CN112720981A - 带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法 - Google Patents

带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，是通过以下步骤实现的：预混料制备；压制；后处理；脱模；本发明采用碳纤维作为增强体，耐烧蚀树脂作为基体，制备的预混料可低压成型，且耐烧蚀性能好，解决了复合材料要求耐烧蚀性能好，且薄壁金属件一体成型时需低压成型这一矛盾。

Description

带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法
技术领域
本发明涉及一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法。
背景技术
固体火箭发动机是导弹飞行的动力源，是导弹壳体的主要组成部分,无论是质量还是体积,固体火箭发动机都占据了整个导弹的绝大部分。固体火箭发动机的尾喷管位于燃烧室的尾部,一般由短纤维氨酚醛预混料模压制品、喉衬组件以及尾管壳体三部分组成,是发动机的能量转换装置,它直接承受燃烧室产生的高温、高压和高速燃气的冲刷作用,要求在几秒或几十秒的工作时间内,保证发动机工作的可靠性。短纤维氨酚醛预混料制品作为喷管防热、耐烧蚀材料,必须具有低烧蚀率、良好的物理机械性能和工艺性好的特点，常用短切粘胶基碳纤维/氨酚醛树脂预混料通过模压进行制备；将短纤维氨酚醛预混料模压制品、喉衬组件和尾管壳体通过胶接制得尾喷管。
上述制备工艺流程复杂，模压成型压力高，对压机的压力等参数有较高要求，制备成本高；而目前复合材料与金属件一体模压成型的需求越来越多，且金属件一般都属于薄壁结构，无法承受太大压力，通常在10MPa以内，而目前具有耐烧蚀性能的预混料材料通常采用短纤维氨酚醛预混料，其成型压力一般高达30MPa以上。目前的短纤维氨酚醛预混料原材料和成型方法都无法满足上述需求。此外，鉴于运用领域的特殊性，导弹发动机的耐烧蚀层一般选择短切纤维/酚醛预混料成型，其性能属于各项同性，抗冲刷性能好。常规纤维金属层合板多采用织物预浸料铺层，产品层间性能差，抗冲刷性能差，不适用于作为导弹发动机的耐烧蚀层。通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201811272346.1中国发明专利申请公开了一种低压模压成型工艺，采用小压力加震动的方式来实现SMC材料压制成型；申请号为201510772114.2中国发明专利申请公开了一种低压片状模塑料，主要用于复合绝缘材料领域；申请号为200510019581.4的中国发明专利申请公开了一种低压成型片状模塑料片材的生产设备，但这些材料无烧蚀性能，无法满足低压且耐烧蚀的性能要求。申请号为CN201910755400.6和CN201910754430.5的中国发明专利申请公开了一种短切纤维预混料制备方法，主要材料真空导入的方法使得纤维和树脂进行浸渍，但未说明预混料的成型压力、方法以及性能。因此，本发明提出了一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有低成型压力和高耐烧蚀性能的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，包括如下步骤：预混料制备→表面处理→压制→脱模。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，所述方法包括如下步骤：
S1、预混料制备：将增强材料和树脂混合，经热处理及裁剪制备成短切纤维预混料；
S2、压制：采用金属件与预混料整体模压成型。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，预混料采用真空导入浸渍法进行制备。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述增强材料为碳纤维，所述树脂为耐烧蚀树脂。
作为优选方案，碳纤维采用黏胶基碳纤维。
作为优选方案，耐烧蚀树脂采用钡酚醛树脂。目前耐烧蚀预混料多是碳纤维/氨酚醛或者硼酚醛等，成型压力很高，至少30MPa以上；而苯酚甲醛树脂、甲苯酚甲醛树脂耐烧蚀性能不好，无法实现小于等于0.05mm/s的烧蚀率。其中，苯酚甲醛树脂属于常用的民用树脂，烧蚀性能很差的，根本无法达到小于等于0.045mm/s的军用级烧蚀性能要求。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，预混料中树脂质量含量为30-50％，挥发份为3-10％。
作为本发明的一个实施方案，预混料中树脂用量W＝G×F÷(1-F)÷X，
式中，(a)G为灌注过程使用的纤维重量，选取0.5-4kg；
(b)F为树脂占预混料的重量百分比，选取0.3-0.6；
(c)X为最终注入胶液中树脂重量占总胶液重量的比例，选取0.3-0.6。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述金属件为经表面处理后的金属件。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，压制前金属件的成型面采用喷砂处理，并涂覆耐高温底胶。
作为优选方案，底胶使用温度不低于175℃。
作为优选方案，耐高温底胶采用铁锚丁腈-酚醛胶。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，金属件的承压低于10MPa。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，模压成型压力不高于10MPa。
作为本发明的一个实施方案，所述模压成型是将金属件在80-90℃预热30-180min，在金属件上加入预混料进行模压，固化方式为80-90℃升至100±10℃，打压2-10MPa，升温至160-180℃，保温0.5-5小时。
作为本发明的一个实施方案，模压成型的复合材料的烧氧-乙炔线烧蚀率≤0.05mm/s。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明制备的预混料可在10MPa以下低压成型，且耐烧蚀性能好，达到0.05mm/s以下；
2)本发明可以解决预混料与薄壁金属件一体成型时，一般高耐烧蚀的预混料无法低压成型，而金属件无法承受过高压力的这一技术难题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所述的一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法：
A.成型工艺流程为：预混料制备→表面处理→压制→脱模(图1)。
B.采用碳纤维为增强体，耐烧蚀树脂为基体，采用真空导入法(CN201910755400.6、CN201910754430.5)制备短切碳纤维预混料，预混料的树脂质量含量为30-50％，挥发份3-10％；
C.金属件的成型面采用喷砂处理，并涂覆耐高温底胶，底胶使用温度不低于175℃；
D.制品采用金属件与预混料整体模压成型，将金属件放入模具内在80-90℃预热30-180min，并加入预混料，固化方式为80-90℃升至100±10℃，打压2-10MPa，升温至160-180℃，保温0.5-5小时；
E.随压机冷却至室温后，脱模取出制品。
具体见以下实施例：
实施例1
以一种带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法为实例，包括如下步骤：
1、预混料制备(采用真空导入浸渍法(CN201910755400.6或CN201910754430.5)进行制备)
A：将下导流网、2kg黏胶基碳纤维、上导流网和硅胶膜依次均匀铺放在不锈钢平台上；
B：通过真空泵将硅胶膜形成的密封袋抽至真空状态；
C：计算树脂用量：
注入质量W计算方法如下：
W＝G×F÷(1-F)÷X，
式中，(a)G为灌注过程使用的纤维重量，选取0.5-4kg；
(b)F为树脂占预混料的重量百分比，选取0.3-0.6；
(c)X为最终注入胶液中树脂重量占总胶液重量的比例，选取0.3-0.6。
本实施例中，选取G为2，F为0.3，X为0.3，可计算树脂用量为2.85kg；通过加压注胶设备将2.85kg钡酚醛胶液注入密封袋内与纤维混合，注射压力为0.1MPa；
D：采用烘箱将混合后的混合物经过80℃/30min热处理；
E：采用短切机将预混料短切为30mm长的短切纤维预混料；
2、表面处理
F、采用喷砂机和石英砂对金属件成形面进行喷砂，喷射压力0.5MPa；
G、对喷砂面涂覆铁锚706底胶；
3、压制
H、金属件(只要在高温条件下(比如180摄氏度)成型压力大于10MPa就会变形的金属件即可，如30Cr3SiNiMoVA BTXC086-2004，或者30Si2MnCrMoVE均可；本实施例中选用30Cr3SiNiMoVA BTXC086-2004)放入模具内，在85℃预热60min；
I、将预混料加入金属件内腔；
S10、80℃升至100℃，打压10MPa，升温至180℃，保温2小时；
4、脱模
随压机冷却至室温后，脱模取出制品。
经上述工艺制备的产品，对其复合材料进行了性能测试，如下表所示，烧氧-乙炔线烧蚀率达到0.02mm/s以下，同时密度在1.4～1.5以内，抗压强度达到近200MPa。
表1、复合材料模压性能
Figure BDA0002808552400000051
对比例1
本对比例基本同实施例1，所不同之处在于：选用的树脂为硼酚醛树脂。
在步骤4，脱模后，产品发生疏松。
对比例2
本对比例基本同实施例1，所不同之处在于：选用的树脂为氨酚醛616。
在步骤4，脱模后，产品同样发生疏松。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、预混料制备：将增强材料和树脂混合，经热处理后制备成短切纤维预混料；
S2、压制：采用金属件与预混料整体模压成型。
2.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S1中，预混料采用真空导入浸渍法进行制备。
3.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S1中，所述增强材料为碳纤维，所述树脂为耐烧蚀树脂。
4.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S1中，预混料中树脂质量含量为30-50％，挥发份为3-10％。
5.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S2中，所述金属件为经表面处理后的金属件。
6.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S2中，压制前金属件的成型面采用喷砂处理，并涂覆耐高温底胶。
7.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S2中，金属件的承压低于10MPa。
8.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，步骤S2中，模压成型压力不高于10MPa。
9.根据权利要求8所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，所述模压成型是将金属件在80-90℃预热30-180min，在金属件上加入预混料进行模压，固化方式为80-90℃升至100±10℃，打压2-10MPa，升温至160-180℃，保温0.5-5小时。
10.根据权利要求1所述的带薄壁金属件耐烧蚀喷管预混料低压一体模压成型方法，其特征在于，模压成型的复合材料的烧氧-乙炔线烧蚀率≤0.05mm/s。
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