CN112829356A

CN112829356A - 一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法

Info

Publication number: CN112829356A
Application number: CN202110051820.3A
Authority: CN
Inventors: 王强; 郑志才; 陈艳; 肖亚超; 王尚; 孟祥武; 王明; 葛林海
Original assignee: Shandong Non Metallic Material Research Institute
Current assignee: Shandong Non Metallic Material Research Institute
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-05-25

Abstract

本发明公开了一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，属于材料成型技术领域。该方法先进行隔热橡胶层的预固化，再在其外侧铺贴助燃预浸料及缠绕结构层预浸料，最后借助共固化工艺成型，保证了隔热橡胶层与助燃层的有效分离、以及复合材料结构层内部的有效保护，使制备的隔层产品具有隔热、密封、助燃等功能；另外，本发明方法中，隔热橡胶层、两端连接件与复合材料结构层一体化成型，具有制备工艺简单、方法可靠以及操作方便等优点，可广泛适用于复合材料发动机壳体的制备，特别适用于2级增程发动机壳体隔层产品的制备。

Description

一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法

技术领域

本发明属于材料成型技术领域，特别涉及一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法。

背景技术

复合材料隔层产品，可以应用于很多领域，为了满足使用要求，目前的复合材料隔层产品通常包括复合材料结构层和隔热层，其制备方法通常是，先将抗烧蚀三元乙丙橡胶等材料，通过模压或缠绕成型方法，制备成隔热层；根据结构形式，在隔热层外侧制备复合材料结构层。该方法制备的复合材料隔层产品，通常抗烧蚀性能可以满足要求，该制备方法，但应用在一些需要瞬燃的领域，如2级增程发动机壳体中，往往不能达到目标要求，这往往会致使发动机壳体在2级工作状态下喉衬部位形成一定程度的堵塞，瞬间提高了发动机壳体的内部压力，造成发动机药柱燃烧效果难以控制及发动机壳体瞬间破坏的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：首先将抗烧蚀橡胶加工成合适厚度的胶片，铺贴在模具上，经过粘接、打磨以及包缠薄膜窄带等工序后，从模具中取下进行加热预固化；再在其外侧依次铺贴助燃预浸料及缠绕结构层预浸料，最后借助共固化工艺成型，从而提高了制得的复合材料隔层产品内部抗烧蚀外部燃烧助燃的可靠性，实现了本发明目的。

一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，具体步骤如下：

1）根据选用抗烧蚀橡胶的烧蚀性能及复合材料隔层产品的抗烧蚀要求，将其制备成合适厚度的压延生胶片；

2）将制备的压延生胶片分别放置于前连接件和后连接件的内侧，模压成型为一体，压延生胶片成为熟化胶片，其在前连接件的后端和后连接件的前端各有延伸块；

3）组装模具，并在装配好的模具上安装带有熟化胶片的前连接件和后连接件；

4）根据隔热橡胶层的结构尺寸，裁剪压延生胶片，裁剪时，压延生胶片的宽度方向应长于隔热橡胶层的周长；将其铺贴在前连接件和后连接件之间的模具芯轴上，其长度方向的两末端，分别与前连接件和后连接件的熟化胶片延伸块搭接成一体；圆周方向，压延生胶片的两端搭接成一体；打磨搭接处，使其与周围的高度或弧度一致；

5）选择带宽为15-30mm、耐热温度不低于抗烧蚀橡胶固化温度的薄膜窄带，用其带张力缠绕并完全包裹外露胶片，所用缠绕张力为3-15N，方式为60-85度螺旋向缠绕；

6）将包缠薄膜窄带、铺贴胶片、前连接件和后连接件，从缠绕机上取下，放入旋转烘箱中，在155-180℃的温度下加热，对胶片进行预固化，使其固化度不小于80%，冷却至室温；

7）按质量比40:（3-5），将环氧树脂与金属盐类助燃剂制备成混合均匀的混合料，将混合料均匀涂覆在易燃物质表面，制成混合料含量为（40-50）wt%的助燃预浸料；退去薄膜窄带，并清除胶片、前连接件和后连接件杂质后，将制备的助燃预浸料包裹在前连接件后端、胶片和后连接件前端，其前后端面分别与前连接件和部分后连接件接触；

8）利用缠绕机构，在助燃预浸料外缠绕浸渍树脂的连续纤维，缠绕完毕后按照固化工艺进行产品固化，制得具有抗烧蚀助燃密封层缠绕复合材料隔层产品。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述胶片在搭接之前，先在搭接处进行打磨，使搭接后的厚度等于或略大于所需厚度。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述胶片与胶片或金属界面搭接成一体，是通过在搭接界面涂抹橡胶类胶黏剂实现。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述压延生胶片两端搭接成一体，是通过施加不小于2N的压力，利用生胶片的自黏性实现的。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：在外露胶片外侧缠绕薄膜窄带时，所用缠绕张力为6-10N。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：在外露胶片外侧缠绕薄膜窄带时，方式为70-82度螺旋向缠绕。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：对胶片进行加热预固化，至其固化度不小于85%。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述薄膜窄带的材质是聚乙烯、聚丙烯、尼龙、双轴拉伸聚丙烯、共聚乙烯-醋酸乙烯或聚酰亚胺。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃功能缠绕复合材料的制备方法，其特征在于：所述金属盐类助燃剂为微纳米颗粒。

本发明涉及的一种具有抗烧蚀助燃功能缠绕复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗烧蚀橡胶包括TI111-1703抗烧蚀三元乙丙橡胶和HM-102抗烧蚀三元乙丙橡胶。

本发明涉及的具有抗烧蚀助燃功能缠绕复合材料的制备方法，先进行隔热橡胶层的预固化，再在其外侧铺贴助燃预浸料及缠绕结构层预浸料，最后借助共固化工艺成型，保证了隔热橡胶层与助燃层的有效分离、以及助燃层在复合材料结构层内部的有效保护，使制备的隔层产品具有抗烧蚀、密封、助燃等功能；另外，本发明方法中，隔热橡胶层、两端连接件与复合材料结构层一体化成型，具有制备工艺简单、方法可靠以及操作方便等优点，可广泛适用于复合材料发动机壳体的制备，特别适用于2级增程发动机壳体隔层产品的制备。

附图说明

图1是本发明隔层产品的剖视图；

图2是实施例一中前连接件与胶片模压成一体后的结构示意图；

图3是实施例一中后连接件与胶片模压成一体后的结构示意图。

其中，1：前连接件；2：复合材料结构层；3：助燃层；4：隔热橡胶层；5：后连接件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的实施例仅解释本发明，并不用于限定本发明，同时，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突即可组合使用。

实施例一

本实施例的抗烧蚀助燃密封层缠绕复合材料隔层产品为回转体结构，包括前连接件1、复合材料结构层2、助燃层3、隔热橡胶层4和后连接件5。助燃层3位于隔热橡胶层4和复合材料结构层2之间；前连接件1的后端和后连接件5的前端都为壁厚0.5mm的圆筒结构，位于助燃层3和隔热橡胶层4之间。如图1所示。

本实施例的抗烧蚀助燃密封层缠绕复合材料隔层产品制备步骤如下：

（1）利用密炼机，将TI111-1703抗烧蚀三元乙丙橡胶生胶片，混炼制备成1000mm×1000mm×1mm的压延生胶片；

（2）将制备的压延生胶片裁剪后，分别铺放在前连接件1和后连接件5的内侧，利用模压成型工艺成型为一体，压延生胶片成为熟化胶片，其在前连接件1的后端和后连接件5的前端各延伸出长10mm，如图2和3所示。利用角磨机，将熟化胶片延伸出部分的厚度打磨成0.8mm。

（3）组装模具，并在装配好的模具上安装带有熟化胶片的前连接件1和后连接件5。

（4）裁剪压延生胶片，铺贴在前连接件1和后连接件5之间的模具芯轴上。铺贴前，利用角磨机，在其四周的搭接处，打磨成厚0.8mm。铺贴时，其长度方向的两端，分别与前连接件1和后连接件5延伸出的熟化胶片搭接10mm，搭接前，在前连接件1的后端面、后连接件5的前端面、熟化胶片延伸出部分的打磨面以及压延生胶片的与之接触面，分别涂抹胶黏剂J-215进行粘接；圆周方向，压延生胶片搭接处，利用生胶片的自黏性，并施加2N的力按压1min使其搭接成一体。利用角磨机打磨搭接处，使其与周围的高度或弧度一致。

（5）利用缠绕纱架机构，将15mm宽的BOPP（双轴拉伸聚丙烯）带，在外露的压延生胶片外侧缠绕2层，缠绕张力为6N，方式为70度螺旋向缠绕；缠绕完毕后，用密封胶条黏附BOPP带尾部窄带。

（6）将包缠BOPP带、铺贴的TI111-1703抗烧蚀三元乙丙橡胶片、前连接件1和后连接件5从缠绕机上取下，放入155℃的旋转烘箱中加热预固化，至TI111-1703抗烧蚀三元乙丙橡胶片达到80%的固化度，冷却至室温。

（7）分别称取3克200目硝酸钾助燃剂微细粉末和40克环氧树脂，利用三辊研磨机制备成混合均匀的混合料。利用涂膜设备，在0.1mm厚的棉布表面均匀涂抹混合料，制备成混合料含量为40wt%助燃预浸料。退去缠绕的BOPP带，用丙酮清除表面杂质后，按图1所示位置，在前连接件1后端、TI111-1703抗烧蚀三元乙丙橡胶片和后连接件5前端的外侧包裹一层制备的助燃预浸料，搭接及粘结处压实粘合。助燃预浸料的外表面平齐、前后端面分别与前连接件1和部分后连接件5接触。

（8）利用缠绕机构，在助燃预浸料外缠绕浸渍环氧树脂的连续碳纤维，并按照90℃/2h+130℃/2h+160℃/3h在旋转烘箱内进行固化，制成包含包括前连接件1、复合材料结构层2、助燃层3、隔热橡胶层4和后连接件5的，具有抗烧蚀助燃密封层缠绕复合材料隔层产品。

实施例二

本实施例的抗烧蚀助燃密封层缠绕复合材料隔层产品，结构与实施例一相同，其制备步骤如下：

（1）利用密炼机，将HM-102抗烧蚀三元乙丙橡胶生胶片，制备成1000mm×1000mm×1mm的压延生胶片；

（2）将制备的压延生胶片裁剪后，分别铺放在前连接件1和后连接件5的内侧，利用模压成型工艺成型为一体，压延生胶片成为熟化胶片，其在前连接件1的后端和后连接件5的前端各延伸出长10mm。利用角磨机，将熟化胶片延伸出部分的厚度打磨成0.5mm。

（3）组装模具，并在装配好的模具上安装粘贴有熟化胶片的前连接件1和后连接件5。

（4）裁剪压延生胶片，铺贴在前连接件1和后连接件5之间的模具芯轴上。其长度方向，与前连接件1和后连接件5粘贴的熟化胶片各搭接10mm，圆周方向，压延生胶片搭接10mm；搭接处，所有接触面均借助胶黏剂1-3-C进行粘接。利用角磨机打磨粘接处，使其与周围的高度或弧度一致。

（5）利用缠绕纱架机构，将30mm宽的聚酰亚胺窄带在打磨好的压延生胶片外侧缠绕3层，缠绕张力为10N，方式为82度螺旋向缠绕；缠绕完毕后，用密封胶条黏附聚酰亚胺窄带尾部窄带。

（6）将聚酰亚胺窄带、铺贴的HM-102抗烧蚀三元乙丙橡胶片、前连接件1和后连接件5从缠绕机上取下，放入160℃旋转烘箱中加热预固化，至铺贴的HM-102抗烧蚀三元乙丙橡胶片达到85%的固化度，冷却至室温。

（7）分别称取5克300目磺酸镁助燃剂微细粉末和40克环氧树脂，利用三辊研磨机制备成混合均匀的混合料。利用涂膜设备，在0.1mm厚的锦纶表面均匀涂抹混合料，制备成混合料含量为50wt%助燃预浸料。退去缠绕的聚酰亚胺窄带，用丙酮清除表面杂质后，按图1所示位置，在前连接件1后端、HM-102抗烧蚀三元乙丙橡胶片和后连接件5前端的外侧包裹一层制备的助燃预浸料，搭接及粘结处压实粘合。助燃预浸料的外表面平齐、前后端面分别与前连接件1和部分后连接件5接触。

（8）利用缠绕机构，在助燃预浸料外缠绕浸渍酚醛树脂的连续玻璃纤维，并按照90℃/2h+130℃/2h+160℃/3h在旋转烘箱内进行固化，制成包含包括前连接件1、复合材料结构层2、助燃层3、隔热橡胶层4和后连接件5的，具有抗烧蚀助燃密封层缠绕复合材料隔层产品。

实施例三

与实施例一不同之处在于：

在外露的压延生胶片外侧缠绕BOPP带时，缠绕张力为3N，方式为60度螺旋缠绕。

实施例四

与实施例一不同之处在于：

在外露的压延生胶片外侧缠绕BOPP带时，缠绕张力为15N，方式为85度螺旋缠绕。

Claims

1.一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其步骤如下：

2）将制备的压延生胶片分别放置于前连接件（1）和后连接件（5）的内侧，模压成型为一体，压延生胶片成为熟化胶片，其在前连接件（1）的后端和后连接件（5）的前端各有延伸块；

3）组装模具，并在装配好的模具上安装带有熟化胶片的前连接件（1）和后连接件（5）；

4）根据隔热橡胶层（4）的结构尺寸，裁剪压延生胶片，裁剪时，压延生胶片的宽度应长于隔热橡胶层（4）的周长；将其铺贴在前连接件（1）和后连接件（5）之间的模具芯轴上，其长度方向的两末端，分别与前连接件（1）和后连接件（5）的熟化胶片延伸块搭接成一体；圆周方向，压延生胶片的两端搭接成一体；打磨搭接处，使其与周围的高度或弧度一致；

6）将包缠薄膜窄带、铺贴的胶片、前连接件（1）和后连接件（5），从缠绕机上取下，放入旋转烘箱中，在155-180℃的温度下加热，对胶片进行预固化，使其固化度不小于80%，冷却至室温；

7）按质量比40:（3-5），将环氧树脂与金属盐类助燃剂制备成混合均匀的混合料，将混合料均匀涂覆在易燃物质表面，制成混合料含量为（40-50）wt%的助燃预浸料；退去薄膜窄带，并清除胶片、前连接件（1）和后连接件（5）表面杂质后，将制备的助燃预浸料包裹在前连接件（1）后端、胶片和后连接件（5）前端，其前后端面分别与前连接件（1）和部分后连接件（5）接触；

2.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述胶片在搭接之前，先在搭接处进行打磨，使搭接后的厚度等于或略大于所需厚度。

3.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述胶片与胶片或金属界面搭接成一体，是通过在搭接界面涂抹橡胶类胶黏剂实现。

4.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述压延生胶片两端搭接成一体，是通过施加不小于2N的压力，利用生胶片的自黏性实现的。

5.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：在外露胶片外侧缠绕薄膜窄带时，所用缠绕张力为6-10N。

6.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：在外露胶片外侧缠绕薄膜窄带时，方式为70-82度螺旋向缠绕。

7.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：对胶片进行加热预固化，至其固化度不小于85%。

8.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述薄膜窄带的材质是聚乙烯、聚丙烯、尼龙、双轴拉伸聚丙烯、共聚乙烯-醋酸乙烯或聚酰亚胺。

9.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述金属盐类助燃剂为微纳米颗粒。

10.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀助燃密封功能缠绕复合材料隔层产品的制备方法，其特征在于：所述抗烧蚀橡胶包括TI111-1703抗烧蚀三元乙丙橡胶和HM-102抗烧蚀三元乙丙橡胶。