CN106543808A - 一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂及粘接方法 - Google Patents

一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂及粘接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂及粘接方法，底涂剂由纤维素和溶剂组成，纤维素所占的重量份数为2～15，溶剂所占的重量份数为85～98。粘接时，清理燃气发生剂药柱表面；在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆底涂剂；待燃气发生剂药柱表面涂覆的底涂剂表干后，将燃气发生剂药柱装入注射包覆的模具中；合模后，通过注射机将料筒中热熔的包覆层物料注射到模具中；包覆层物料充满模具经保压、冷却之后，开模从模具中脱出已包覆的燃气发生剂药柱。本发明能够有效提高热塑性包覆层与燃气发生剂药柱之间的粘接性能，进而提高燃气发生器的工作可靠性。

Description

一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂及粘接方法
技术领域
本发明涉及一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂及粘接方法。
背景技术
为了满足燃气发生器内弹道性能的设计要求，需要对燃气发生剂药柱的表面用限燃材料进行包覆以限制药柱的初始燃面。包覆层与燃气发生剂药柱之间的粘接性能，直接决定了燃气发生器的工作可靠性，因为包覆层和燃气发生剂药柱之间任何形式的脱粘，几乎必定会导致燃气发生剂药柱燃烧压强无控地上升，引起燃气发生器的内弹道性能偏离设计方案，严重时引起燃气发生器解体甚至爆炸。
注射成型是热塑性材料制品普遍采用的成型工艺方法，具有制品成型周期短、生产效率高、制品尺寸精确的优点。将注射成型工艺应用到热塑性的燃气发生剂药柱包覆上，单发药柱的包覆层成型时间仅为几分钟，与其他包覆工艺需要几小时甚至数天的固化时间相比，能大幅度缩短药柱包覆周期，提高生产效率，注射包覆工艺方法尤其适用于药柱尺寸不大，数量多的热塑性药柱的包覆。
某导弹舵机燃气发生器使用了醋酸纤维素(以下简称CA)基硝酸铵热塑性燃气发生剂药柱、该燃气发生剂药柱的限燃包覆层采用了注射成型的包覆工艺。其成型过程为：热塑性包覆层料粒通过注射机的螺杆加热、挤压，成为热融状态的热熔胶，在螺杆推动下，通过喷嘴将包覆层热熔胶从模具的浇入口注射到安放燃气发生剂药柱的模具中。包覆层胶料充填模具与药柱之间的型腔、包裹在药柱需要包覆的表面，保压冷却之后开模，将药柱从模具中脱出，得到包覆药柱。
CA基硝酸铵热塑性燃气发生剂药柱与其注射成型的热塑性包覆层材料的粘接机理是炽热的包覆层热熔胶注射在药柱表面上，将与包覆层热熔胶接触的药柱表面层熔化或软化，在压力作用下，让包覆层熔胶与药柱表面软化的燃气发剂粘合在一起，使其达到分子间接触，产生相互吸引作用力，冷却之后形成粘接。因此，热塑性燃气发生剂药柱与其注射成型的热塑性包覆层的粘接好坏取决于药柱表层的燃气发生剂被包覆层熔化或软化的程度。
由于CA基硝酸铵热塑性燃气发生剂含有大量的硝酸铵，药柱在注射包覆过程中要经历短时间高温、一定压力的冲击和磨擦，存在一定程度的不安定性，包覆层胶料温度过高会引燃燃气发生剂药柱，因此通过提高注射包覆层胶料的温度来改善包覆层与药柱间的粘接性能受到了一定程度的限制。在注射包覆层胶料温度不能提高的情况下，包覆层与药柱的实际粘接效果受药柱尺寸大小、包覆层厚度、注射工艺参数、环境等诸多因素的影响。某型CA基硝酸铵热塑性燃气发生剂药柱的注射包覆，包覆药柱常常出现包覆层与药柱局部脱粘问题，造成燃气发生器的工作曲线异常，出现压力爬升问题。
综上，现有技术没有有效解决燃气发生剂药柱与包覆层之间的粘接问题。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂及粘接方法，能够有效提高热塑性包覆层与燃气发生剂药柱之间的粘接性能，进而提高燃气发生器的工作可靠性。
基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：
1、一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂，其特征在于：由纤维素和溶剂组成，纤维素所占的重量份数为2～15，溶剂所占的重量份数为85～98。
优选地，纤维素为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、二丁酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、或者两种所述纤维素的混合物、或者多种所述纤维素的混合物。
优选地，溶剂由丙酮和无水乙醇组成，无水乙醇所占的重量比例为5％～30％。
优选地，溶剂为丙酮。
2、一种利用上述底涂剂的粘接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，清理燃气发生剂药柱表面；
步骤二，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆底涂剂；
步骤三，待燃气发生剂药柱表面涂覆的底涂剂表干后，将燃气发生剂药柱装入注射包覆的模具中；
步骤四，合模后，通过注射机将料筒中热熔的包覆层物料注射到模具中；
步骤五，包覆层物料充满模具经保压、冷却之后，开模从模具中脱出已包覆的燃气发生剂药柱。
优选地，步骤二中，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆1遍～3遍底涂剂。
优选地，步骤二中，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆2遍～3遍底涂剂时，遍间的间隔时间为20min～60min。
优选地，步骤三中，表干的条件为，在10℃～30℃条件下，表干时间为5min～30min。
优选地，包覆层为醋酸纤维素基热塑性包覆层，含有醋酸纤维素、增塑剂、助剂；燃气发生剂药柱为醋酸纤维素基热塑性药柱，含有醋酸纤维素、硝酸铵。
本发明具有的有益效果：
本发明包覆层与燃气发生剂药柱(以下简称药柱)之间涂有底涂剂，改变了现有技术直接将包覆层与药柱直接粘接的工艺，有效提高了包覆层与药柱粘接性能，进而进一步提高了燃气发生器的工作可靠性。本发明底涂剂由纤维素和溶剂组成，纤维素所占的重量份数为2～15，溶剂所占的重量份数为85～98；纤维素为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、二丁酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、或者两种所述纤维素的混合物、或者多种所述纤维素的混合物，溶剂由丙酮和无水乙醇组成，无水乙醇所占的重量比例为5％～30％；经反复实验，本发明提出的底涂剂成分组成及重量比例，进一步保证了包覆层与药柱的最佳粘接效果。
本发明提出的包覆层与药柱粘接方法中，在药柱需要包覆的表面涂覆底涂剂；待药柱表面涂覆的底涂剂表干后，将药柱装入注射包覆的模具中，合模后，通过注射机将料筒中热熔的包覆层物料注射到模具中，实现粘接。本发明首先通过在药柱需要包覆的面上涂覆底涂剂，将药柱表面溶胀，当底涂剂挥发后形成粘接面，将包覆层与药柱再进行粘接，有效提高了包覆层与药柱之间的粘接性能。本发明在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆1遍～3遍底涂剂，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆2遍～3遍底涂剂时，遍间的间隔时间为20min～60min；涂覆底涂剂后表干的条件为，在10℃～30℃条件下，表干时间为5min～30min，经反复实验，本发明提出的粘接过程中的相关参数，进一步保证了包覆层与药柱之间最佳的粘接效果。本发明尤其适用于醋酸纤维素基热塑性包覆层和醋酸纤维素(简称CA)基热塑性药柱之间的粘接。
附图说明
图1是本发明药柱在注射包覆时的药柱装模示意图；
图2是本发明药柱在注射包覆时的包覆层注射示意图；
图3是无脱粘包覆药柱在燃气发生器中点火试车的正常压力-时间曲线图；
图4是局部脱粘包覆药柱在燃气发生器中点火试车的异常压力-时间曲线图。
具体实施方式
本发明底涂剂由纤维素和溶剂组成，纤维素所占的重量份数为2～15，溶剂所占的重量份数为85～98。纤维素为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、二丁酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、或者两种所述纤维素的混合物、或者多种所述纤维素的混合物。溶剂由丙酮和无水乙醇组成，无水乙醇所占的重量比例为5％～30％，溶剂也可为丙酮。
如图1、图2所述，药柱注射包覆模具由动模1和定模2组成，注射包覆模具安装在注射机的模板上，模具的动模1与注射机的动模板相联、模具的定模2与注射机的定模板相联，由注射机的锁模机构来实现模具动、定模的开合，并按下面的次序完成药柱的注射包覆：药柱装模→合模→注射包覆层熔体进入模具型腔→保压并冷却→开模→推出包覆药柱制品。药柱注射包覆前，开启注射机，启动注射机的加热系统和马达驱动系统，设定料筒各段温度和注射工艺参数，料筒加热30min以上。热塑性包覆层6颗粒状料粒从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热，塑化成为粘流的熔体，此为现有技术。
燃气发生剂药柱4表面清理干净后，在需要包覆的表面涂覆底涂剂，底涂剂涂覆1遍～3遍，在需要涂覆2遍～3遍底涂剂时，遍间的间隔时间为20min～60min。待燃气发生剂药柱表面涂覆的底涂剂表干后，将药柱装入注射包覆模具的动模1型腔中，定位后固定药柱4，注射机锁模机构推进动模1与定模2合在一起并锁紧。所说底涂剂表干的条件为，在10℃～30℃条件下，表干时间为5min～30min。之后注射机料筒前移，使注射机喷嘴7与模具的浇入口3完全贴合。随后螺杆前移，将储存在料筒中的包覆层6的熔体以足够的压力注入至模具的型腔中。注入型腔的包覆层6经保压和冷却定型之后，注射机的锁模机构开模，并且顶出模具内的包覆药柱。药柱注射包覆之后，在封闭干燥环境下室温存放数天，采用超声波检测设备检查粘接效果。包覆药柱按燃气发生器设计的药型进行机械整形，得到燃气发生器用药柱。
下面通过实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二醋酸纤维素10.0％；无水乙醇，22.5％；丙酮，67.5％，将二醋酸纤维素加入丙酮和无水乙醇的混合溶剂中，在室温条件下溶解，混合均匀后得到底涂剂溶液。
将包覆层与药柱粘接时，包括如下步骤：
步骤一、用干净的纱布将CA基热塑性燃气发生剂裸药柱表面清理干净；
步骤二、在药柱需要包覆表面涂覆底涂剂2遍，每遍涂刷间隔20min；
步骤三、最后一遍底涂剂涂刷后，室温下(10℃～30℃条件下) 晾放10min使底涂剂表干；
步骤四、药柱装入注射模具，合模后进行注射包覆；
步骤五、开模，从模具中取下包覆好的药柱，放置在干燥器中室温放置数天。
包覆药柱数发、对所有包覆的药柱进行超声波检测，检查药柱-包覆层粘接界面粘接情况，未发现药柱-包覆层间有脱粘；随机抽取一发包覆药柱进行解剖，证实药柱与包覆层粘接良好，将包覆层从药柱上剥离，发现剥离下来的包覆层上粘有一薄层燃气发生剂；按设计药型对包覆药柱进行机械整形，尺寸检验符合要求后得到燃气发生器点火试车用药柱，将药柱装配到燃气发生器中，进行点火试车试验，如图3所示，得到的燃气发生器工作的P-t曲线，均正常，试验结果见下面的表1。
实施例2：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二醋酸纤维素，5.0％；三醋酸纤维素，5.0％；无水乙醇，15.0％；丙酮，75.0％。粘接时，底涂剂涂覆2遍，每遍间隔40min，最后一遍表干时间为15min，其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例3：
底涂剂成分及所占的重量比例为，三醋酸纤维素5.0％；无水乙醇，5.0％；丙酮，90.0％。粘接时，底涂剂涂覆1遍，表干时间为5min，其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例4：
底涂剂成分及所占的重量比例为，三醋酸纤维素，15.0％；无水乙醇，14.2％；丙酮，70.8％。底涂剂涂覆1遍，表干时间为10min，其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例5：
底涂剂成分及所占的重量比例为，三醋酸纤维素，2.0％；醋酸丁酸纤维素，8.0％；无水乙醇，10％；丙酮，80％。底涂剂涂覆1遍，表干时间为15min。其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例6：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二丁酸纤维素，5.0％；无水乙醇，28.5％；丙酮，66.5％。底涂剂涂覆3遍，每遍间隔60min，最后一遍表干时间为20min。其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例7：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二丁酸纤维素，2.0％；无水乙醇，19.6％；丙酮，78.4％。底涂剂涂覆2遍，每遍间隔30min，最后一遍表干时间为5min。其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例8：
底涂剂成分及所占的重量比例为，醋酸丁酸纤维素，2.0％；无水乙醇，24.5％；丙酮，73.5％。底涂剂涂覆2遍，每遍间隔50min，表干时间为20min。其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例9：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二醋酸纤维素，5.0％；醋酸丁酸纤维素，5.0％；无水乙醇，5.0％；丙酮，85.0％。底涂剂涂覆3遍，每遍间隔40min，最后一遍表干时间为30min。其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例10：
底涂剂成分及所占的重量比例为：二醋酸纤维素，10.0％；丙酮，90.0％。底涂剂涂覆1遍，表干时间为5min。其余粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例11：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二醋酸纤维素，5.0％；醋酸丁酸纤维素，2.0％，三醋酸纤维素3.0％；无水乙醇，5.0％；丙酮，85.0％。粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
实施例12：
底涂剂成分及所占的重量比例为，二醋酸纤维素，4.0％；醋酸丁酸纤维素，3.0％，二丁酸纤维素，3.0％；无水乙醇，5.0％；丙酮，85.0％。粘接步骤同实施例1。包覆结束后，按照实施例1方法，对包覆药柱界面粘接情况进行超声波检测、包覆药柱解剖观察、药柱点火试车试验。全部试验结果列于表1。
对比实施例：
采用不涂刷底涂剂直接注射包覆药柱的方法：
步骤一、将CA基热塑性燃气发生剂裸药柱表面清理干净；
步骤二、将药柱装入注射模具，合模后进行注射包覆；
步骤三、开模，从模具中取下包覆好的药柱，放置在干燥器中室温放置数天。
包覆药柱数发、对所有包覆的药柱进行超声波检查，检查药柱-包覆层粘接界面粘接情况，发现部分药柱-包覆层间有脱粘；随机抽取一发包覆药柱进行解剖，发现剥离下来的包覆层表面几乎无燃气发生剂；按设计药型对包覆药柱进行机械整形，将尺寸合格的药柱装配到燃气发生器中，进行点火试车试验，如图4所示，得到燃气发生器工作的P-t曲线，P-t曲线出现明显的压力爬升现象。全部试验结果列于表1。
上述实施例中所用的燃气发生剂药柱是醋酸纤维素(CA)基热塑性药柱，组分包括醋酸纤维素(CA)，硝酸铵和其它一些功能组分。燃气发生剂各组分物料放入预先加热的混合机内搅拌混合、塑化，将塑化好的药料通过挤压造粒机的挤压制成药粒，药粒放入模具中升温模压成药柱，冷却后药柱从模具脱出，经机械整形得到上述实施例中需要注射包覆的燃气发生剂裸药柱。
上述实施例中所用包覆层是醋酸纤维素(CA)基热塑性包覆层、组分包括醋酸纤维素(CA)，增塑剂、助塑化剂和其它功能助剂。包覆层各组分物料放入预先加热的混合机内搅拌混合，塑化成粘稠的胶料，胶料冷却后用粉碎机粉碎得到包覆层料粒，用于上述实施例的药柱注射包覆。
表1

Claims (9)

1.一种改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂，其特征在于：由纤维素和溶剂组成，纤维素所占的重量份数为2～15，溶剂所占的重量份数为85～98。
2.根据权利要求1所述改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂，其特征在于：纤维素为二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、二丁酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、或者两种所述纤维素的混合物、或者多种所述纤维素的混合物。
3.根据权利要求1所述改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂，其特征在于：溶剂由丙酮和无水乙醇组成，无水乙醇所占的重量比例为5％～30％。
4.根据权利要求1所述改善包覆层与燃气发生剂药柱粘接的底涂剂，其特征在于：溶剂为丙酮。
5.一种利用权利要求1所述底涂剂的粘接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，清理燃气发生剂药柱表面；
步骤二，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆底涂剂；
步骤三，待燃气发生剂药柱表面涂覆的底涂剂表干后，将燃气发生剂药柱装入注射包覆的模具中；
步骤四，合模后，通过注射机将料筒中热熔的包覆层物料注射到模具中；
步骤五，包覆层物料充满模具经保压、冷却之后，开模从模具中脱出已包覆的燃气发生剂药柱。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤二中，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆1遍～3遍底涂剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤二中，在燃气发生剂药柱需要包覆的表面涂覆2～3遍底涂剂时，遍间的间隔时间为20min～60min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤三中，表干的条件为，在10℃～30℃条件下，表干时间为5min～30min。
9.根据权利要求5～8任何一项所述的方法，其特征在于：包覆层为醋酸纤维素基热塑性包覆层，含有醋酸纤维素、增塑剂、助剂；燃气发生剂药柱为醋酸纤维素基热塑性药柱，含有醋酸纤维素、硝酸铵。
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