CN114103179A - 碳纤维材料喷管扩散段绝热层rtm成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航天固体火箭发动机制造技术领域，公开了一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，包括如下步骤：装置连接、预热并放入RTM酚醛树脂、抽真空、RTM酚醛树脂注入、固化和模具拆离。本发明碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，可以提高扩散段绝热层的生产效率，且制品强度高，尺寸稳定，有利于环境保护。

Description

碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法
技术领域
本发明涉及航天固体火箭发动机制造技术领域，具体涉及一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法。
背景技术
扩散段绝热层是喷管的重要组成部分，在固体发动机工作过程中，喷管扩散段需要在高温、高凝相组分气流的冲刷作用下提供稳定的气动界面，以保证固体发动机的推力转化效率。同时，喷管扩散段还需具有良好的隔热性能，以保证在长时间高温燃气作用下表面温度低于160℃。
在传统单相材料不断被先进功能性复合材料取代的大环境下，为迎合高专一性、高功能性、低成本的复合材料市场，越来越多的复合材料制备技术应运而生。对于增强纤维型复合材料来说，成品的好坏及性能指标很大程度上受到成型工艺技术的影响。在制备过程前，需根据两种或多种不同类型、不同成分、不同形态、不同相型的组分材料的性能特点，选取能够发挥其优良特性的合适的复合技术。
常用的制备技术有预混料制备技术、织物编织技术、碳碳复合材料的先驱体浸渍热解技术、新型成型工艺技术等。其中，新型成型工艺技术的代表——树脂传递模塑技术(RTM)，是使用低粘度树脂(聚酯树脂、环氧树脂等)在闭合模具中自然或人为加压控制流动，在一定时间内完全、均匀地浸润增强材料，并在可控时间内固化成型的一种复合模塑技术。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，可以提高扩散段绝热层的生产效率，且制品强度高，尺寸稳定，有利于环境保护。
为实现上述目的，本发明所设计的一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，包括如下步骤：
A)依次连接模具、反应釜和收集罐，将真空泵和所述收集罐连接，并保证气密性良好；
B)将所述模具、反应釜和收集罐预热至140～160℃，将RTM酚醛树脂预热至相同温度，放入所述反应釜中；
C)通过所述真空泵对所述模具和反应釜进行抽真空，抽真空时间不小于30分；
D)对所述反应釜施加压力，使得RTM酚醛树脂注入所述模具的型腔，直至所述模具的所有出胶口溢出胶液后，关闭出胶口，在保持压力状态下保压18～22分后打开所述模具的出胶口和排气孔，至所述出胶口无气泡冒出后关闭出胶口，拆除所述反应釜与收集罐，密闭所述模具，取得预成型体；
E)将所述模具放入烘箱中，对所述预成型体进行固化，先使所述预成型体在120～130℃保温1.5～2小时，然后升温使所述预成型体在150～160℃保温3.5～4小时，最后随炉冷却至60℃±20℃以下取出所述模具；
F)利用工装用顶丝将所述模具拆离。
优选的，所述步骤D)中，RTM酚醛树脂的注入时间少于5分钟。
优选的，所述步骤D)中，对所述反应釜施加压力时，初始压力为0.1Mpa，每隔30～45秒增加0.1Mpa，直至达到0.5Mpa。
优选的，所述步骤E)中，固化时，通过所述烘箱使所述模具的温度达到预定值之后，开始计时。
优选的，所述步骤B)中，预热温度为150℃。
优选的，所述步骤E)中，所述预成型体在130℃保温2小时，然后升温使所述预成型体在150℃保温4小时。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、高压注射使树脂在5分钟内即充满模具，大大节约了注入所需时间，可以提高扩散段绝热层的生产效率，为RTM工艺大规模量产化使用提供了途径；
2、制品的孔隙率进一步减少3％～0.2％，制品强度高，尺寸稳定，有利于环境保护。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，包括如下步骤：
A)依次连接模具、反应釜和收集罐，将真空泵和收集罐连接，并保证气密性良好；
B)将模具、反应釜和收集罐预热至140℃，将RTM酚醛树脂预热至相同温度，放入反应釜中；
C)通过真空泵对模具和反应釜进行抽真空，抽真空时间不小于30分；
D)对反应釜施加压力，初始压力为0.1Mpa，每隔30秒增加0.1Mpa，直至达到0.5Mpa，使得RTM酚醛树脂注入模具的型腔，直至模具的所有出胶口溢出胶液后，关闭出胶口，RTM酚醛树脂的注入时间少于5分钟，在保持压力状态下保压18分后打开模具的出胶口和排气孔，至出胶口无气泡冒出后关闭出胶口，拆除反应釜与收集罐，密闭模具，取得预成型体；
E)将模具放入烘箱中，对预成型体进行固化，固化时，通过烘箱使模具的温度达到预定值之后，开始计时，先使预成型体在120℃保温1.5小时，然后升温使预成型体在150℃保温3.5小时，最后随炉冷却至40℃以下取出模具；
F)利用工装用顶丝将模具拆离。
实施例2
一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，包括如下步骤：
A)依次连接模具、反应釜和收集罐，将真空泵和收集罐连接，并保证气密性良好；
B)将模具、反应釜和收集罐预热至160℃，将RTM酚醛树脂预热至相同温度，放入反应釜中；
C)通过真空泵对模具和反应釜进行抽真空，抽真空时间不小于30分；
D)对反应釜施加压力，初始压力为0.1Mpa，每隔45秒增加0.1Mpa，直至达到0.5Mpa，使得RTM酚醛树脂注入模具的型腔，直至模具的所有出胶口溢出胶液后，关闭出胶口，RTM酚醛树脂的注入时间少于5分钟，在保持压力状态下保压22分后打开模具的出胶口和排气孔，至出胶口无气泡冒出后关闭出胶口，拆除反应釜与收集罐，密闭模具，取得预成型体；
E)将模具放入烘箱中，对预成型体进行固化，固化时，通过烘箱使模具的温度达到预定值之后，开始计时，先使预成型体在130℃保温2小时，然后升温使预成型体在160℃保温4小时，最后随炉冷却至80℃以下取出模具；
F)利用工装用顶丝将模具拆离。
实施例3
一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，包括如下步骤：
A)依次连接模具、反应釜和收集罐，将真空泵和收集罐连接，并保证气密性良好；
B)将模具、反应釜和收集罐预热至150℃，将RTM酚醛树脂预热至相同温度，放入反应釜中；
C)通过真空泵对模具和反应釜进行抽真空，抽真空时间不小于30分；
D)对反应釜施加压力，初始压力为0.1Mpa，每隔35秒增加0.1Mpa，直至达到0.5Mpa，使得RTM酚醛树脂注入模具的型腔，直至模具的所有出胶口溢出胶液后，关闭出胶口，RTM酚醛树脂的注入时间少于5分钟，在保持压力状态下保压20分后打开模具的出胶口和排气孔，至出胶口无气泡冒出后关闭出胶口，拆除反应釜与收集罐，密闭模具，取得预成型体；
E)将模具放入烘箱中，对预成型体进行固化，固化时，通过烘箱使模具的温度达到预定值之后，开始计时，先使预成型体在110℃保温1.8小时，然后升温使预成型体在155℃保温3.8小时，最后随炉冷却至60℃以下取出模具；
F)利用工装用顶丝将模具拆离。
实施例4
一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，包括如下步骤：
A)依次连接模具、反应釜和收集罐，将真空泵和收集罐连接，并保证气密性良好；
B)将模具、反应釜和收集罐预热至150℃，将RTM酚醛树脂预热至相同温度，放入反应釜中；
C)通过真空泵对模具和反应釜进行抽真空，抽真空时间不小于30分；
D)对反应釜施加压力，初始压力为0.1Mpa，每隔40秒增加0.1Mpa，直至达到0.5Mpa，使得RTM酚醛树脂注入模具的型腔，直至模具的所有出胶口溢出胶液后，关闭出胶口，RTM酚醛树脂的注入时间少于5分钟，在保持压力状态下保压20分后打开模具的出胶口和排气孔，至出胶口无气泡冒出后关闭出胶口，拆除反应釜与收集罐，密闭模具，取得预成型体；
E)将模具放入烘箱中，对预成型体进行固化，固化时，通过烘箱使模具的温度达到预定值之后，开始计时，先使预成型体在130℃保温2小时，然后升温使预成型体在150℃保温4小时，最后随炉冷却至60℃以下取出模具；
F)利用工装用顶丝将模具拆离。
在上述实施例中，高压注射使树脂在5分钟内即充满模具，大大节约了注入所需时间，为RTM工艺大规模量产化使用提供了途径。由于过快的注入速度可能会导致制品变形，孔隙度提高，甚至出现多个空洞，对此，通过真空泵对模具和反应釜进行抽真空，抽真空后再使用高压釜高压注入树脂，可以使制品的孔隙率进一步减少3％～0.2％。
本发明碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，通过高压注射使树脂在5分钟内即充满模具，大大节约了注入所需时间，可以提高扩散段绝热层的生产效率，为RTM工艺大规模量产化使用提供了途径；且制品的孔隙率进一步减少3％～0.2％，制品强度高，尺寸稳定，有利于环境保护。

Claims (6)

1.一种碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)依次连接模具、反应釜和收集罐，将真空泵和所述收集罐连接，并保证气密性良好；
B)将所述模具、反应釜和收集罐预热至140～160℃，将RTM酚醛树脂预热至相同温度，放入所述反应釜中；
C)通过所述真空泵对所述模具和反应釜进行抽真空，抽真空时间不小于30分；
D)对所述反应釜施加压力，使得RTM酚醛树脂注入所述模具的型腔，直至所述模具的所有出胶口溢出胶液后，关闭出胶口，在保持压力状态下保压18～22分后打开所述模具的出胶口和排气孔，至所述出胶口无气泡冒出后关闭出胶口，拆除所述反应釜与收集罐，密闭所述模具，取得预成型体；
E)将所述模具放入烘箱中，对所述预成型体进行固化，先使所述预成型体在120～130℃保温1.5～2小时，然后升温使所述预成型体在150～160℃保温3.5～4小时，最后随炉冷却至60℃±20℃以下取出所述模具；
F)利用工装用顶丝将所述模具拆离。
2.如权利要求1所述碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，其特征在于：所述步骤D)中，RTM酚醛树脂的注入时间少于5分钟。
3.如权利要求1所述碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，其特征在于：所述步骤D)中，对所述反应釜施加压力时，初始压力为0.1Mpa，每隔30～45秒增加0.1Mpa，直至达到0.5Mpa。
4.如权利要求1所述碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，其特征在于：所述步骤E)中，固化时，通过所述烘箱使所述模具的温度达到预定值之后，开始计时。
5.如权利要求1所述碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，其特征在于：所述步骤B)中，预热温度为150℃。
6.如权利要求1所述碳纤维材料喷管扩散段绝热层RTM成型方法，其特征在于：所述步骤E)中，所述预成型体在130℃保温2小时，然后升温使所述预成型体在150℃保温4小时。
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