长尺寸隔板套筒1。
将得到的脉冲发动机长尺寸隔板套筒1进行水压强度试验，其爆破压力为10.5MPa。
实施例2
一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据产品结构特点及功能特性要求，确定绝热层及纤维复合层的厚度，准备套筒成型的浇注模具1和金属连接件2.1；
2)制备含有金属连接件2.1的接头2
a.将液体硅橡胶浇注在浇注模具1型腔内，浇注后对浇注模具1进行震动，从而排出型腔内的气泡，将装有硅橡胶的浇注模具在室温条件下放置48h使硅橡胶硫化；硫化后得到硅橡胶模3；
b.对与丁腈橡胶4粘接的金属连接件2.1内壁粘接面进行吹砂，使金属连接件2.1的内粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件内壁粘接面进行绝热材料的粘接并将金属连接件2.1套在硅橡胶模3上；
c.对与丁腈橡胶4粘接的金属连接件2.1外壁粘接面进行吹砂，使金属连接件2.1的外粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件2.1外壁粘接面进行丁腈橡胶4的粘接；
d.在丁腈橡胶表面缠绕纤维干纱5，然后将套有金属连接件2.1的硅橡胶模3在温度为130℃的条件下硫化90min；硫化后去除纤维干纱5，得到接头2；
3)将步骤2)中制作好的接头2安装在成型芯轴6上，在没有包裹接头2的成型芯轴6表面用丁腈橡胶4进行手工贴片，完成每层手工贴片后应将其压实，反复多次得到手工贴片层，然后在手工贴片层表面缠绕纤维干纱5；再在温度为130℃的条件下硫化90min，硫化后去除纤维干纱5，得到绝热层底层7；
4)将碳纤维布9置于环氧树脂胶液中充分浸透，然后将碳纤维布9缠绕在绝热层底层7表面；其中，环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由90份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、50份的双酚A型环氧树脂、70份的酸酐类固化剂和3份的咪唑类促进剂，环氧树脂胶液黏度为0.4pa·s；
5)将碳纤维8置于环氧树脂胶液中充分浸透，在碳纤维布表面湿法缠绕碳纤维8，得到纤维复合层，对纤维复合层表面富余的环氧树脂胶液进行吸胶处理；首先在温度为70℃条件下固化2h，然后在温度为130℃条件下固化4h，最后在温度为130℃条件下固化2；
6)在步骤5)固化后的纤维复合层表面进行毛化处理，在复合层表面继续用丁腈橡胶4进行手工贴片，最后缠绕纤维干纱5后在温度为80℃条件下硫化0.2h，然后在温度为150℃条件硫化1h，硫化后去除纤维干纱5，完成绝热层盖层10，脱模，进行尺寸加工，得到脉冲发动机长尺寸隔板套筒2。
将得到的脉冲发动机长尺寸隔板套筒2进行水压强度试验，其爆破压力为12.0MPa，采用同样方法制作的隔板套筒进行了一脉冲发动机地面试车，试车过程中一脉冲工作时间为28s，压力曲线正常，试验后隔板套筒结构完整，达到试验预期目的。
实施例3
一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据产品结构特点及功能特性要求，确定绝热层及纤维复合层的厚度，准备套筒成型的浇注模具1和金属连接件2.1；
2)制备含有金属连接件2.1的接头2
a.将液体硅橡胶浇注在浇注模具1型腔内，浇注后对浇注模具1进行震动，从而排出型腔内的气泡，将装有硅橡胶的浇注模具在室温条件下放置36h使硅橡胶硫化；硫化后得到硅橡胶模3；
b.对与三元乙丙橡胶4粘接的金属连接件2.1内壁粘接面进行吹砂，使金属连接件2.1的内粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件内壁粘接面进行绝热材料的粘接并将金属连接件2.1套在硅橡胶模3上；
c.对与三元乙丙橡胶4粘接的金属连接件2.1外壁粘接面进行吹砂，使金属连接件2.1的外粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件2.1外壁粘接面进行三元乙丙橡胶4的粘接；
d.在三元乙丙橡胶表面缠绕纤维干纱5，然后将套有金属连接件2.1的硅橡胶模3在温度为140℃的条件下硫化60min；硫化后去除纤维干纱5，得到接头2；
3)将步骤2)中制作好的接头2安装在成型芯轴6上，在没有包裹接头2的成型芯轴6表面用三元乙丙橡胶4进行手工贴片，完成每层手工贴片后应将其压实，反复多次得到手工贴片层，然后在手工贴片层表面缠绕纤维干纱5；再在温度为140℃的条件下硫化60min，硫化后去除纤维干纱5，得到绝热层底层7；
4)将碳纤维布9置于环氧树脂胶液中充分浸透，然后将碳纤维布9缠绕在绝热层底层7表面；其中，环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由80份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、40份的双酚A型环氧树脂、60份的酸酐类固化剂和2份的咪唑类促进剂，环氧树脂胶液黏度为0.6pa·s；
5)将碳纤维8置于环氧树脂胶液中充分浸透，在碳纤维布表面湿法缠绕碳纤维8，得到纤维复合层，对纤维复合层表面富余的环氧树脂胶液进行吸胶处理；首先在温度为75℃条件下固化3h，然后在温度为125℃条件下固化3h，最后在温度为140℃条件下固化3h；
6)在步骤5)固化后的纤维复合层表面进行毛化处理，在复合层表面继续用三元乙丙橡胶4进行手工贴片，最后缠绕纤维干纱5后在温度为75℃条件下硫化0.6h，然后在温度为140℃条件硫化3h，硫化后去除纤维干纱5，完成绝热层盖层10，脱模，进行尺寸加工，得到脉冲发动机长尺寸隔板套筒3。
将得到的脉冲发动机长尺寸隔板套筒3进行水压强度试验，其爆破压力值为11.5Mpa。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据产品结构特点及功能特性要求，确定绝热层及纤维复合层的厚度，准备套筒成型的浇注模具(1)和金属连接件(2.1)；
2)制备含有金属连接件(2.1)的接头(2)
a.将液体硅橡胶浇注在浇注模具(1)型腔内，浇注后对浇注模具(1)进行震动，从而排出型腔内的气泡，将装有硅橡胶的浇注模具在室温条件下放置24～48h使硅橡胶硫化；硫化后得到硅橡胶模(3)；
b.对与绝热材料(4)粘接的金属连接件(2.1)内壁粘接面进行吹砂，使金属连接件(2.1)的内粘接面表面均匀起毛，并将金属连接件(2.1)套在硅橡胶模(3)上；
c.对与绝热材料(4)粘接的金属连接件(2.1)外壁粘接面进行吹砂，使金属连接件(2.1)的外粘接面表面均匀起毛，用乙酸乙酯清洗吹砂面，表面晾干后涂刷胶粘剂，在金属连接件(2.1)外壁粘接面进行绝热材料(4)的粘接；
d.在绝热材料(4)表面缠绕纤维干纱(5)，然后将套有金属连接件(2.1)的硅橡胶模(3)进行硫化；硫化后去除纤维干纱(5)，得到接头(2)；
3)将步骤(2)中制作好的接头(2)安装在成型芯轴(6)上，在没有包裹接头(2)的成型芯轴(6)表面用绝热材料(4)进行手工贴片，完成每层手工贴片后应将其压实，反复多次得到手工贴片层，然后在手工贴片层表面缠绕纤维干纱(5)；再进行硫化，硫化后去除纤维干纱(5)，得到绝热层底层(7)；
4)将碳纤维布(9)置于环氧树脂胶液中充分浸透，然后将碳纤维布(9)缠绕在绝热层底层(7)表面；
5)将碳纤维(8)置于环氧树脂胶液中充分浸透，在碳纤维布表面湿法缠绕碳纤维(8)，得到纤维复合层，对纤维复合层表面富余的环氧树脂胶液进行吸胶处理；然后进行固化；
6)在步骤(5)固化后的纤维复合层表面进行毛化处理，在复合层表面继续用绝热材料(4)进行手工贴片，最后缠绕纤维干纱(5)并进行硫化，硫化后去除纤维干纱(5)，完成绝热层盖层(10)，脱模，进行尺寸加工，得到脉冲发动机长尺寸隔板套筒。
2.根据权利要求1所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述整个过程中，绝缘材料为丁腈橡胶或三元乙丙橡胶。
3.根据权利要求1或2所述所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述步骤2)d小步中，硫化温度为130～150℃，硫化时间为30～90min。
4.根据权利要求1或2所述所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，硫化温度为130～150℃，硫化时间为30～90min。
5.根据权利要求1或2所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述步骤4)和步骤5)中，环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由60～90份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、30～50份的双酚A型环氧树脂、40～70份的酸酐类固化剂和1～3份的咪唑类促进剂。
6.根据权利要求5所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述环氧树脂胶液按原料的重量份数比计由80份的脂环族缩水甘油酯型环氧树脂、40份的双酚A型环氧树脂、60份的酸酐类固化剂和2份的咪唑类促进剂，其中，环氧树脂胶液黏度为0.4～0.8pa·s。
7.根据权利要求1或2所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述步骤5)中，固化过程中：第一阶段：温度为70～80℃条件下固化2～4h，第二阶段：温度为120～130℃条件下固化2～4h，第二阶段：温度为130～150℃条件下固化2～4h。
8.根据权利要求1或2所述脉冲发动机长尺寸隔板套筒的成型方法，其特征在于：所述步骤6)中，硫化过程，第一阶段，温度为70～80℃条件下硫化0.2～1h，第二阶段，温度为130～150℃条件下硫化1～3h。
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