CN112192799A - 一种金属件与防热层整体模压操作窗口及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属件与防热层整体模压操作窗口及其制备方法，包括以下步骤：制造成型模具，包括下模、模套和上模；将金属件与下模连接，并对下模、模套和上模进行预热，金属件的外缘设有凸起；将防热层预成型块体放入金属件凸起与下模上表面之间的空间；将装有防热层预成型块体的下模放入模套中，并将预热后的防热层预混料装入模腔中，合上上模；将整个模具放于压机上保温、保压，固化；将固化后的产品脱模，得到金属件与防热层整体模压操作窗口。该金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，通过将操作窗口金属件与防热层整体模压成型，显著提高操作窗口防热层与金属件的结合力，产品尺寸精度高、内部质量好、成型效率高、制造成本低。

Description

一种金属件与防热层整体模压操作窗口及其制备方法
技术领域
本发明属于功能复合材料及工艺技术领域，具体涉及一种金属件与防热层整体模压操作窗口及其制备方法。
背景技术
宇航飞行器再入大气层时，会与空气发生剧激摩擦，表面要承受上千度的高温及高速气流的冲刷，为了保护飞行器免遭烧毁，需要在表面用一层特殊的防热材料来防护。
为满足信号的收发需求，一般会在飞行器表面设置天线窗口，天线窗口常采用酚醛模压制品来满足防热、透波的需求。酚醛模压材料在热流作用下发生分解、熔化、蒸发、升华等多种吸热和散热的物理和化学变化，以自身的质量消耗而带走大量热能，防止热量传入内部结构，从而保障内部结构件正常工作。但是，目前通常操作窗口防热层与金属件多采用防热层单独成型，防热层再与金属件粘接的方式制备。此工艺要求金属件外形无倒梢，因此金属件与防热层仅靠胶接力结合，操作窗口容易在高温条件下出现粘接面分层、开裂等现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种金属件与防热层整体模压操作窗口及其制备方法，通过将操作窗口金属件与防热层整体模压成型，显著提高操作窗口防热层与金属件的结合力，产品尺寸精度高、内部质量好、成型效率高、制造成本低。
为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，包括以下步骤：
S1. 制造成型模具，所述模具包括下模、模套和上模；
S2. 将金属件与所述下模连接，并对所述下模、模套和上模进行预热，所述金属件的外缘设有凸起；
S3. 将防热层预成型块体放入所述金属件的凸起与所述下模的上表面之间的空间；
S4. 将步骤S3中装有所述防热层预成型块体的下模放入所述模套中，并将预热后的防热层预混料装入模腔中，合上所述上模；
S5. 将步骤S4中整个模具放于压机上保温、保压，固化；
S6. 将步骤S5中固化后的产品脱模，得到所述金属件与防热层整体模压操作窗口。
优选地，所述下模的外形、尺寸与操作窗口的外形、尺寸相同；所述下模的上表面与所述金属件的内型面随型，所述下模的高度为20-30mm；
所述模套的内型面与操作窗口的外型面随型，所述模套的高度为操作窗口高度的2-3倍；
所述上模的下表面与操作窗口的外型面随型，所述上模的外形、尺寸与操作窗口的外形、尺寸相同，所述上模的高度为操作窗口高度的2-3倍。
优选地，所述金属件为上、下表面具有弧度的方形板或圆形板；所述金属件的外缘的凸起的厚度小于所述金属件的厚度，所述凸起为整圆凸起或有间隔的凸起，所述凸起的上表面与所述金属件的上表面平齐或低于所述金属件的上表面，所述凸起的下表面低于所述金属件下表面。
优选地，所述下模的下表面设置有多个连接孔，步骤S2中，金属件与所述下模的连接方法为利用螺栓通过所述连接孔将所述金属件与所述下模连接。
优选地，步骤S3中还包括制备防热层预成型块体，所述防热层预成型块体的制备方法包括以下步骤：
S301. 将模具预热；预热温度为95-105℃；
S302. 将防热层预混料放入预热后的模具中，进行保温、保压，得到防热层预成型体；预成型温度为95-105℃，压力为10～15MPa，时间为10-15min；
S303. 将所述防热层预成型体分割为多个块状体，得到所述防热层预成型块体。
优选地，还包括在步骤S2之前对所述金属件进行表面处理，具体为：
采用80-100目的白刚玉砂以0.5-0.7MPa的压力对所述金属件的粘接位置进行喷砂处理。
进一步优选地，还包括在步骤S2之后对所述金属件进行表面处理，具体为：
采用80目的白刚玉砂以0.6MPa的压力对所述金属件的粘接位置进行喷砂处理。
优选地，所述防热层预混料为酚醛树脂预混料；所述酚醛树脂预混料的基体材料为氨酚醛树脂、镁酚醛树脂、硼酚醛树脂中的一种或几种的混合；所述酚醛树脂预混料的增强材料为高硅氧纤维、石英纤维、无碱玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种的混合。
进一步优选地，所述酚醛树脂预混料的基体材料为氨酚醛树脂。
进一步优选地，所述酚醛树脂预混料的增强材料为高硅氧纤维。
优选地，步骤S3中，将防热层预成型块体放入所述金属件的凸起与所述下模的上表面之间的空间具体为：将防热层预成型块体装入所述金属件凸起与所述下模上表面之间的空间，并用刀片将超过凸起边缘的防热层预成型块体部分裁剪掉。
优选地，步骤S5中固化制度为：105℃-115℃固化15min-20min；然后以2℃-5℃/10min的速率升温至160℃-170℃保温，保温时间计算为：t=a*d，其中，t为保温时间，单位为min；a的取值范围为5-6，单位为min/mm；d为操作窗口总厚度，单位为mm。
优选地，步骤S5中，固化时的压力为10-15MPa。
优选地，步骤S4中，所述防热层预混料的预热温度为90-100℃。
优选地，步骤S6中，将固化后的产品冷却到40℃以下，进行产品脱模。
本发明的另一方面提供使用上述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法制备得到的操作窗口。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，防热层采用将金属件安装在模具中，在模具中金属件上填充防热层预浸料，整体模压成型的方法进行成型，与防热层单独成型后与金属件进行粘接的方式相比，可显著提高操作窗口防热层与金属件的结合力、界面粘接强度及防热层内部质量，且不需另外增加太多成本；其中，金属件采用外缘具有凸起的结构，将不能加压的位置首先装填防热层预成型块体，避免了这些位置容易出现疏松现象，可进一步提高二者界面强度；该方法具有良好的应用前景，有利于推广实施。
附图说明
图1是本发明实施例中金属件的结构示意图；
图2是本发明实施例中金属件底部的结构示意图；
图3是本发明实施例中金属件与下模连接的结构示意图；
图4是本发明实施例中金属件与模套、上模、下模连接的结构示意图；
图5是本发明实施例得到的金属件与防热层整体模压操作窗口的结构示意图。
其中：1-下模；2-模套；3-上模；4-金属件；5-凸起；6-尺寸为100×10mm×5mm的空间；7-金属件与防热层整体模压操作窗口。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请中，下模的上表面与金属件的内型面随型等指下模的上表面的形状、轮廓与金属件的内型面的形状、轮廓一致，二者型面相贴合。此外，全文中“随型”的含义如上，不再赘述。
实施例1
结合图1、图2、图3、图4所示，本实施例所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，包括以下步骤：
S1. 制造成型模具，模具包括下模1、模套2和上模3；其中，下模1的外形、尺寸与操作窗口的外形、尺寸相同，下模的上表面与金属件4的内型面随型，具体地，下模直径为180mm，下模上表面弧面半径为360mm，总高30mm，下模的下表面在周向分布着6个连接孔用于与金属件连接；模套的内型面与操作窗口的外型面随型，具体地，模套内径180mm，高度为150mm；上模的下表面与操作窗口的外型面随型，上模的外形、尺寸与操作窗口的外形、尺寸相同，具体地，上模下表面弧面半径400mm，上模内径180mm，总高150mm；
S2a. 对金属件4进行表面处理，具体为：采用80目的白刚玉砂以0.6MPa的压力对金属件的粘接位置进行喷砂处理，其中，金属件为上、下表面具有弧度的圆形板，金属件4的外缘间隔设置有6个凸起5，凸起5的上表面与金属件4上表面平齐，凸起5下表面低于金属件4下表面5mm；
S2. 通过M6螺栓将金属件连接在下模的上表面，要求金属件的下表面与下模的上表面贴合，金属件的凸起与下模的上表面形成6个尺寸约100×10mm×5mm的空间6，然后对下模、模套、上模进行预热，预热温度为95-105℃；
S3. 制备防热层预成型块体，然后将防热层预成型块体放入所述金属件的凸起与所述下模的上表面之间的空间；制备防热层预成型块体，步骤S3具体包括以下步骤：
S301. 将模具预热；预热温度为95-105℃；
S302. 将适量防热层预混料（氨酚醛树脂与高硅氧纤维构成的预混料）放入预热后的模具中，进行保温、保压，得到防热层预成型体；预成型温度为95-105℃，压力为10MPa，时间为10-15min；
S303. 将防热层预成型体裁剪成多个100mm×15mm×5mm的块状体，得到防热层预成型块体；
S304.分别将6块防热层预成型块体装入金属件的凸起与下模上表面之间形成的6个尺寸约100×10mm×5mm的空间中，用刀片将超过凸起边缘的防热层预成型块体部分裁剪掉；
S4. 将步骤S3中装有防热层预成型块体的下模放入模套中，称取2.5±0.05kg的氨酚醛树脂-高硅氧纤维预混料，将预混料在95℃下预热，然后将预热后的防热层预混料装入模腔中，合上上模；
S5. 将步骤S4中整个模具放于压机上保温、保压，固化，固化制度为：105℃-115℃固化20min；然后以3℃/10min的速率升温至170℃保温，保温时间为250min，固化压力为15MPa；
S6. 将压机冷却至40℃以下脱模，将连接下模与金属件的螺栓取下，得到如图5所示的金属件与防热层整体模压操作窗口7。
产品性能检测
对实施例与对比例的产品进行无损检测，超声结果显示：实施例1所得的金属件与防热层整体模压操作窗口，金属件与防热层的界面无缺陷。X光检测显示：防热层内部无疏松、裂纹、夹杂物等缺陷；超声检测整体无II类及III类缺陷区。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 制造成型模具，所述模具包括下模、模套和上模；
S2. 将金属件与所述下模连接，并对所述下模、模套和上模进行预热，所述金属件的外缘设有凸起；
S3. 将防热层预成型块体放入所述金属件的凸起与所述下模的上表面之间的空间；
S4. 将步骤S3中装有所述防热层预成型块体的下模放入所述模套中，并将预热后的防热层预混料装入模腔中，合上所述上模；
S5. 将步骤S4中整个模具放于压机上保温、保压，固化；
S6. 将步骤S5中固化后的产品脱模，得到所述金属件与防热层整体模压操作窗口。
2.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于：
所述下模的外形、尺寸与操作窗口的外形、尺寸相同；所述下模的上表面与所述金属件的内型面随型，所述下模的高度为20-30mm；
所述模套的内型面与操作窗口的外型面随型，所述模套的高度为操作窗口高度的2-3倍；
所述上模的下表面与操作窗口的外型面随型，所述上模的外形、尺寸与操作窗口的外形、尺寸相同，所述上模的高度为操作窗口高度的2-3倍。
3.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于：
所述金属件为上、下表面具有弧度的方形板或圆形板；所述金属件的外缘的凸起的厚度小于所述金属件的厚度，所述凸起为整圆凸起或有间隔的凸起，所述凸起的上表面与所述金属件的上表面平齐或低于所述金属件的上表面，所述凸起的下表面低于所述金属件的下表面。
4.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于，步骤S3中还包括制备防热层预成型块体，所述防热层预成型块体的制备方法包括以下步骤：
S301. 将模具预热；预热温度为95-105℃；
S302. 将防热层预混料放入预热后的模具中，进行保温、保压，得到防热层预成型体；预成型温度为95-105℃，压力为10～15MPa，时间为10-15min；
S303. 将所述防热层预成型体分割为多个块状体，得到所述防热层预成型块体。
5.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于，还包括在步骤S2之前对所述金属件进行表面处理，具体为：
采用80-100目的白刚玉砂以0.5-0.7MPa的压力对所述金属件的粘接位置进行喷砂处理。
6.根据权利要求4所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于：
所述防热层预混料为酚醛树脂预混料；所述酚醛树脂预混料的基体材料为氨酚醛树脂、镁酚醛树脂、硼酚醛树脂中的一种或几种的混合；所述酚醛树脂预混料的增强材料为高硅氧纤维、石英纤维、无碱玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于，
步骤S5中固化制度为：105℃-115℃固化15min-20min；然后以2℃-5℃/10min的速率升温至160℃-170℃保温，保温时间计算为：t=a*d，其中，t为保温时间，单位为min；a的取值范围为5-6，单位为min/mm；d为操作窗口总厚度，单位为mm。
8.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于，
步骤S5中，固化时的压力为10-15MPa。
9.根据权利要求1所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法，其特征在于，
步骤S4中，所述防热层预混料的预热温度为90-100℃。
10.使用如权利要求1-9任一所述的金属件与防热层整体模压操作窗口的制备方法制备得到的操作窗口。
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