CN112832925A - 一种环状波纹柔性防热套及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套及其制备方法，所述防热套为环形且沿圆周方向呈波浪形，所述防热套沿圆周方向包括:力学增强层：具有相对设置的第一表面和第二表面；柔性耐热层：与所述第一表面相贴合；反热辐射层：为铝粉掺杂硅橡胶，所述反热辐射层与所述第二表面相贴合。所述方法包括：获得具有腔体的模具，所述腔体为环形且沿圆周方向呈波浪形；将所述模具的内表面喷涂脱膜剂后，将所述柔性耐热层、力学增强层和反热辐射层铺在所述腔体内，加热加压，后脱模获得。该防热套具有一定弹性、强度和抗烧蚀性，安装在尾段与发动机摆动喷管之间的环形间隙部位，以防止喷管出口高温燃流反窜入尾段舱内以及飞行过程中尾段底部防热。
Description
技术领域
本发明属于防热套复合材料技术领域，尤其涉及一种环状波纹柔性防热套及其制备方法。
背景技术
发动机工作时喷管出口产生温度在600℃左右的热流，在姿态调整时或飞行过程中，热流可能反窜至尾段舱内。因此需要放热套安装在尾段和发动机喷管之间，防热套采用玻璃钢材质制作，其为刚性材料，而喷管在发动机工作时需要摆动，刚性材料弹性差，无法使其正常工作，且抗烧蚀性能差。
因此，如何提供一种弹性好且抗烧蚀性能好同时具有一定强度的环状波纹柔性防热套及其制备方法，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种环状波纹柔性防热套及其制备方法，该防热套具有一定弹性、强度和抗烧蚀性，安装在尾段与发动机摆动喷管之间的环形间隙部位，以防止喷管出口高温燃流反窜入尾段舱内以及飞行过程中尾段底部防热。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套，所述防热套为环形且沿圆周方向呈波浪形，所述防热套沿圆周方向包括:
力学增强层：具有相对设置的第一表面和第二表面；
柔性耐热层：与所述第一表面相贴合；
反热辐射层：为铝粉掺杂硅橡胶，所述反热辐射层与所述第二表面相贴合。
进一步地，所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度比值为：(0.7～0.8)：(2.2～2.3)：(0.7～0.8)。
进一步地，所述铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为1～5％。
进一步地，所述柔性耐热层为硅橡胶。
进一步地，所述力学增强层为石英玻璃纤维增强胶。
本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套的制备方法，所述方法包括：
获得具有腔体的模具，所述腔体为环形且沿圆周方向呈波浪形；所述模具包括相连接的上模和下模；
将所述上模和下模的表面喷涂脱膜剂后，将所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层铺在所述下模表面，然后下模与上模合模，获得复合材料坯料；
将所述复合材料坯料进行加热加压处理，后脱模，获得环状波纹柔性防热套。
进一步地，所述喷涂中，喷涂次数为2～3次，相邻两次喷涂的时间间隔为15～20min，喷涂总量为45～55g/m2。
进一步地，所述加热的温度为100～175℃，所述加热的时间为0.5～1.5h。
进一步地，所述加压中，控制压力为180～220t。
进一步地，所述合模中，控制合模后上模和下模之间的间隙≤0.05mm。
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：
本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套及其制备方法，其中环状波纹柔性防热套由三层材料构成，其中柔性耐热层可以使环状波纹柔性防热套具有一定的柔性，从而保护喷管摆动；力学增强层可以提高环状波纹柔性防热套的强度，强度范围达2～6MPa；反热辐射层为铝粉掺杂硅橡胶，铝粉掺杂硅橡胶为铝粉分散在硅橡胶中形成，随橡胶固化，主要是分散性好，然后是形状可以任意改变；且在加热加压过程中会硫化，形成连续的金属膜，遮盖了硅橡胶，对热能够形成反射，从而具有良好的耐烧蚀性。
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，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为本发明实施例提供的一种环状波纹柔性防热套的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种环状波纹柔性防热套的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种环状波纹柔性防热套的制备方法的流程图；
图4为耐烧蚀考核的温度曲线图；
图中，1-上模，2-下模，3-柔性耐热层，4-力学增强层，5-反热辐射层，6-腔体；
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。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明实施例一种典型的实施方式，提供了一种环状波纹柔性防热套，所述防热套为环形且沿圆周方向呈波浪形，所述防热套沿圆周方向包括:
力学增强层：具有相对设置的第一表面和第二表面；
柔性耐热层：与所述第一表面相贴合；
反热辐射层：为铝粉掺杂硅橡胶，所述反热辐射层与所述第二表面相贴合。
该实施方式中，
柔性耐热层可以使环状波纹柔性防热套具有一定的柔性，从而保护喷管摆动；
力学增强层可以提高环状波纹柔性防热套的强度，强度范围达2～6MPa，以满足抵抗产品在工作时所需承担剧烈摆动；
反热辐射层为铝粉掺杂硅橡胶，铝粉掺杂硅橡胶为铝粉分散在硅橡胶中形成，随橡胶固化，主要是分散性好，然后是形状可以任意改变；且在加热加压过程中会硫化，形成连续的金属膜，遮盖了硅橡胶，对热能够形成反射，从而具有良好的耐烧蚀性，从而具有良好的耐烧蚀性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度比值为：(0.7～0.8)：(2.2～2.3)：(0.7～0.8)。厚度比值设置在所述范围内的原因将耐热性、抗烧蚀性与强度等性能充分；柔性耐热层厚度过大，容易导致强度过低，过小，容易导致烧蚀量大；力学增强层厚度过大，容易导致弹性不足，过小，容易导致强度低；反热辐射层厚度过大有产品强度低，容易产生裂纹，外观质量差，过小容易导致背面温度高；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度分别为0.75mm、2.25mm、0.75mm；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为1～5％。这样设置有利于铝粉在胶膜中充分分散，容易形成连续的金属膜；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述柔性耐热层为硅橡胶。由于硅橡胶具有柔性且耐热，为很好的柔性耐热材料；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述力学增强层为石英玻璃纤维增强胶。石英玻璃纤维增强胶是一种由水晶或纯净SiO2为原料经过熔融拉丝或棒法拉丝等方法制成的石英玻璃纤维增强材料，其SiO2含量达到99.9％。由于胶膜中含有石英玻璃纤维，成型后硬度达到40-60；
作为本发明实施例的一种实施方式，环状波纹柔性防热套相邻的两个波浪的波峰距离为20-40mm，相连的两个波谷的距离为20-40mm，波浪数量为2个；环状波纹柔性防热套的内径与外径的差值为400mm。这样设置的原因：该波浪形状是与现有技术中的尾段和发动机喷管之间的环形间隙部位的形状相适应的；因此，防热套可用于尾段和发动机喷管之间的环形间隙部位，以防止喷管出口高温燃流反窜入尾段舱内以及飞行过程中尾段底部防热。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了上述的一种环状波纹柔性防热套的制备方法，所述方法包括：
S1、获得具有腔体的模具，所述腔体为环形且沿圆周方向呈波浪形；所述模具包括相连接的上模和下模；
S2、将所述上模和下模的表面喷涂脱膜剂后，将所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层铺在所述下模表面，然后下模与上模合模，获得复合材料坯料；
步骤S2中，
脱膜剂包括PMR、LPT-02中的一种，方便后续加热加压后脱模；
所述喷涂过程中，喷涂次数为2～3次，相邻两次喷涂的时间间隔为15～20min，喷涂总量为45～55g/m2。这样设置有利于脱模剂在模具表面充分固化形成均匀薄膜；
铺层中，因为是环形(包括圆环形和椭圆环形)的，带波纹的结构，没有办法用整块的硅橡胶去铺，所以铺层时分块铺，因此将所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层铺在所述上模和下模表面，包括：裁剪：将耐热层、力学增强层、反热辐射层依次按照产品展开图裁剪；铺层：将耐热层、力学增强层、反热辐射层依次铺层：具体为沿模具圆周方向顺时针铺层耐热层，每块耐热层胶膜搭接宽度60-100mm；完成后进行力学增强层铺层，其与耐热层的搭接位置要求错开，即层间的搭接位置不允许重合；完成后进行反热辐射层铺层，其与力学增强层的搭接位置要求错开，即层间的搭接位置不允许重合；
S3、将所述复合材料坯料进行加热加压处理，后脱模，获得环状波纹柔性防热套。
步骤S3中，
所述加热的温度为100～175℃，所述加热的时间为0.5～1.5h。若加热温度小于100℃，加热时间小于0.5h，容易导致硅橡胶硫化不充分；若加热温度大于175℃，加热时间大于1.5h，容易导致硅橡胶过渡硫化，材料变硬；
具体采用室温加热至175℃，保温时间1h，升温时间2h，升温速率70～80℃/h；
所述加压中，控制压力为180～220t。若压力过小有耐热层、力学增强层和反热辐射层之间融合不够，容易分层，过大导致橡胶升温流动溢出模具导致缺料；
所述合模中，控制合模后上模和下模之间的间隙≤0.05mm。这样设置有利于控制产品厚度；
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种环状波纹柔性防热套及其制备方法进行详细说明。
实施例1
本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套的制备方法，具体如下：
1、喷涂脱模剂：
用低压喷枪将脱膜剂喷涂在上模1的表面和下模2的表面，喷涂次数为2次，间隔时间为15min，上模的喷涂总量为50g/m2，下模的喷涂总量为50g/m2。
2、铺层：
将硅橡胶、石英玻璃纤维增强胶、铝粉掺杂硅橡胶依次铺层在下模2的型腔表面，各层搭接而成，搭接宽度60mm，层间搭接强度错开，形成耐热层3、力学增强层4和反热辐射层5。所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度分别为：0.75mm、2.25mm、0.75mm。所述铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为1％；
3、合模：
将上模1和下模2合模。
4、硫化：
固化制度为：室温加热至175℃，保温时间1h，升温时间2h，升温速率70℃/h；压力为200T。
5、脱模：
硫化完毕，将模具打开，切割飞边，获得环状波纹柔性防热套。
实施例2
本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套的制备方法，具体如下：
1、喷涂脱模剂：
用低压喷枪将脱膜剂喷涂在上模1的表面和下模2的表面，喷涂次数为3次，间隔时间为16min，上模的喷涂总量为45g/m2，下模的喷涂总量为45g/m2。
2、铺层：
将硅橡胶、石英玻璃纤维增强胶、铝粉掺杂硅橡胶依次铺层在下模2的型腔表面，各层搭接而成，搭接宽度80mm，层间搭接强度错开，形成耐热层3、力学增强层4和反热辐射层5。所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度分别为：0.7mm、2.2mm、0.7mm。所述铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为5％；
3、合模：
将上模1和下模2合模。
4、硫化：
固化制度为：室温加热至170℃，保温时间1.5h，升温时间2.5h，升温速率75℃/h；压力为205T。
5、脱模：
硫化完毕，将模具打开，切割飞边，获得环状波纹柔性防热套。
实施例3
本发明实施例提供了一种环状波纹柔性防热套的制备方法，具体如下：
1、喷涂脱模剂：
用低压喷枪将脱膜剂喷涂在上模1的表面和下模2的表面，喷涂次数为3次，间隔时间为16min，上模的喷涂总量为55g/m2，下模的喷涂总量为55g/m2。
2、铺层：
将硅橡胶、石英玻璃纤维增强胶、铝粉掺杂硅橡胶依次铺层在下模2的型腔表面，各层搭接而成，搭接宽度80mm，层间搭接强度错开，形成耐热层3、力学增强层4和反热辐射层5。所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度分别为：0.8mm、2.3mm、0.8mm。所述铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为3％；
3、合模：
将上模1和下模2合模。
4、硫化：
固化制度为：室温加热至170℃，保温时间1.5h，升温时间2.5h，升温速率80℃/h；压力为205T。
5、脱模：
硫化完毕，将模具打开，切割飞边，获得环状波纹柔性防热套。
对比例1
该对比例中不含反热辐射层，其他步骤均同实施例1。
对比例2
该对比例中反热辐射层的铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为0.5％，其他步骤均同实施例1。
对比例3
该对比例中反热辐射层的铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为8％，其他步骤均同实施例1。
实验例1
为方便比对，将实施例1-3和对比例1-3的各参数列表如表1所示；
表1
将实施例1-实施例3和对比例1-对比例3的环状波纹柔性防热套的性能入表2所示，其中，耐烧蚀的检测条件：采用如图4所示耐烧蚀考核的温度曲线；
表2
| 组别 | 强度 | 表征耐烧蚀的指标 | 弹性的指标 |
| 实施例1 | 4.5MPa | 烧蚀深度0.12mm，背面温度78℃ | 充气压力11000Pa，断裂延长率343％ |
| 实施例2 | 2.89MPa | 烧蚀深度0.06mm，背面温度63℃ | 充气压力10500Pa，断裂延长率325％ |
| 实施例3 | 3.31MPa | 烧蚀深度0.03mm，背面温度45℃ | 充气压力11300Pa，断裂延长率309％ |
| 对比例1 | 2.36MPa | 烧蚀深度1.1mm，背面温度138℃ | 充气压力8000Pa，断裂延长率430％ |
| 对比例2 | 2.40MPa | 烧蚀深度0.9mm，背面温度108℃ | 充气压力10000Pa，断裂延长率265％ |
| 对比例3 | 1.57MPa | 烧蚀深度0.05mm，背面温度58℃ | 充气压力7000Pa，断裂延长率147％ |
由表2的数据可知：
对比例1中，不含反热辐射层，其他步骤均同实施例1，存在烧蚀量大、背温高的缺点；
对比例2中，铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数0.5％，小于本发明实施例1～5％的范围，其他步骤均同实施例1，存在烧蚀量大、背温高的缺点；
对比例3中，铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数8％，大于本发明实施例1～5％的范围，其他步骤均同实施例1，存在强度低的缺点；
实施例1-实施例3中制备得到的环状波纹柔性防热套，具有较优的弹性、强度和抗烧蚀性；安装在尾段与发动机摆动喷管之间的环形间隙部位，以防止喷管出口高温燃流反窜入尾段舱内以及飞行过程中尾段底部防热。
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)
1.一种环状波纹柔性防热套，其特征在于，所述防热套为环形且沿圆周方向呈波浪形，所述防热套沿圆周方向包括:
力学增强层：具有相对设置的第一表面和第二表面；
柔性耐热层：与所述第一表面相贴合；
反热辐射层：为铝粉掺杂硅橡胶，所述反热辐射层与所述第二表面相贴合。
2.根据权利要求1所述的一种环状波纹柔性防热套，其特征在于，所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层的厚度比值为：(0.7～0.8)：(2.2～2.3)：(0.7～0.8)。
3.根据权利要求1所述的一种环状波纹柔性防热套，其特征在于，所述铝粉掺杂硅橡胶中铝粉的质量分数为1～5％。
4.根据权利要求1所述的一种环状波纹柔性防热套，其特征在于，所述柔性耐热层为硅橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种环状波纹柔性防热套，其特征在于，所述力学增强层为石英玻璃纤维增强胶。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种环状波纹柔性防热套的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获得具有腔体的模具，所述腔体为环形且沿圆周方向呈波浪形；所述模具包括相连接的上模和下模；
将所述上模和下模的表面喷涂脱膜剂后，将所述柔性耐热层、所述力学增强层和所述反热辐射层铺在所述下模表面，后将所述下模与所述上模合模，获得复合材料坯料；
将所述复合材料坯料进行加热加压处理，后脱模，获得环状波纹柔性防热套。
7.根据权利要求6所述的一种环状波纹柔性防热套，其特征在于，所述喷涂中，喷涂次数为2～3次，相邻两次喷涂的时间间隔为15～20min，喷涂总量为45～55g/m2。
8.根据权利要求6所述的一种环状波纹柔性防热套的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为100～175℃，所述加热的时间为0.5～1.5h。
9.根据权利要求6所述的一种环状波纹柔性防热套的制备方法，其特征在于，所述加压中，控制压力为180～220t。
10.根据权利要求6所述的一种环状波纹柔性防热套的制备方法，其特征在于，所述合模中，控制合模后上模和下模之间的间隙≤0.05mm。
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2020
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