CN114434743B - 一种一体化复合材料喷管的制备模具及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化复合材料喷管的制备模具，包括：芯模首段膨胀层制备模具和与其可拆卸连接的芯模尾段膨胀层膨制备模具，其中，所述芯模尾段膨胀层制备模具沿轴向为贯通结构，并包括至少三个依次可拆卸连接的：芯模尾段上锥膨胀层制备模具、芯模尾段中锥膨胀层制备模具以及芯模尾段下锥膨胀层制备模具，由所述芯模尾段上锥膨胀层制备模具到所述芯模尾段下锥膨胀层制备模具直径逐渐增大。本发明还提供一种一体化复合材料喷管的制备方法，对膨胀层进行粗化处理，防止布袋在缠绕及固化过程中出现滑移，同时在产品固化过程中，膨胀层受热膨胀，实现对产品内型面整体加压，增加产品致密程度，并提高一体化复合材料喷管的抗烧蚀性能。

Description

一种一体化复合材料喷管的制备模具及制备方法

技术领域

本发明涉及一种一体化复合材料喷管的制备模具及制备方法，属于固体火箭发动机领域。

背景技术

近年来，随着太空活动的需求日益增长，我国运载火箭发射需求量逐渐增大，已无法满足现有的发射任务需求。一体化复合材料喷管作为低成本运载火箭的主要动力转换装置，已经得到行业内广泛应用及高度的重视。一体化复合材料喷管可显著提升发动机的性能和质量比，能够充分提升有效载荷。一体化复合材料喷管成型过程复杂，传统制备方法存在缺陷如下：

(1)采用直接在金属模具上缠绕成型，因布带与金属模具间摩擦系数较小，缠绕过程易出现布带滑移。同时，在产品固化升温过程中树脂变软，布带会在外界固化压力作用下产生进步一向模具小径端滑移，导致一体化复合材料喷管成型后内型面聚胶线严重，影响产品性能。

(2)传统复合材料喷管固化过程中，金属模具无法实现对产品内型面加压，因复合材料喷管外型面直接与高温环境接触会首先固化形成硬壳，导致固化压力无法继续传递至产品内部，使制品内部出现较多气孔等缺陷，严重影响产品质量。

(3)根据一体化复合材料喷管工艺特点，产品不同功能层成型过程需进行分次固化。因复合材料喷管热胀系数远小于金属模具，制品在高温固化时金属模具处于体积膨胀状态，固化结束后降温过程金属模具收缩较大，与产品内型面间会产生间隙。当喷管进行二次固化时，外界固化压力作用下因产品内型面无模具支撑作用，极易导致已经固化的功能层出现损伤或裂纹。

针对以上问题，迫切需要一种能够克服上述缺陷一体化复合材料喷管制备模具。

发明内容

本发明设计开发了一种一体化复合材料喷管的制备模具，该模具具有膨胀层，膨胀层在产品固化过程中会受热膨胀，实现对一体化喷管制品的内型面加压，增加产品致密程度；当一体化复合材料喷管进行二次固化时，因膨胀层受热膨胀，产品内型面会始终处于受压状态，且与模具型面无任何间隙产生，避免了外界压力对已固化的功能层造成损伤。

本发明还设计开发了一种一体化复合材料喷管的制备方法，膨胀层在产品固化过程中会受热膨胀，实现对一体化喷管制品的内型面加压，增加产品致密程度；粗化处理后的膨胀层与布带间具有较大摩擦力，可有效避免缠绕布带发生滑移，从而显著减少喷管内型面聚胶线的产生，提升一体化喷管制品的抗烧蚀性能。

本发明提供的技术方案为：

一种一体化复合材料喷管的制备模具，包括：

芯模首段膨胀层制备模具和与其可拆卸连接的芯模尾段膨胀层制备模具，

所述芯模首段膨胀层制备模具包括：

芯模首段，其两端具有开口，内部具有容纳腔；

芯模首段外模，其匹配设置在所述芯模首段的外部；

芯模首段法兰，其固定设置在所述芯模首段和所述芯模首段外模的一端；

首段容纳空间，其设置在所述芯模首段和所述芯模首段外模之间；首段膨胀层注入孔，开设在所述芯模首段外模的另一端，并与所述首段容纳空间相连通；

首段膨胀层出气孔，其设置在所述芯模上法兰上，并与所述首段容纳空间相连通；

其中，所述首段容纳空间中充满双组份液体硅橡胶，形成膨胀层；

所述芯模尾段膨胀层制备模具包括：

芯模尾段，其与所述芯模首段可拆卸连接；

芯模尾段外模，其匹配设置在所述芯模尾段的外部，并与所述芯模尾段之间形成尾段间隙；

芯模尾段法兰，其固定设置在所述芯模尾段和所述芯模尾段外模的一端；

尾段容纳空间，其设置在所述芯模尾段和所述芯模尾段外模之间；尾段膨胀层注入孔，其开设在所述芯模尾段外模的另一端，并与所述尾段容纳空间相连通；

尾段膨胀层出气孔，其设置在所述芯模尾段法兰上，并与所述尾段容纳空间相连通；

其中，所述尾段容纳空间中充满双组份液体硅橡胶，形成膨胀层；

其中，所述芯模尾段膨胀层制备模具沿轴向为贯通结构，并包括至少三个依次可拆卸连接的：芯模尾段上锥膨胀层制备模具、芯模尾段中锥膨胀层制备模具以及芯模尾段下锥膨胀层制备模具，由所述芯模尾段上锥膨胀层制备模具到所述芯模尾段下锥膨胀层制备模具直径逐渐增大。

优选的是，所述芯模尾段上锥膨胀层制备模具包括：

芯模尾段上锥；

芯模尾段上锥外模，其匹配设置在所述芯模尾段上锥的外部，并与所述芯模尾段上锥之间形成上锥间隙；

上锥膨胀层注入孔，其沿径向开设在所述芯模尾段上锥外模的一端，并与所述上锥间隙相连通；

芯模尾段上锥法兰，其固定设置在所述芯模尾段上锥和所述芯模尾段上锥外模的另一端；

芯模尾段上锥出气孔，其沿轴向设置在所述芯模尾段上锥法兰上，并与所述上锥间隙相连通。

优选的是，所述芯模尾段中锥膨胀层制备模具包括：

芯模尾段中锥；

芯模尾段中锥外模，其匹配设置在所述芯模尾段中锥的外部，并与所述芯模尾段中锥之间形成中锥间隙；

中锥膨胀层注入孔，其沿径向开设在所述芯模尾段中锥外模的一端，并与所述中锥间隙相连通；

芯模尾段中锥法兰，其固定设置在所述芯模尾段中锥和所述芯模尾段中锥外模的另一端；

芯模尾段中锥出气孔，其沿轴向设置在所述芯模尾段中锥法兰上，并与所述中锥间隙相连通。

优选的是，所述芯模尾段下锥膨胀层制备模具包括：

芯模尾段下锥；

芯模尾段下锥外模，其匹配设置在所述芯模尾段下锥外模的外部，并与所述芯模尾段下锥之间形成下锥间隙；

下锥膨胀层注入孔，其沿径向开设在所述芯模尾段下锥外模的一端，并与所述下锥间隙相连通；

芯模尾段下锥法兰，其固定设置在所述芯模尾段下锥和所述芯模尾段下锥外模的另一端；

芯模尾段下锥出气孔，其沿轴向设置在所述芯模尾段下锥法兰上，并与所述下锥间隙相连通。

优选的是，还包括：

首段缠绕轴，其一端与所述芯模首段膨胀层模具可拆卸连接；

首段缠绕轴，其一端与所述芯模尾段膨胀层模具可拆卸连接。

优选的是，所述芯模首段、所述芯模尾段上锥、所述芯模尾段中锥、所述芯模尾段下锥为止口相互配合装配止口配合间隙为0.03mm～0.05mm，芯模壁厚为22mm～28mm；

所述芯模首段、所述芯模尾段上锥、所述芯模尾段中锥、所述芯模尾段下锥的内部沿径向设置有加强筋。

一种一体化复合材料喷管的制备方法，使用所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，还包括：

步骤一、装配芯模首段制备模具和芯模尾段制备模具，进行膨胀层制备；

步骤二、将膨胀层在常温下固化后，进行芯模外模脱模，将膨胀层与芯模整体放入炉内进行升温，对膨胀层进行硫化；

步骤三、对膨胀层的外型面进行喷砂粗化处理后，将带有膨胀层的芯模尾段制备模具在常温下装配后进行低温处理，将常温的C/C喉衬套入低温处理的芯模尾段制备模具后，将低温处理的芯模首段制备模具与芯模尾段制备模具在常温下进行装配；

步骤四、对装配后的模具进行真空封装，检验后装配首段缠绕轴和尾段缠绕轴，在膨胀层外型面进行一体化复合材料喷管内烧蚀层、内隔热层缠绕，成型，得到成品一体化复合材料喷管。

优选的是，所述步骤一中，膨胀层制备包括：

配制膨胀层胶液，采用R-10301双组份液体硅橡胶，A组分：B组分为10:1；

分别装配芯模首段制备模具、装配芯模尾段上锥制备模具、装配芯模尾段中锥制备模具以及芯模尾段下锥制备模具；

其中，分别在上述各装配模具的芯模外型面上进行喷砂处理并涂抹脱模剂；

分别向各装配模具的膨胀层注入孔连接膨胀层胶液导入管路；

将各膨胀层出气孔连接真空管路至真空环境；

对模腔进行气密检验，至模腔无漏气；

将导入管路内吸入配置好的膨胀层胶液注入模腔，待膨胀层出清连续流出无气泡的膨胀层胶液后停止注入，封闭注入孔和出气孔。

优选的是，

所述步骤二中，膨胀层在常温固化72h后进行硫化，硫化温度为：

第一阶段：在90℃条件下进行1h；

第二阶段：在180℃条件下进行1h；

所述步骤三中，所述喷砂粗化处理过程中，喷砂规格为46～60目；

所述低温处理的温度为10～15℃。

本发明所述的有益效果：

1、粗化处理后的膨胀层外型面与布带间具有较大摩擦力，可防止布带在缠绕及固化过程中出现滑移，有效减少了一体化复合材料喷管内型面聚胶线的产生，显著提升一体化复合材料喷管抗烧蚀性能；

2、在一体化复合材料喷管固化过程中，膨胀层会进一步受热膨胀，实现对产品内型面整体加压，增加产品致密程度。当一体化复合材料喷管外型面直接与高温环境接触首先升温固化形成硬壳，避免了外界固化压力无法继续传递至产品内部导致制品内部出现较多气孔等缺陷问题；

3、当一体化复合材料喷管进行二次固化时，因膨胀层受热膨胀，产品内型面会始终处于受压状态，且与模具型面无任何间隙产生，避免了外界压力对已固化的功能层造成损伤。

附图说明

图1为本发明所述的芯模首段膨胀层制备模具的结构示意图。

图2为本发明所述的芯模尾段上锥膨胀层制备模具的结构示意图。

图3为本发明所述的芯模尾段中锥膨胀层制备模具的结构示意图。

图4为本发明所述的芯模尾段下锥膨胀层制备模具的结构示意图。

图5为本发明所述的用于一体化复合材料喷管制备模具的结构示意图。

图6为本发明所述的用于一体化复合材料喷管制备的产品结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-6所示，本发明提供一种一体化复合材料喷管的制备模具，包括：芯模首段1、芯模首段外模2、芯模首段上法兰3、第一橡胶密封圈4、首段膨胀层注入孔5、首段膨胀层制备出气孔6、芯模尾段上锥7、芯模尾段上锥外模8、芯模尾段上锥法兰9、第二橡胶密封圈10、上锥膨胀层制备注入孔11、上锥膨胀层制备出气孔12、芯模尾段中锥13、芯模尾段中锥外模14、芯模尾段中锥法兰15、第三橡胶密封圈16、中锥膨胀层注入孔17、中锥膨胀层制备出气孔18、芯模尾段下锥19、芯模尾段下锥外模20、芯模尾段下锥上法兰21、第四橡胶密封圈22、下锥膨胀层制备注入孔23、下锥膨胀层制备出气孔24、芯模尾段上锥膨胀层26、芯模尾段中锥膨胀层27、芯模尾段下锥膨胀层28、首段缠绕轴29、尾段缠绕轴30、橡胶密封圈31、C/C喉衬32、内烧蚀层33、内隔热层34、结构层35、外隔热层36、外烧蚀层37。

一体化复合材料喷管的制备模具包括：芯模首段膨胀层制备模具和与其可拆卸连接的芯模尾段膨胀层制备模具，芯模首段膨胀层制备模具包括：芯模首段1、芯模首段外模2、芯模首段上法兰3、橡胶密封圈4、首段膨胀层注入孔5、首段膨胀层制备出气孔6，芯模首段1的一端为圆台形结构并逐渐向圆柱形结构延伸过渡，使得芯模首段1的另一端为圆柱形结构，芯模首段1的两端具有开口，内部具有容纳腔，芯模首段外模2匹配设置在芯模首段的外部，并与芯模首段1之间形成首段容纳空间，首段容纳空间中充满双组份液体硅橡胶，形成膨胀层；在芯模首段1的顶部、芯模首段外模2的顶部和底部均开设有密封槽，并在密封槽内设置有第一橡胶密封圈4，用于对分段模具中间的密封。在芯模首段1和芯模首段外模2的一端，位于它们的顶部，固定设置有芯模首段法兰3，在芯模首段外模2的另一端，沿径向开设有首段膨胀层注入孔5，在芯模首段上法兰上，沿轴向设置有首段膨胀层制备出气孔6，首段膨胀层注入孔5和首段膨胀层制备出气孔6分别与首段容纳空间相连通。

芯模尾段膨胀层制备模具包括：芯模尾段、芯模尾段外模、芯模尾段法兰、尾段膨胀层注入孔、尾段膨胀层出气孔，芯模尾段外模设置在芯模尾段外部，并与所述芯模尾段之间形成尾段容纳空间；芯模尾段法兰设置在芯模尾段外模的一端，尾段膨胀层注入孔开设在芯模尾段外模的另一端，并与尾段容纳空间相连通；尾段膨胀层出气孔设置在芯模尾段法兰上，并与尾段容纳空间相连通；首段容纳空间中充满双组份液体硅橡胶，形成膨胀层。

其中，芯模尾段膨胀层制备模具包括依次可拆卸连接并逐渐变径的：芯模尾段上锥膨胀层制备模具、芯模尾段中锥膨胀层制备模具，芯模尾段下锥膨胀层制备模具；芯模尾段上锥膨胀层制备模具、芯模尾段中锥膨胀层制备模具和芯模尾段下锥膨胀层制备模具分别用于芯模尾段上锥膨胀层、芯模尾段中锥膨胀层和芯模尾段下锥膨胀层的制备。

芯模尾段上锥膨胀层模具包括：芯模尾段上锥7、芯模尾段上锥外模8、芯模尾段上锥法兰9、第二橡胶密封圈10、上锥膨胀层制备注入孔11、上锥膨胀层制备出气孔12，芯模尾段上锥7为圆台形结构，两端具有开口，内部沿径向设置有加强筋，芯模尾段上锥外模8匹配设置在芯模尾段上锥7的外部，并与芯模尾段上锥7之间形成上锥容纳空间，在芯模尾段上锥7的顶部和芯模尾段上锥外模8的顶部和底部，开设有密封槽，密封槽内设置有第二橡胶密封圈10，用于对分段模具件的密封；在芯模首段上锥7和芯模尾段上锥外模8的顶部，位于他们的一端，固定设置有芯模首段上锥法兰9，在芯模尾段上锥外模8的另一端，沿径向开设有上锥膨胀层注入孔11，在芯模尾段上锥法兰9上，沿轴向设置有上锥膨胀层制备出气孔12，上锥膨胀层注入孔11和上锥膨胀层制备出气孔12分别与上锥容纳空间相连通。

芯模尾段中锥膨胀层制备模具包括：芯模尾段中锥13、芯模尾段中锥外模14、芯模尾段中锥法兰15、第三橡胶密封圈16、中锥膨胀层注入孔17、中锥膨胀层制备出气孔18，芯模尾段中锥13为圆台形结构，两端具有开口，内部沿径向设置有加强筋，芯模尾段中锥外模14匹配设置在芯模尾段中锥13的外部，并与芯模尾段中锥13之间形成中锥容纳空间，在芯模尾段中锥13的顶部和芯模尾段中锥外模14的顶部和底部，开设有密封槽，密封槽内设置有第三橡胶密封圈16，用于对分段模具件的密封；在芯模尾段中锥13和芯模尾段中锥外模14的顶部，位于它们的一端，固定设置有芯模首段中锥法兰15，在芯模尾段中锥外模的另一端，沿径向开设有中锥膨胀层注入孔17，在芯模尾段中锥法兰15上，沿轴向设置有中锥膨胀层制备出气孔18，中锥膨胀层注入孔和中锥膨胀层制备出气孔18分别与中锥容纳空间相连通。

芯模尾段下锥膨胀层制备模具包括：芯模尾段下锥19、芯模尾段下锥外模20、芯模尾段下锥上法兰21、第四橡胶密封圈22、下锥膨胀层制备注入孔23、下锥膨胀层制备出气孔24、芯模尾段下锥19为圆台形结构，两端具有开口，内部沿径向设置有加强筋，芯模尾段下锥外模20匹配设置在芯模尾段下锥19的外部，并与芯模尾段下锥19之间形成下锥容纳空间，在芯模尾段下锥19的顶部和芯模尾段下锥外模20的顶部和底部，开设有密封槽，密封槽内设置有第四橡胶密封圈11，用于对分段模具件的密封；在芯模尾段下锥19和芯模尾段下锥外模20的顶部，位于它们的一端，固定设置有芯模首段下锥法兰21，在芯模尾段下锥外模的另一端，沿径向开设有下锥膨胀层注入孔23，在芯模尾段下锥上法兰21上，沿轴向设置有下锥膨胀层制备出气孔24，下锥膨胀层注入孔和下锥膨胀层制备出气孔24分别与下锥容纳空间相连通。

芯模尾段下锥尾部加工有宽度80mm～150mm柱面结构，该结构可提高一体化复合材料喷管出口内径尺寸精度，产品成型时布带缠绕至柱面结构外型面，当产品固化脱模后，可根据产品内型面柱面与弧面交界部位确定一体化复合材料喷管出口底端面加工基准。

在本发明中，作为一种优选，第一橡胶密封圈4、第二橡胶密封圈10、第三橡胶密封圈16、第四橡胶密封圈22均为耐高温橡胶密封圈，用于对分段模具间的密封；

在本发明中，作为一种优选，第一橡胶密封圈4、第二橡胶密封圈10、第三橡胶密封圈16、第四橡胶密封圈22的直径为

在本发明中，作为一种优选，首段膨胀层注入孔5、上锥膨胀层制备注入孔11、中锥膨胀层注入孔17、下锥膨胀层制备注入孔23均为RTM注入孔；首段膨胀层制备出气孔6上、锥膨胀层制备出气孔12、中锥膨胀层制备出气孔1下锥膨胀层制备出气孔24均为RTM注入孔。

芯模首段1、芯模尾段上锥7、芯模尾段中锥13、芯模尾段下锥19之间为止口相互配合装配，止口配合间隙为0.03mm～0.05mm，采用螺栓紧固。芯模壁厚为22mm～28mm，保证固化过程热量的传递。各芯模内部沿径向加工有加强筋，保证模具的整体刚度。上述各芯模可通用于对应四分段膨胀层的制备，且芯模的止口可与芯模对应外模直接装配，芯模与芯模外模间装有耐高温橡胶密封圈，采用法兰螺栓紧固。

各芯模的内部轴向为贯通结构形式，该结构形式可保证一体化复合材料喷管在高温固化过程中芯模内型面快速实现热对流及热交换，确保产品固化过程中各部位温度场均匀。

本发明还提供一种一体化复合材料喷管的制备方法，使用上述的一体化复合材料喷管的制备装置，包括：

步骤一、装配膨胀层制备模具，进行膨胀层制备，包括：

分别装配芯模首段膨胀层制备模具、装配芯模尾段上锥膨胀层制备模具、装配芯模尾段中锥膨胀层制备模具以及芯模尾段下锥制备模具；

其中，分别在芯模首段1、芯模尾段上锥7、芯模尾段中锥13、芯模尾段下锥19的外型面上进行喷砂处理，在芯模首段外模2、芯模尾段上锥外模8、芯模尾段中锥外模14、芯模尾段下锥外模20的内型面上涂抹脱模剂；

分别将各装配模具的膨胀层注入孔连接膨胀层胶液导入管路；

将各膨胀层出气孔连接真空管路至真空环境；

对各个模腔进行气密检验，至模腔无漏气；

配制膨胀层胶液，在本发明中，作为一种优选，采用R-10301双组份液体硅橡胶，A组分：B组分为10:1；

在导入管路内吸入配置好的膨胀层胶液注入模腔，待膨胀层出清连续流出无气泡的膨胀层胶液后停止注入，封闭注入孔和出气孔；

步骤二、将膨胀层在常温下固化后，进行芯模外模脱模，将膨胀层与芯模整体放入炉内进行升温，对膨胀层进行硫化；

其中，膨胀层在常温固化72h后进行芯模外模脱模，此时膨胀层内型面牢固的与芯模喷砂粗化处理的型面固化结合，不进行分离，硫化温度为：

第一阶段：在90℃条件下进行1h；

第二阶段：在180℃条件下进行1h；

步骤三、对膨胀层的外型面进行喷砂粗化处理后，将芯模首段、芯模尾段上锥、芯模尾段中锥和芯模尾段下锥装配在一起，进行C/C喉衬预埋装配；

所述喷砂粗化处理过程中，喷砂规格为46～60目；

所述C/C喉衬在低于室温10～15℃的环境下进行预埋装配；

步骤四、对装配后的模具进行真空封装，检验后装配首段缠绕轴和尾段缠绕轴，在膨胀层外型面进行一体化复合材料喷管内烧蚀层内隔热层缠绕成型，得到成品一体化复合材料喷管。

实施例

本实施例中，一体化复合材料喷管制备模具的缠绕芯模轴向长度为1450mm，重量为1058kg，膨胀层厚度为4mm。本实施例制备的一体化复合材料喷管入口内径为

出口内径为

该一体化复合材料喷管采用包含如下步骤的方法制备得到：

S1、对芯模首段1；芯模尾段上锥7；芯模尾段中锥13；芯模尾段下锥19的外型面进行喷砂处理，喷砂规格为20目；

S2、装配芯模首段膨胀层制备模具，包括：芯模首段1、芯模首段外模2、芯模首段上法兰3和橡胶密封圈4。在芯模首段外模下部有膨胀层制备注入孔5，在芯模首段上法兰上端面有膨胀层制备出气孔6；

S3、装配芯模尾段上锥膨胀层制备模具，包括：芯模尾段上锥7、芯模尾段上锥外模8、芯模尾段上锥上法兰9和橡胶密封圈10。在芯模尾段上锥外模下部有膨胀层制备注入孔11，在芯模尾段上锥上法兰上端面有膨胀层制备出气孔12；

S4、装配芯模尾段中锥膨胀层制备模具，包括：芯模尾段中锥13、芯模尾段中锥外模14、芯模尾段中锥上法兰15和橡胶密封圈16；在芯模尾段中锥外模下部有膨胀层制备注入孔17，在芯模尾段中锥上法兰上端面有膨胀层制备出气孔18；

S5、装配芯模尾段下锥膨胀层制备模具，包括：芯模尾段下锥19、芯模尾段下锥外模20、芯模尾段下锥上法兰21和橡胶密封圈22；在芯模尾段下锥外模下部有膨胀层制备注入孔23，在芯模尾段下锥上法兰上端面有膨胀层制备出气孔24；

S6、配制用于真空注入的膨胀层胶液采用R-10301双组份液体硅橡胶，A组分：B组分为10:1；

S7、分别进行芯模首段膨胀层25、芯模尾段上锥膨胀层26、芯模尾段中锥膨胀层27和芯模尾段下锥膨胀层28制备，膨胀层厚度为4mm；

制备方法为：

(1)在注入孔连接膨胀层胶液导入管路；

(2)在出气孔连接真空管路至真空环境；

(3)对模腔进行气密检验，要求模腔无漏气；

(4)在导入管路内吸入配制好的膨胀层胶液注入模模腔，待出气孔连续流出膨胀层胶液后停止注入，封闭注入孔和出气孔；

(5)膨胀层常温固化72h，拆下外模；

(6)膨胀层与芯模整体放入炉内进行升温，达到对膨胀层硫化的目的。硫化制度为90℃/1h～180℃/1h。

S8、对膨胀层外型面采用压缩空气进行外型面喷砂粗化处理，喷砂规格为60目；

S9、在膨胀层外型面均匀涂抹两遍脱模剂；

优选地，步骤S10中脱模剂规格为41-90EZ；

S10、将带有膨胀层的芯模尾段上锥7、芯模尾段中锥13和芯模尾段下锥19在常温下进行装配，在各模具密封槽内分别放置橡胶垫圈，避免模具配合面漏气，装配完成后进行低温处理，温度为10～15℃，将常温的C/C喉衬套入低温处理的芯模尾段制备模具后，将低温处理的芯模首段1与芯模尾段制备模具在常温下进行装配；

其中，要求C/C喉衬装配后内型面与膨胀层件无间隙，且膨胀层处于受压状态；

S11、模具装配后进行型面真空封装，对模具装配间隙进行气密检验，要求模具装配面无漏气；

S12、装配首段缠绕轴29和尾段缠绕轴30，缠绕轴与缠绕芯模采用螺栓连接与销钉定位方式装配；

S13、一体化复合材料喷管缠绕成型模具装配完成后，在膨胀层外型面进行一体化复合材料喷管内烧蚀层内隔热层缠绕成型。内烧蚀层采用碳布/钡酚醛布带缠绕成型，内隔热层采用高硅氧/钡酚醛布带缠绕成型，缠绕完毕后采用真空封装热压罐固化，固化压力为5Mpa，固化温度为：

第一阶段：在100℃条件下固化2h；

第二阶段：在120℃条件下固化2h；

第三阶段：在160℃条件下固化3h；

S15、一体化复合材料喷管内烧蚀内隔热层固化完成后，进行碳纤维结构层T700/环氧树脂预浸料铺放成型；铺放完毕后采用真空封装热压罐固化，固化压力为5Mpa，固化温度为：

第一阶段：在120℃条件下固化2h；

第二阶段：在150℃条件下固化3h；

S16、一体化复合材料喷管碳纤维结构层固化完成后，进行外隔热层外烧蚀层缠绕成型。外烧蚀层采用碳布/钡酚醛布带缠绕成型，外隔热层采用高硅氧/钡酚醛布带缠绕成型，缠绕完毕后采用真空封装热压罐固化。固化压力为5Mpa，固化温度为：

第一阶段：在100℃条件下固化2h；

第二阶段：在120℃条件下固化2h；

第三阶段：在160℃条件下固化3h；

S17、一体化复合材料喷管成型完毕后，进行产品脱模，脱模顺序为：(1)拆卸首段缠绕轴29；(2)拆卸尾段缠绕轴30；(3)拆卸芯模尾段下锥19；(4)拆卸芯模尾段中锥13；(5)拆卸芯模尾段上锥7；(6)拆卸芯模首段1。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，包括：芯模首段膨胀层制备模具和与其可拆卸连接的芯模尾段膨胀层制备模具，

所述芯模首段膨胀层制备模具包括：

芯模首段，其两端具有开口，内部具有容纳腔；

芯模首段外模，其匹配设置在所述芯模首段的外部；

芯模首段法兰，其固定设置在所述芯模首段和所述芯模首段外模的一端；

首段容纳空间，其设置在所述芯模首段和所述芯模首段外模之间；

首段膨胀层注入孔，开设在所述芯模首段外模的另一端，并与所述首段容纳空间相连通；

首段膨胀层出气孔，其设置在所述芯模上法兰上，并与所述首段容纳空间相连通；

其中，所述首段容纳空间中充满双组份液体硅橡胶，形成膨胀层；

所述芯模尾段膨胀层制备模具包括：

芯模尾段，其与所述芯模首段可拆卸连接；

芯模尾段外模，其匹配设置在所述芯模尾段的外部，并与所述芯模尾段之间形成尾段间隙；

芯模尾段法兰，其固定设置在所述芯模尾段和所述芯模尾段外模的一端；

尾段容纳空间，其设置在所述芯模尾段和所述芯模尾段外模之间；

尾段膨胀层注入孔，其开设在所述芯模尾段外模的另一端，并与所述尾段容纳空间相连通；

尾段膨胀层出气孔，其设置在所述芯模尾段法兰上，并与所述尾段容纳空间相连通；

其中，所述尾段容纳空间中充满双组份液体硅橡胶，形成膨胀层；

其中，所述芯模尾段膨胀层制备模具沿轴向为贯通结构，并包括至少三个依次可拆卸连接的：芯模尾段上锥膨胀层制备模具、芯模尾段中锥膨胀层制备模具以及芯模尾段下锥膨胀层制备模具，由所述芯模尾段上锥膨胀层制备模具到所述芯模尾段下锥膨胀层制备模具直径逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，所述芯模尾段上锥膨胀层制备模具包括：

芯模尾段上锥；

芯模尾段上锥外模，其匹配设置在所述芯模尾段上锥的外部，并与所述芯模尾段上锥之间形成上锥间隙；

上锥膨胀层注入孔，其沿径向开设在所述芯模尾段上锥外模的一端，并与所述上锥间隙相连通；

芯模尾段上锥法兰，其固定设置在所述芯模尾段上锥和所述芯模尾段上锥外模的另一端；

芯模尾段上锥出气孔，其沿轴向设置在所述芯模尾段上锥法兰上，并与所述上锥间隙相连通。

3.根据权利要求2所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，所述芯模尾段中锥膨胀层制备模具包括：

芯模尾段中锥；

芯模尾段中锥外模，其匹配设置在所述芯模尾段中锥的外部，并与所述芯模尾段中锥之间形成中锥间隙；

中锥膨胀层注入孔，其沿径向开设在所述芯模尾段中锥外模的一端，并与所述中锥间隙相连通；

芯模尾段中锥法兰，其固定设置在所述芯模尾段中锥和所述芯模尾段中锥外模的另一端；

芯模尾段中锥出气孔，其沿轴向设置在所述芯模尾段中锥法兰上，并与所述中锥间隙相连通。

4.根据权利要求3所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，所述芯模尾段下锥膨胀层制备模具包括：

芯模尾段下锥；

芯模尾段下锥外模，其匹配设置在所述芯模尾段下锥外模的外部，并与所述芯模尾段下锥之间形成下锥间隙；

下锥膨胀层注入孔，其沿径向开设在所述芯模尾段下锥外模的一端，并与所述下锥间隙相连通；

芯模尾段下锥法兰，其固定设置在所述芯模尾段下锥和所述芯模尾段下锥外模的另一端；

芯模尾段下锥出气孔，其沿轴向设置在所述芯模尾段下锥法兰上，并与所述下锥间隙相连通。

5.根据权利要求4所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，还包括：

首段缠绕轴，其一端与所述芯模首段膨胀层模具可拆卸连接；

首段缠绕轴，其一端与所述芯模尾段膨胀层模具可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，所述芯模首段、所述芯模尾段上锥、所述芯模尾段中锥、所述芯模尾段下锥为止口相互配合装配止口配合间隙为0.03mm～0.05mm，芯模壁厚为22mm～28mm；

所述芯模首段、所述芯模尾段上锥、所述芯模尾段中锥、所述芯模尾段下锥的内部沿径向设置有加强筋。

7.一种一体化复合材料喷管的制备方法，使用权利要求1-6中任意一项所述的一体化复合材料喷管的制备模具，其特征在于，还包括：

步骤一、装配芯模首段制备模具和芯模尾段制备模具，进行膨胀层制备；

步骤二、将膨胀层在常温下固化后，进行芯模外模脱模，将膨胀层与芯模整体放入炉内进行升温，对膨胀层进行硫化；

步骤三、对膨胀层的外型面进行喷砂粗化处理后，将带有膨胀层的芯模尾段制备模具在常温下装配后进行低温处理，将常温的C/C喉衬套入低温处理的芯模尾段制备模具后，将低温处理的芯模首段制备模具与芯模尾段制备模具在常温下进行装配；

步骤四、对装配后的模具进行真空封装，检验后装配首段缠绕轴和尾段缠绕轴，在膨胀层外型面进行一体化复合材料喷管内烧蚀层、内隔热层缠绕，成型，得到成品一体化复合材料喷管。

8.根据权利要求7所述的一体化复合材料喷管的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，膨胀层制备包括：

配制膨胀层胶液，采用R-10301双组份液体硅橡胶，A组分：B组分为10:1；

分别装配芯模首段制备模具、装配芯模尾段上锥制备模具、装配芯模尾段中锥制备模具以及芯模尾段下锥制备模具；

其中，分别在上述各装配模具的芯模外型面上进行喷砂处理并涂抹脱模剂；

分别向各装配模具的膨胀层注入孔连接膨胀层胶液导入管路；

将各膨胀层出气孔连接真空管路至真空环境；

对模腔进行气密检验，至模腔无漏气；

将导入管路内吸入配置好的膨胀层胶液注入模腔，待膨胀层出清连续流出无气泡的膨胀层胶液后停止注入，封闭注入孔和出气孔。

9.根据权利要求8所述的一体化复合材料喷管的制备方法，其特征在于，

所述步骤二中，膨胀层在常温固化72h后进行硫化，硫化温度为：

第一阶段：在90℃条件下进行1h；

第二阶段：在180℃条件下进行1h；

所述步骤三中，所述喷砂粗化处理过程中，喷砂规格为46～60目；

所述低温处理的温度为10～15℃。

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