CN114147991A - 连接环成型粘接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种连接环成型粘接方法，包括连接环和陶瓷罩体，根据连接环的内型面尺寸，加工左缠绕芯模和右缠绕芯模，行缠绕形成预制坯；预固化后的预制坯两端切割掉获得预固化连接环；固化获得整体连接环整体；得到两件粘接有陶瓷罩体的连接环。连接环重量比传统的因瓦合金连接环降低80％以上，大大降低了飞行器的重量；在280℃温度条件下能长时间使用，切高温线膨胀低，能够与石英陶瓷罩体具有良好的连接匹配性。连接环可近净尺寸成型，且可一次完成两件连接环制备，并一次性完成与陶瓷罩体一体粘接成型，效率高。

Description

连接环成型粘接方法
技术领域
本发明属于航天特种复合材料技术领域，具体地指一种连接环成型粘接方法。
背景技术
陶瓷天线罩主要用于航天飞行器，用于保护雷达在高温、高速的恶劣环境下能够正常工作。随着航天技术的发展，航天飞行器朝着高马赫、长航时、轻质化方向发展，高速和长时间的飞行带来的高温环境及轻质化的要求，给天线罩材料带来极大挑战。
耐高温天线罩应用最多的是陶瓷天线罩，它主要有陶瓷罩体和连接环两部分组成。陶瓷罩体主要为石英陶瓷或石英复合陶瓷，其具有低膨胀(10-6/℃)性能，为保证热匹配性能，传统连接环主要采用低膨胀因瓦合金材料(10-6/℃)，因瓦合金材料具有优异的低膨胀性能，但它材料密度大(8.1g/cm3)，不能更好的适应高速飞行器轻质化发展要求，且高温(200℃)以上线膨胀急剧增加，不适合高温使用。
发明内容
本发明提供了一种轻质、高强度且耐高温的连接环成型粘接方法。
为实现上述目的，本发明所提供的一种连接环成型粘接方法，包括连接环和陶瓷罩体，成型方法包括如下步骤：
1)根据连接环的内型面尺寸，加工左缠绕芯模和右缠绕芯模，左缠绕芯模和右缠绕芯模的外型面与连接环的内型面均一致，左缠绕芯模和右缠绕芯模通过螺纹连接成整体缠绕芯模；
2)左缠绕芯模和右缠绕芯模上均在缠绕形成连接环的部位采用喷涂聚四氟乙烯或贴聚四氟乙烯膜，然后进行缠绕形成预制坯；
3)将预制坯连同整体缠绕芯模进行预固化，预固化后，按照连接环高度，将预固化后的预制坯两端切割掉获得预固化连接环；
4)首先将固定环套置在预固化连接环的中间部位，并用固定环连接法兰进行固定；然后在左陶瓷罩体、右陶瓷罩体和预固化连接环的粘接面上涂一层陶瓷粘接剂，然后依次装配左陶瓷罩体和右陶瓷罩体，最后通过左压环、右压环和螺杆将左陶瓷罩体、右陶瓷罩体进行加压固定；最后固化获得整体连接环整体；
5)固化完成后，脱去左压环、右压环和固定环，将整体连接环从中心部位切割开，旋开并取出整体缠绕芯模，然后将连接环端面加工平整，得到两件粘接有陶瓷罩体的连接环。
进一步地，所述步骤1)中，左缠绕芯模的端面有向外带外螺纹的凸起，右缠绕芯模的端面有向内带内螺纹的凹槽，左缠绕芯模的凸起拧入右缠绕芯模的凹槽内使得左缠绕芯模和右缠绕芯模连接成整体缠绕芯模。
进一步地，所述步骤1)中，左缠绕芯模和右缠绕芯模均采用4J36低膨胀因瓦合金材料。
进一步地，所述步骤2)中，缠绕形成预制坯具体过程为：将整体缠绕芯模置于数控缠绕机上，挂碳纤维，将配置好的双马树脂溶液置于浸胶盒，从整体缠绕芯模的小端开始引碳纤维，碳纤维加张力，进行螺旋缠绕；其中，在倒数第二层，采用一根石英纤维和一根碳纤维并股缠绕，在最后一层采用双股石英纤维缠绕，形成预制坯。
进一步地，所述双马树脂溶液按重量份数比包括氨基双马来酰亚胺树脂100份、烯丙基双酚A 55～60份、苯乙烯8～12酚、双马树脂促进剂0.5～0.6份、丙酮20～25份。
进一步地，所述碳纤维采用高模碳纤维；所述石英纤维采用190tex高强石英纤维、氧化硅含量99.9％以上；纤维张力10N～15N，螺旋缠绕的缠绕角为45°～60°。
进一步地，所述步骤3)中，预固化制度为30℃～40℃/4～5h→80℃～100℃/3～4h，预固化过程中鼓风。
进一步地，所述步骤4)中，终固化制度为80℃～100℃/2～3h→120℃～140℃/2～3h，然后随炉降温，固化过程中鼓风。
进一步地，所述步骤4)中，固定环采用4J36低膨胀因瓦合金钢材料。
进一步地，所述步骤4)中，左压环与左陶瓷罩体接触面部位垫一层0.5～1mm硅橡胶垫，同理，右压环与右陶瓷罩体接触面部位垫一层0.5～1mm硅橡胶垫。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明制备的粘接有陶瓷罩体的连接环其连接环重量比传统的因瓦合金连接环降低80％以上，大大降低了飞行器的重量；
其二，本发明制备的连接环，在280℃温度条件下能长时间使用，切高温线膨胀(1.5×10-6/℃)低，能够与石英陶瓷罩体具有良好的连接匹配性。
其三，连接环可近净尺寸成型，且可一次完成两件连接环制备，并一次性完成与陶瓷罩体一体粘接成型，效率高。
附图说明
图1为本发明粘接有陶瓷罩体的连接环的结构示意图；
图2为整体缠绕芯模结构示意图；
图3为固化装配结构示意图。
具体实施方式
如图1所示连接环成型粘接方法，包括连接环1和陶瓷罩体2，成型方法包括如下步骤：
1)根据图1所示连接环1的内型面尺寸，加工左缠绕芯模3和右缠绕芯模4，左缠绕芯模3和右缠绕芯模4的外型面与连接环1的内型面均一致，左缠绕芯模3的端面有向外带外螺纹的凸起5，右缠绕芯模4的端面有向内带内螺纹的凹槽6，左缠绕芯模3的凸起5拧入右缠绕芯模4的凹槽6内使得左缠绕芯模3和右缠绕芯模4连接成整体缠绕芯模，如图2所示；
左缠绕芯模3和右缠绕芯模4均采用4J36等低膨胀因瓦合金材料，保证固化时与陶瓷罩体的膨胀性能匹配；
2)左缠绕芯模3和右缠绕芯模4上均在缠绕形成连接环的部位采用喷涂聚四氟乙烯或贴聚四氟乙烯膜，便于脱模，其他部位不涂聚四氟乙烯或贴聚四氟乙烯膜，防止划伤；然后将整体缠绕芯模置于数控缠绕机上，挂碳纤维，将配置好的双马树脂溶液置于浸胶盒，从整体缠绕芯模的小端开始引碳纤维，碳纤维加张力，进行螺旋缠绕，根据产品厚度，往复缠绕多个循环，达到要求厚度；其中，在倒数第二层，采用一根石英纤维和一根碳纤维并股缠绕，在最后一层采用双股石英纤维缠绕，形成预制坯；
双马树脂溶液按重量份数比包括氨基双马来酰亚胺树脂100份、烯丙基双酚A 55～60份、苯乙烯8～12酚、双马树脂促进剂0.5～0.6份、丙酮20～25份，室温下搅拌均匀，密封保存；采用双马树脂体系具有较高的耐温性(长时间耐280℃以上)，采用粘度较低的乙烯基活性单体苯乙烯作为改性剂和双马树脂促进剂有效降低了双马树脂的成型固化温度，具有较好的成型工艺性；
碳纤维采用高模碳纤维，提升连接环刚性，石英纤维采用190tex高强石英纤维、氧化硅含量99.9％以上；纤维纱可以为单股或多股(推荐2股)，纤维张力10N～15N，螺旋缠绕的缠绕角为45°～60°。最后两层加入石英纤维作用连接环与陶瓷罩体之间的膨胀匹配，同时提高连接环与陶瓷罩体的粘接强度；
3)将预制坯连同整体缠绕芯模放入鼓风干燥箱进行预固化，预固化后，按照连接环高度，将预固化后的预制坯两端切割掉获得预固化连接环；
预固化制度为30℃～40℃/4～5h→80℃～100℃/3～4h，预固化过程中鼓风，去除溶剂；
4)如图3所示，首先将固定环11套置在预固化连接环13的中间部位，并用固定环连接法兰12进行固定；然后在左陶瓷罩体14、右陶瓷罩体7和预固化连接环13的粘接面上涂一层陶瓷粘接剂，然后依次装配左陶瓷罩体14和右陶瓷罩体7，最后通过左压环8、右压环9和螺杆10将左陶瓷罩体14、右陶瓷罩体7进行加压固定；最后，放入鼓风干燥箱加热固化获得整体连接环整体；
终固化制度为80℃～100℃/2～3h→120℃～140℃/2～3h，然后随炉降温，固化过程中鼓风，去除挥发份；其中固定环采用低膨胀4J36因瓦合金钢材料，保证其膨胀系数与陶瓷罩体一致；左压环与左陶瓷罩体接触面部位垫一层0.5～1mm硅橡胶垫，同理，右压环与右陶瓷罩体接触面部位垫一层0.5～1mm硅橡胶垫，避免刚性接触，配合紧密；
5)固化完成后，脱去左压环、右压环和固定环，将整体连接环从中心部位切割开，旋开并取出整体缠绕芯模，然后将连接环端面加工平整，得到两件粘接有陶瓷罩体的连接环。
本发明成型的粘接有陶瓷罩体的连接环，其连接环具有轻质(密度1.5～2g/cm3)、高强度(强度500MPa以上，模量95GPa以上)、耐高温(280℃长时间使用)及低膨胀(10-6/℃)优异性能，且该连接环与陶瓷罩体具有良好的连接匹配性。

Claims (10)

1.一种连接环成型粘接方法，包括连接环(1)和陶瓷罩体(2)，其特征在于：所述成型方法包括如下步骤：
1)根据连接环(1)的内型面尺寸，加工左缠绕芯模(3)和右缠绕芯模(4)，左缠绕芯模(3)和右缠绕芯模(4)的外型面与连接环(1)的内型面均一致，左缠绕芯模(3)和右缠绕芯模(4)通过螺纹连接成整体缠绕芯模；
2)左缠绕芯模(3)和右缠绕芯模(4)上均在缠绕形成连接环的部位采用喷涂聚四氟乙烯或贴聚四氟乙烯膜，然后进行缠绕形成预制坯；
3)将预制坯连同整体缠绕芯模进行预固化，预固化后，按照连接环高度，将预固化后的预制坯两端切割掉获得预固化连接环；
4)首先将固定环(11)套置在预固化连接环(13)的中间部位，并用固定环连接法兰(12)进行固定；然后在左陶瓷罩体(14)、右陶瓷罩体(7)和预固化连接环(13)的粘接面上涂一层陶瓷粘接剂，然后依次装配左陶瓷罩体(14)和右陶瓷罩体(7)，最后通过左压环(8)、右压环(9)和螺杆(10)将左陶瓷罩体(14)、右陶瓷罩体(7)进行加压固定；最后固化获得整体连接环整体；
5)固化完成后，脱去左压环、右压环和固定环，将整体连接环从中心部位切割开，旋开并取出整体缠绕芯模，然后将连接环端面加工平整，得到两件粘接有陶瓷罩体的连接环。
2.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤1)中，左缠绕芯模(3)的端面有向外带外螺纹的凸起(5)，右缠绕芯模(4)的端面有向内带内螺纹的凹槽(6)，左缠绕芯模(3)的凸起(5)拧入右缠绕芯模(4)的凹槽(6)内使得左缠绕芯模(3)和右缠绕芯模(4)连接成整体缠绕芯模。
3.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤1)中，左缠绕芯模(3)和右缠绕芯模(4)均采用4J36低膨胀因瓦合金材料。
4.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤2)中，缠绕形成预制坯具体过程为：将整体缠绕芯模置于数控缠绕机上，挂碳纤维，将配置好的双马树脂溶液置于浸胶盒，从整体缠绕芯模的小端开始引碳纤维，碳纤维加张力，进行螺旋缠绕，；其中，在倒数第二层，采用一根石英纤维和一根碳纤维并股缠绕，在最后一层采用双股石英纤维缠绕，形成预制坯。
5.根据权利要求4所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述双马树脂溶液按重量份数比包括氨基双马来酰亚胺树脂100份、烯丙基双酚A 55～60份、苯乙烯8～12酚、双马树脂促进剂0.5～0.6份、丙酮20～25份。
6.根据权利要求4所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述碳纤维采用高模碳纤维；所述石英纤维采用190tex高强石英纤维、氧化硅含量99.9％以上；纤维张力10N～15N，螺旋缠绕的缠绕角为45°～60°。
7.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤3)中，预固化制度为30℃～40℃/4～5h→80℃～100℃/3～4h，预固化过程中鼓风。
8.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤4)中，终固化制度为80℃～100℃/2～3h→120℃～140℃/2～3h，然后随炉降温，固化过程中鼓风。
9.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤4)中，固定环采用4J36低膨胀因瓦合金钢材料。
10.根据权利要求1所述连接环成型粘接方法，其特征在于：所述步骤4)中，左压环与左陶瓷罩体接触面部位垫一层0.5～1mm硅橡胶垫，同理，右压环与右陶瓷罩体接触面部位垫一层0.5～1mm硅橡胶垫。
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