CN104567560B - 适用于中低膛压的轻质复合材料药筒 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有药筒存在的问题，提供一种适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，包括基体层、增强层和表面涂层，基体层以环氧树脂为基体材料，采用气模铸造而成，其中均匀渗入2%的SiO2纳米颗粒，以及少量固化剂，增强层为碳纤维，碳纤维以60O-63O的缠绕角度缠绕在基体层外部，表面涂层为聚四氟乙烯，喷涂在增强层外部；本发明使得药筒具有了高强度，轻质，化学性能稳定等特点，提高了工作效率和高射频射速，减少了金属资源的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种药筒的结构，具体是一种适用于中低膛压的轻质复合材料药筒。
背景技术
药筒是枪弹的基本支架,它的主要作用包括：内部装载火药；筒口部固定与支撑弹头；外部形状起着装弹定位的作用；药筒还能够保护弹膛,减小火药燃气对弹膛的烧蚀，同时保证闭气，防止火药燃气从枪管尾部喷出。
目前大部分中小口径常规武器弹药的药筒材料都是采用铜、钢等金属材料，金属药筒具有可靠性高，易于储存和具有较高的安全性等特点；但是，随着高射速武器的发展和战时对较大携弹量的需求，金属药筒暴露出很多不可回避的问题，比如：（1）药筒重量较大，加重装弹机运转负担，武器射速受限；（2）要消耗大量金属材料，战时回收困难，造成金属资源的浪费（3）在同等运输和携带能力下，运输和携弹量小等问题；
时下发展的可消失药筒和可燃烧药筒虽然有了一定的进展，但存在药筒燃烧后烧蚀弹膛、药筒燃烧不完全或燃烧后在弹膛内留有残渣以致下发弹不能良好入膛等问题。
为了克服以上提及的问题，需要选用一种能保证弹药使用强度的新型轻质材料的不可消失药筒来代替常规使用的金属药筒。
发明内容
本发明的目的就是提供一种适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，解决现有的药筒存在的问题。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，其特征在于：包括基体层、增强层和表面涂层，所述基体层以环氧树脂为基体材料，采用气模铸造而成，所述环氧树脂中均匀渗入体积分数为2%的SiO2纳米颗粒，以及少量固化剂；所述基体层的口部设置有凸起，配合弹头体上的凹槽，提升弹头发射时的拔弹力；所述增强层为碳纤维，所述碳纤维以60-63度（60O-63O）的缠绕角度缠绕在基体层外部，所述表面涂层喷涂在增强层外部，所述表面涂层为聚四氟乙烯；
所述环氧树脂为缩水甘油脂型环氧树脂；所述固化剂为MPD；
所述碳纤维为日本东丽公司的T700SC12k碳纤维；
所述表面涂层的厚度为0.1-0.2mm；
本发明的有益效果是：采用碳纤维增强环氧树脂这种新型高强度复合材料，使得药筒具有了高强度，轻质，化学性能稳定等特点；碳纤维增强环氧树脂药筒代替常规金属药筒可大大的减轻药筒的重量，在相同运输和载弹能力下，可提高运输和载弹量，在装载相同弹数下，输弹机和装弹机的工作负载减小，可提高输弹机和装弹机的工作效率，提高高射频武器的射速。在单兵武器中和中小口径常规武器中增加携弹数，提升我军装备在战时的存活几率，同时也减少了金属资源的消耗与浪费。
附图说明
图1是本发明截面的结构示意图。
图2是碳纤维缠绕示意图。
图中1、基体层；2、增强层；3、表面涂层；4、凸起；θ、缠绕角度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明
一种适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，如图1所示，包括基体层1、增强层2和表面涂层3，所述基体层1以环氧树脂为基体材料，采用气模铸造而成，所述环氧树脂中均匀渗入体积分数为2%的SiO2纳米颗粒和少量的固化剂，所述基体层1的口部设置有凸起4，配合弹头上的凹槽，提高弹头发射时的拔弹力，所述增强层2为碳纤维，如图2所示，所述碳纤维以60-63度（60O-63O）的缠绕角度缠绕在基体层1外部，所述表面涂层3喷涂在增强层2外部，所述表面涂层3为聚四氟乙烯；所述表面涂层3的厚度为0.1-0.2mm；
优选的环氧树脂为缩水甘油脂型环氧树脂；
优选的环氧树脂的固化剂为MPD；
优选碳纤维为日本东丽公司的T700SC12k碳纤维。
为了便于长久储存，本发明的基体层1采用了环氧树脂这种热固性树脂，这种先进的复合材料具有良好的环境适应性，化学性能稳定，导热性低于金属铜；在众多的环氧树脂中缩水甘油酯型环氧树脂（TDE-85）是机械性能较为优越的一种，根据目前对该环氧树脂的固化工艺、动力学参数、密度与拉伸模量、压缩模量、线膨胀系数之间的关系进行的大量实验研究，证实该种环氧树脂作为基体层1的材料具有良好的力学性能，能够充分发挥增强层2碳纤维的性能，可制成具有高弹性模量，高拉伸强度，高压缩强度低密度的复合材料；因此,本发明选择TDE-85作为基体层1的基体材料,制备高模量树脂基体层1，MPD作为树脂基体层1的固化剂，日本东丽公司的T700SC12k碳纤维作为增强层材料，具有很高的比强度，比模量。
为了增强碳纤维增强的环氧树脂复合材料的力学性能，在基体层1中均匀渗入2%的SiO2纳米颗粒，纳米颗粒由于比表面积大,表面活性高,使环氧树脂的模量增大,从而使得本发明的各项性能得以提高。
考虑本发明力学性能具有各向异性的特点，本发明底部受到的火药燃气压力的压缩作用和拉伸作用，抽壳时本发明药筒壁受沿本发明轴向的拉伸力，为保证本发明底部能够承受火药燃气压力和拉壳力的作用，可以增加本发明底部的厚度并倒圆角以增加可承受的拉伸力。
铸造时芯模采用充气式芯模，气模为耐200~300摄氏度（树脂熔融温度），耐高气压，在铸造时充满高压气体作为芯模，铸件成型后放出气体取出芯模。
为提高本发明在弹丸发射时的拔弹力，在本发明的口部设置凸起4，相应的弹头体上设置与凸起4对应的凹槽。
为了解决弹头发射后药筒贴膛增加拔弹阻力的现象，在增强层2的表面喷涂聚四氟乙烯0.1-0.2mm；聚四氟乙烯摩擦特征与冰相似,能够起到很好的减摩作用，表面喷涂聚四氟乙烯可以减小抽壳阻力，防止本发明在抽壳时被拔断。
Claims (4)
1.一种适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，其特征在于：包括基体层、增强层和表面涂层，所述基体层以环氧树脂为基体材料，采用气模铸造而成，所述环氧树脂中均匀渗入体积分数为2%的SiO2纳米颗粒，以及少量固化剂；所述基体层的口部设置有凸起，配合弹头体上的凹槽，提升弹头发射时的拔弹力；所述增强层为碳纤维，所述碳纤维以60-63度的缠绕角度缠绕在基体层外部，所述表面涂层喷涂在增强层外部，所述表面涂层采用聚四氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，其特征在于：所述环氧树脂采用TDE-85缩水甘油脂型环氧树脂，所述固化剂采用MPD。
3.根据权利要求1所述的适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，其特征在于：所述碳纤维采用日本东丽公司的T700SC12k碳纤维。
4.根据权利要求1所述的适用于中低膛压的轻质复合材料药筒，其特征在于：所述聚四氟乙烯喷涂的厚度为0.1-0.2mm。
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