CN112477201A - 一种环形柱体结构防热环的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种环形柱体结构防热环的成型方法，采用将纤维进行平板编织，然后将多层平板织物弯折成圆柱体，多层织物的层间通过缝合连接形成整体，进行注胶、固化得到环形柱体结构防热环；本发明的环形柱体结构防热环的成型方法，降低了材料成本，提高了成型效率，通过RTM注胶工艺完成了材料制备，有效提高了产品的热防护性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种环形柱体结构防热环的成型方法。
背景技术
飞行器指一切具有飞行能力的机器或人造物体，飞行器按照飞行环境的不同分为航空器和航天器，在地球或其他行星的大气层内飞行的飞行器被称为航空飞行器，简称航空器，如飞机，直升机等，它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行；在宇宙空间中飞行的飞行器被称为航天飞行器，简称航天器，如人造地球卫星、载人飞船、空间探测器、航天飞机等，它们在运载火箭的推动下获得必要的速度进入太空，然后依靠惯性做与天体类似的轨道运动。
飞行器的飞行速度在5Ma～10Ma之间范围内机动飞行，飞行器在飞行过程中，外表面温度最高达到1300℃。为了保证飞行器的安全正常飞行，飞行器的外表面需进行热防护。现有的飞行器外表面的热防护包括使用隔热涂层以及使用热防护结构进行防热。在飞行器外表面使用热防护结构进行隔热防热是辐射防热的一种改进型；现有公开的热防护结构用各种不同的陶瓷纤维和无机粘合剂烧成疏松多孔，大小不等的板块覆盖在飞行器表面，进行飞行器的外表面的防热。这种热防护结构使用板块拼接，存在在块与块的接缝处存在热防护效果差，导致飞行器的温度升高，造成损伤；热防护结构的陶瓷纤维材料受热寿命短，需周期性进行更换，以保证飞行器的热防护效果，维修维护成本高。
由于结构以及功能的不同，飞行器舵轴金属体上需采用密封堵盖进行热防护，密封堵盖为环形圆柱体，现有的密封堵盖使用陶瓷纤维或玻璃纤维，采用整体成型的方法进行制造，存在材料防热效果差，制造成本费用较高的缺陷。
经过详细的科学研究，本专利提出采用复合材料，提高防热性能，优化成型方法，降低制造成本的方法，以期对上述密封堵盖进行优化。
因此，本领域技术人员致力于开发一种环形柱体结构防热环的成型方法，旨在进一步提高密封堵盖的防热性能和降低制造成本。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种环形柱体结构防热环的成型方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种环形柱体结构防热环的成型方法，包括采用将纤维进行平板编织，然后将多层平板织物弯折成圆柱体，多层织物的层间通过缝合连接形成整体，进行注胶、固化得到环形柱体结构防热环；
进一步地，所述纤维为2.5D纤维；
进一步地，所述多层织物的层间通过贯穿缝合连接形成整体；
进一步地，所述多层织物的每层织物平板的对接位置进行错层对接；
进一步地，所述环形柱体结构防热环的成型方法，
具体步骤包括：
步骤1、根据环形柱体结构的展开型面尺寸，采用2.5D纤维进行平板编织，得到平板织物；
步骤2、根据环形柱体结构的厚度，将步骤1编织得到的平板织物多层通过芯模弯折为圆柱体，每两层间进行贯穿缝合连接，每层织物的对接位置彼此为错缝对接；
步骤3、将步骤2得到的圆柱体织物进行模具预装，合模预压后，检查织物平整性，进行裁剪、修整；
步骤4、将模具进行密封处理，检查气密性；
步骤5、向步骤4的模具重进行树脂注胶，然后升温固化；
步骤6、固化完成后进行降温，脱模得到环形柱体结构防热环粗品；
步骤7、将步骤6得到的环形柱体结构防热环粗品进行打磨得到环形柱体结构防热环。
进一步地，所述步骤1中，所述2.5D纤维为2.5D石英纤维、2.5D陶瓷纤维或2.5D玻璃纤维中一种或多种；
进一步地，所述步骤2中，所述多层为2～8层；
优选地，所述步骤2中，所述多层为4～6层；
进一步地，所述步骤2中，所述贯穿缝合连接为Z向缝合连接；
进一步地，所述步骤4中，所述密封处理为安装密封绳；
进一步地，所述步骤5中，所述树脂为钡酚醛树脂或杂化酚醛树脂。
进一步地，所述步骤5中，所述注胶温度为50℃～90℃，注胶压力为0.1Mpa～0.2Mpa；
优选地，所述注胶温度为70℃～80℃；
进一步地，所述步骤5中，所述升温固化，升温为阶段升温，每阶段升温为20～30℃，升温至温度为150～190℃；
进一步地，所述步骤6中，所述降温至温度为不高于60℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，步骤1中，所述2.5D纤维为2.5D石英纤维；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，步骤1中，所述2.5D纤维为2.5D陶瓷纤维；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，步骤1中，所述2.5D纤维为2.5D玻璃纤维；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤2中，所述多层为4层；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤2中，所述多层为5层；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤2中，所述多层为6层；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶温度为50℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶温度为70℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶温度为80℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶温度为90℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶压力为0.1Mpa；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶压力为0.15Mpa；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，所述注胶压力为0.2Mpa；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，每阶段升温为20℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，每阶段升温为25℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，每阶段升温为30℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，升温至温度为150℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，升温至温度为170℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤5中，升温至温度为190℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤6中，所述降温至温度为60℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤6中，所述降温至温度为40℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述环形柱体结构防热环的成型方法，所述步骤6中，所述降温至温度为30℃；
本发明还提供本发明上述任一项所述方法制备得到的环形柱体结构防热环；
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的环形柱体结构防热环的成型方法，通过采用2.5D机织物平板设计了一种低成本环形柱体结构织物的编织方法，降低了材料成本，提高了成型效率，通过RTM注胶工艺完成了材料制备，有效提高了产品的热防护性能；
本发明的环形柱体结构防热环的成型方法，可适用于多种环形柱体结构防热环的制备，方法步骤不繁琐，易操作，应用性好；
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例中的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的实施例1的密封堵盖2.5D平板织物弯折后结构示意图；
其中，1、对接缝；2、弯折的平板织物；3、芯模。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
下面将结合实施例对本申请的环形柱体结构防热环的成型方法进行详细说明。
实施例1、环形柱体结构防热环的制造
具体操作为：
(1)织物结构设计
按照产品展开型面尺寸和厚度，设计分别编织制备矩形2*2m的2.5D石英纤维平板织物5张，将每张平板织物通过芯模弯折为圆柱体，每两层间进行Z向贯穿缝合连接，同时对每层织物的对接位置彼此为错缝对接(图1)；
(2)织物试装
将成型工装型面清洗干净、晾干，并按要求组装到位用于注胶准备；
(3)织物试装
将(1)的成型织物安装至工装上；
(4)裁切、修整
将(1)的成型织物装入模具后，合模进行预压，完成后检查织物平整性，对多余位置进行裁剪、修整；
(5)合模
将产品模具安装密封绳，在(1)的成型织物表面粘接脱模布，合模后试模具气密性；
(6)注胶
将树脂在70℃环境下预热，在0.1Mpa压力条件下注入(5)的模具中；
(7)固化
注胶完成后，开始进行固化，固化温度由室温升温至170℃，升温过程采用阶梯段，每段升温20℃并进行保温30分钟，固化完成后降温至60℃出炉；
(8)脱模
当模具温度进一步降温到60℃以下时，开启模具，取出粗品；
(9)产品表面打磨
将粗品外表面溢胶及飞边打磨清理干净，得到环形柱体结构防热环产品。
记录实施例1制造过程中的编织耗时、费用；以及整理整个制造过程的耗时、费用。
实施例2、环形柱体结构防热环的制造
具体操作为：
(1)织物结构设计
按照产品展开型面尺寸和厚度，设计分别编织制备矩形1*1m的2.5D陶瓷纤维平板织物4张，将每张平板织物通过芯模弯折为圆柱体，每两层间进行Z向贯穿缝合连接，同时对每层织物的对接位置彼此为错缝对接；
(2)织物试装
将成型工装型面清洗干净、晾干，并按要求组装到位用于注胶准备；
(3)织物试装
将(1)的成型织物安装至工装上；
(4)裁切、修整
将(1)的成型织物装入模具后，合模进行预压，完成后检查织物平整性，对多余位置进行裁剪、修整；
(5)合模
将产品模具安装密封绳，在(1)的成型织物表面粘接脱模布，合模后试模具气密性；
(6)注胶
将树脂在80℃环境下预热，在0.15Mpa压力条件下注入(5)的模具中；
(7)固化
注胶完成后，开始进行固化，固化温度由室温升温至150℃，升温过程采用阶梯段，每段升温25℃并进行保温30分钟，固化完成后降温至40℃出炉；
(8)脱模
当模具温度进一步降温到40℃以下时，开启模具，取出粗品；
(9)产品表面打磨
将粗品外表面溢胶及飞边打磨清理干净，得到环形柱体结构防热环产品。
记录实施例2制造过程中的编织耗时、费用；以及整理整个制造过程的耗时、费用。
实施例3、环形柱体结构防热环的制造
具体操作为：
(1)织物结构设计
按照产品展开型面尺寸和厚度，设计分别编织制备矩形10*10m的2.5D玻璃纤维平板织物6张，将每张平板织物通过芯模弯折为圆柱体，每两层间进行Z向贯穿缝合连接，同时对每层织物的对接位置彼此为错缝对接；
(2)织物试装
将成型工装型面清洗干净、晾干，并按要求组装到位用于注胶准备；
(3)织物试装
将(1)的成型织物安装至工装上；
(4)裁切、修整
将(1)的成型织物装入模具后，合模进行预压，完成后检查织物平整性，对多余位置进行裁剪、修整；
(5)合模
将产品模具安装密封绳，在(1)的成型织物表面粘接脱模布，合模后试模具气密性；
(6)注胶
将树脂在50℃环境下预热，在0.2Mpa压力条件下注入(5)的模具中；
(7)固化
注胶完成后，开始进行固化，固化温度由室温升温至190℃，升温过程采用阶梯段，每段升温30℃并进行保温30分钟，固化完成后降温至30℃出炉；
(8)脱模
当模具温度进一步降温到30℃以下时，开启模具，取出粗品；
(9)产品表面打磨
将粗品外表面溢胶及飞边打磨清理干净，得到环形柱体结构防热环产品。
记录实施例3制造过程中的编织耗时、费用；以及整理整个制造过程的耗时、费用。
实施例4、环形柱体结构防热环的制造
具体操作为：
(1)织物结构设计
按照产品展开型面尺寸和厚度，设计分别编织制备矩形5*5m的2.5D陶瓷纤维平板织物2张，矩形5*5m的2.5D石英纤维平板织物3张，将每张平板织物通过芯模弯折为圆柱体，陶瓷纤维平板织物和石英纤维平板织物交替放置，每两层间进行Z向贯穿缝合连接，同时对每层织物的对接位置彼此为错缝对接；
(2)织物试装
将成型工装型面清洗干净、晾干，并按要求组装到位用于注胶准备；
(3)织物试装
将(1)的成型织物安装至工装上；
(4)载切、修整
将(1)的成型织物装入模具后，合模进行预压，完成后检查织物平整性，对多余位置进行裁剪、修整；
(5)合模
将产品模具安装密封绳，在(1)的成型织物表面粘接脱模布，合模后试模具气密性；
(6)注胶
将树脂在90℃环境下预热，在0.15Mpa压力条件下注入(5)的模具中；
(7)固化
注胶完成后，开始进行固化，固化温度由室温升温至170℃，升温过程采用阶梯段，每段升温30℃并进行保温30分钟，固化完成后降温至60℃出炉；
(8)脱模
当模具温度进一步降温到60℃以下时，开启模具，取出粗品；
(9)产品表面打磨
将粗品外表面溢胶及飞边打磨清理干净，得到环形柱体结构防热环产品。
记录实施例4制造过程中的编织耗时、费用；以及整理整个制造过程的耗时、费用。
对比例5、
按照实施例1的产品尺寸和厚度，整体编织2.5D石英纤维环形柱体结构，然后在外表面均匀涂抹防热涂层，得到整体成型的防热环产品。
对比例6、
按照实施例1的产品尺寸和厚度，整体编织2.5D石英纤维环形柱体结构，其他操作与实施例对应步骤相同，得到整体成型的防热环产品。
试验例7、
将实施例1以及对比例5～6的制造过程，编织时间和费用以及整体的制造耗时相比
较：实施例1的(1)步骤编织耗时为5-7天，编织费用为2000-3000；实施例1的整
体制造的耗时为13-15，整体的制造费用为5000-6000；
对比例5的整体编织耗时为7-9天，编织费用为4000-5000；对比例5的整体制造的耗时为15-17，整体的制造费用为8000-10000；
对比例6的整体编织耗时为7-9，编织费用为4000-5000；对比例6的整体制造的耗时为15-17，整体的制造费用为8000-10000；
从上述的记录数据可知，与对比例5～6相比，本申请实施例1的整体编织成型费用降低30％～50％，同时平板机织物成型效率较整体编织周期可提高30％～40％；
表明，本申请实施例1的方法与现有方法相比，制造过程降低了制造成本，提高了工作效率。
本发明其他实施例、其他技术方案具有与上述相似的有益效果。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种环形柱体结构防热环的成型方法，其特征在于，包括采用将纤维进行平板编织，然后将多层平板织物弯折成圆柱体，多层织物的层间通过缝合连接形成整体，进行注胶、固化得到环形柱体结构防热环。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述纤维为2.5D纤维。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
所述多层织物的层间通过贯穿缝合连接形成整体，
所述多层织物的每层织物平板的对接位置进行错层对接。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，
具体步骤包括：
步骤1、根据环形柱体结构的展开型面尺寸，采用2.5D纤维进行平板编织，得到平板织物；
步骤2、根据环形柱体结构的厚度，将步骤1编织得到的平板织物多层通过芯模弯折为圆柱体，每两层间进行贯穿缝合连接，每层织物的对接位置彼此为错缝对接；
步骤3、将步骤2得到的圆柱体织物进行模具预装，合模预压后，检查织物平整性，进行裁剪、修整；
步骤4、将模具进行密封处理，检查气密性；
步骤5、向步骤4的模具重进行树脂注胶，然后升温固化；
步骤6、固化完成后进行降温，脱模得到环形柱体结构防热环粗品；
步骤7、将步骤6得到的环形柱体结构防热环粗品进行打磨得到环形柱体结构防热环。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，
所述步骤1中，所述2.5D纤维为2.5D石英纤维、2.5D陶瓷纤维或2.5D玻璃纤维中一种或多种。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤2，
所述多层为2～8层；
所述贯穿缝合连接为Z向缝合连接。
7.根据权利要求4所述方法，其特征在于，
所述步骤4中，所述密封处理为安装密封绳。
8.根据权利要求4所述方法，其特征在于，
所述步骤5中，所述注胶温度为50℃～90℃，注胶压力为0.1Mpa～0.2Mpa；
所述步骤5中，所述升温固化，升温为阶段升温，每阶段升温为20～30℃，升温至温度为150～190℃。
9.根据权利要求4所述方法，其特征在于，
所述步骤6中，所述降温至温度为不高于60℃。
10.权利要求1～9任一项所述方法制备得到的环形柱体结构防热环。
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