CN114887839A - 一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，包括旋转托架，旋转托架上设有用于复合材料舱旋转的托舱旋转机构;还包括可以插入复合材料舱内的移动杆，移动杆一端横向延伸与横向移动机构连接，横向移动机构固定于纵向移动机构上，纵向移动机构底部固定于底座上；远离横向移动机构的移动杆一端依次安装有烘干机构和挤出模头，挤出模头通过导流管与进料机构连通；还包括一种用于复合材料舱硅橡胶防护层的制备方法，通过可联动的制备装置的结构设计及硅橡胶防护层制备方法，以解决对高粘流态硅橡胶涂层不均匀、刚性较大的复合材料表面涂层不方便等问题。

Description

一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法。

背景技术

复合材料舱段内壁为满足多种工况，需要在内壁增加内衬层，材质和厚度根据产品使用环境及具体工况而定，如复合材料火箭发动机橡胶内衬，起到绝热功能，特殊用途的管路使用四氟乙烯内衬层等。复合材料刚性较大，在受载过程能够维持形态，但复合材料没有塑性吸能功能，不会产生塑性变形吸收能量，因此需要使用功能层提升复合材料舱段阻尼、抗震的能力。硅橡胶因具有良好的耐老化性能、耐腐蚀性能，合适的弹性和硬度，因此实现长期稳定的缓冲减震功能，并且硅橡胶层相对于其他种类橡胶固化过程更加可控。

目前常用的方式为人工涂刷，对于尺寸较小的舱段，人工操作较为容易实现，在成型过程中，将硅橡胶按照比例进行调配，混合均匀后倒入复合材料舱段内，使用毛刷或刮板将硅橡胶粘流体在复合材料舱段内表面分散均匀，可以借助工装辅助转动进行固化，全程需要人工干预，人为因素影响较大，需要有经长期工程验证经历，主要缺点是因为操作窗口期较短、厚度均匀性难以控制、生产效率低。针对高粘流态硅橡胶，其粘度在10000-20000mpa.s，作为复合材料舱段橡胶内衬层的较好的材料，急需一种良好的设计成型工艺的设备及流程。将硅橡胶复合于复合材料舱段，提高复合材料阻尼降噪、耐冲击震动，能够在民用航空、深海探测、国防领域具有广泛的应用范围和意义。

因此，针对所述问题本发明急需提供一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法，通过可联动的制备装置的结构设计及硅橡胶防护层制备方法，以解决对高粘流态硅橡胶涂层不均匀、刚性较大的复合材料表面涂层不方便等问题。

本发明提供了一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，

包括旋转托架，旋转托架上设有用于复合材料舱旋转的托舱旋转机构;

还包括可以插入复合材料舱内的移动杆，移动杆一端横向延伸与横向移动机构连接，横向移动机构固定于纵向移动机构上，纵向移动机构底部固定于底座上；

远离横向移动机构的移动杆一端依次安装有烘干机构和挤出模头，挤出模头通过导流管与进料机构连通。

优选地，还包括控制器、操控模块和安装于移动杆端部的距离传感器；

操控模块、距离传感器均与控制器电连接，横向移动机构、纵向移动机构、烘干机构、托舱旋转机构均与控制器电连接。

优选地，挤出模头包括本体，本体内设有内腔，本体上还设有与内腔连通的出胶孔和进料端口，出胶孔朝向旋转托架，进料端口通过导流管与进料机构连通；内腔穿装有挤出螺杆，挤出螺杆一端穿出本体与第一电机连接，第一电机与控制器电连接；本体的底部沿长度间隔布设有多个出胶孔。

优选地，纵向移动机构包括液压缸，液压缸的伸缩杆与横向移动机构固接，液压缸与控制器电连接。

横向移动机构包括底板，底板上设有螺杆，螺杆的一端通过轴承与第一定位板连接，另一端穿过第二定位板与第二电机连接，第二电机与控制器电连接，第一定位板和第二定位板均固定于底板上，还包括分设螺杆两侧的定位杆，各定位杆两端分别与对应的第一定位板和第二定位连接，螺杆和定位杆上穿装有移动块；移动杆与移动块固接；底板与液压缸的伸缩杆顶部连接。

优选地，托舱旋转机构包括穿装于旋转托架上的间隔设置的主动杆和从动杆，主动杆和从动杆上分别穿装有多个间隔设置的主动轮和从动轮，主动杆一端穿过旋转托架与第三电机连接，第三电机与控制器电连接。

优选地，进料机构包括混料槽，混料槽内安装有混合螺杆，混料槽的一端与导流管连通，混料槽的另一端连通有泵胶设备，泵胶设备的另一端连通有原料桶；混合螺杆与第四电机连接，泵胶设备、第四电机均与控制器电连接。

优选地，混合螺杆为双螺杆混合结构或行星混合器中的任意一项，其中，双螺杆混合结构的相邻螺杆之间的间距空隙为5mm；泵胶设备为柱塞泵、动力泵和液压泵中的任意一项；烘干机构为电加热装置、紫外线加热装置和红外线加热装置中的任意一项。

优选地，挤出模头的长度为10cm，高度和宽度均为2-3cm；内腔为圆柱状内腔，内腔直径为1.5cm-2.5cm。

优选地，本体的底部沿长度间隔布设有多个出胶孔，出胶孔的直径为1-2mm，相邻出胶孔之间的间距为2mm，出胶孔的排列方式为n×m，n≥3，m≥3，n为列数，m为行数。

还包括一种基于上述的任意一项用于复合材料舱的硅橡胶防护层的制备方法，包括以下步骤：

a)将复合材料舱段放置于旋转托架放置于托舱旋转机构上，

b)移动杆一端与横向机构连接，另一端安装距离传感器和挤出模头后伸入至复合材料舱段内；

c)通过纵向移动机构调整横向移动机构位置，使得移动杆与复合材料舱段同心设置，

d)设定挤出模头的出胶孔的硅橡胶挤出速度，设定泵胶设备的流量，对复合材料舱段内壁进行喷涂,制备复合材料舱硅橡胶防护层。

本发明提供的一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法与现有技术相比具有以下进步：

1、本发明提供了一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，设置为挤出螺杆通过旋转进行输送高粘度硅橡胶，高粘流态的硅橡胶，通常为胶状或膏状，克服了高粘度硅橡胶传送难的问题，挤出模头上设有内腔，内腔的一侧均匀布设有出胶孔，硅橡胶通过均匀布设的出胶孔流出，涂抹在复合材料舱段内表面后，自然均匀的摊开，之后经由烘干机构烘干，并经由距离传感器测量厚度，实现制备装置自动化设计，形成一体化联动的用于复合材料舱硅橡胶防护层的制备方案，适用于多种不规则的复合材料舱段内表面硅橡胶防护层的制备成型。

2、本发明提供了一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法，克服了操作窗口期较短的困难，泵胶设备能够实现单胶液泵入，也可以实现至少两种胶液混合泵入，胶液混合泵入后需要在一定时间内执行涂刷操作，避免提前凝胶而无法使用，如双组份硅橡胶固化时间受温度因素影响较为明显，操作窗口期难以把握，本制备装置能够实现连续混胶、涂胶、烘干和厚度测量，硅橡胶防护层成型效率高，质量一致性高，提高了生产效率。

3、本发明提供了一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置及制备方法，通过出胶孔孔径大小、出胶孔密度分布、挤出螺杆的挤出速度进而控制出胶速度，用以控制硅橡胶层成型的厚度及均匀性，能够实现精确的控制厚度均匀性，克服了人工涂刷方式难以控制涂刷厚度均匀性、涂刷后存在刷痕、高低起伏等现象，实现用于复合材料舱硅橡胶防护层的厚度均匀平整，可广泛应用于玻璃钢、碳纤维增强复合材料等材质复合材料舱段，特别是对于复合材料舱段功能结构一体化。

4、通过对横向移动机构和纵向移动机构的设计，实现挤出模头的自动化自动，在通过托架旋转机构进行复合材料舱的旋转移动，通过操控模块的设定，实现设备各机构之间的联动运行，进而实现复合材料舱的硅橡胶防护层的自动化制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明中所述用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置图（剖视图）；

图2为本发明中所述挤出模头的示意图（剖视图）；

图3为本发明中所述混料槽的示意图（剖视图）；

图4为本发明中所述旋转托架的示意图；

图5为本发明中所述横向移动机构的示意图（俯视图）；

图6为本发明中所述用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置的电路连接关系图。

附图标记如下：

1、挤出模头，101、内腔，102、出胶孔，2、挤出螺杆，3、横向移动机构，301、移动杆，302、移动块，303、螺杆，304、定位杆，305、底板，307、第一定位板，308、第二定位板，4、纵向移动机构，401、液压缸，402、伸缩杆，5、烘干机构，6、控制器，7、导流管，8、托舱旋转机构，801、旋转托架，802、主动轮，806、主动杆，807、从动轮，808、从动杆，9、进料机构，901、混料槽，902、泵胶设备，903、原料桶，904、混合螺杆，10、距离传感器，11、第一电机，12、第二电机，13、第三电机，14、第四电机，15、底座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

本实施例中，提供了一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，如、图2、图3、图4、图5、图6所示,

图1，包括旋转托架801，旋转托架801上设有用于复合材料舱旋转的托舱旋转机构8;

还包括可以插入复合材料舱内的移动杆301，移动杆301一端横向延伸与横向移动机构3连接，横向移动机构3固定于纵向移动机构4上，纵向移动机构4底部固定于底座15上；远离横向移动机构的移动杆301一端依次安装有烘干机构5和挤出模头1，挤出模头1通过导流管7与进料机构9连通。

如图6所示，还包括控制器6、操控模块和安装于移动杆端部的距离传感器10；控模块、距离传感器10均与控制器6电连接，横向移动机构3、纵向移动机构4、烘干机构5、托舱旋转机构8均与控制器6电连接。

如图1、图2所示，挤出模头1包括本体，本体内设有内腔101，本体上还设有与内腔101连通的出胶孔102和进料端口，出胶孔102朝向旋转托架801，进料端口通过导流管7与进料机构9连通；内腔101穿装有挤出螺杆2，挤出螺杆2一端穿出本体与第一电机11连接，第一电机11与控制器6电连接；本体的底部沿长度间隔布设有多个出胶孔102，当高粘度硅橡胶从挤出模头1的出胶孔102挤出时，因重力下降落在复合材料舱段。

纵向移动机构4包括液压缸401，液压缸401的伸缩杆402与横向移动机构3固接，液压缸401与控制器6电连接。

如图1、图5所示，横向移动机构3包括底板305，底板305上设有螺杆303，螺杆303的一端通过轴承与第一定位板307连接，另一端穿过第二定位板308与第二电机12连接，第二电机12与控制器6电连接，第一定位板307和第二定位308板均固定于1底板305上，还包括分设螺杆两侧的定位杆304，各定位杆304两端分别与对应的第一定位板307和第二定位308连接，螺杆303和定位杆304上穿装有移动块302；移动杆301与移动块302固接；底板305与液压缸401的伸缩杆顶部连接。

如图1、图4所示，托舱旋转机构8包括穿装于旋转托架801上的间隔设置的主动杆806和从动杆808，主动杆806和从动杆808上分别穿装有多个间隔设置的主动轮802和从动轮807，主动杆806一端穿过旋转托架801与第三电机13连接，第三电机13与控制器6电连接,由于复合材料舱段一般为具有弧面的凹形舱，第三电机启动后，旋转托架801能够往复转动，保持复合材料舱段不同部位水平，进而保证复合材料舱段不同部位均能够正对挤出模头1的出胶孔102。

如图1所示，进料机构9包括混料槽901，混料槽901内安装有混合螺杆904，混料槽901的一端与导流管7连通，混料槽901的另一端连通有泵胶设备902，泵胶设备902的另一端连通有原料桶903；混合螺杆904与第四电机14连接，第四电机14与控制器6电连接。

挤出模头1的长度为10cm，高度和宽度均为2-3cm，优选高度和宽度3cm；内腔101为圆柱状内腔，内腔101直径为1.5cm-2.5cm，优选2.5cm；内腔101的一侧均匀布设有出胶孔102，出胶孔102的直径为1-2mm，优选2mm，相邻出胶孔102之间的间距为2mm，出胶孔102的排列方式为n×m，n≥3，m≥3，n为列数，m为行数，优选地n=5,m=15。

当使用两种及以上硅橡胶时，硅橡胶经由泵胶设备902从原料桶903输送至混料槽901中进行混合。

混合螺杆904为双螺杆混合结构或行星混合器中的任意一项，优选双螺杆混合结构，双螺杆混合结构的相邻螺杆之间的间距空隙为5mm。

泵胶设备902为柱塞泵、动力泵和液压泵中的任意一项，优选柱塞泵。

烘干机构5为电加热装置、紫外线加热装置和红外线加热装置中的任意一项，优选红外线加热装置，由于加热烘干固化过程不需要很高的温度，并且需要在涂层后及时进行加热烘干固化，烘干机构5跟随着挤出模头1的运动轨迹运动，能够起到及时加热的作用。

一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层的制备方法，包括以下步骤：

a)将复合材料舱段放置于旋转托架801放置于托舱旋转机构8上，

b)移动杆301一端与横向机构连接，另一端安装距离传感器10和挤出模头1后伸入至复合材料舱段内；在原料桶903中装入质量配比为硅橡胶：双组份室温固化硅橡胶=1:1的混合物，泵胶设备902泵出原料并经混合螺杆904转动进行混合；

c)通过纵向移动机构调整横向移动机构位置，使得移动杆301与复合材料舱段同心设置，

d)设定挤出模头1的出胶孔102的硅橡胶挤出速度，设定泵胶设备902的流量，对复合材料舱段内壁进行喷涂,制备复合材料舱硅橡胶防护层。移动杆301带动挤出模头1、烘干机构5、距离传感器10横向移动至复合材料舱段内腔，暂停移动，挤出模头1开始进行喷胶作业，当旋转托架801上的复合材料舱段旋转一圈后，移动杆301收缩移动至另一作业区后，暂停移动，复合材料舱段继续旋转，挤出模头1进行喷胶作业，如此往复进行；

复合材料舱段长度2000mm，为圆筒形舱，移动杆301移动至舱筒内，弧面的内径500mm，形成的用于复合材料舱硅橡胶防护层厚度为1.5mm。

本实施例具有以下进步：

设置为挤出螺杆通过旋转进行输送高粘度硅橡胶，高粘流态的硅橡胶，通常为胶状或膏状，克服了高粘度硅橡胶传送难的问题，挤出模头上设有内腔，内腔的一侧均匀布设有出胶孔，硅橡胶通过均匀布设的出胶孔流出，涂抹在复合材料舱段内表面后，自然均匀的摊开，之后经由烘干机构烘干，并经由距离传感器测量厚度，实现制备装置自动化设计，形成一体化联动的用于复合材料舱硅橡胶防护层的制备方案，适用于多种不规则的复合材料舱段内表面硅橡胶防护层的制备成型。

克服了操作窗口期较短的困难，泵胶设备能够实现单胶液泵入，也可以实现至少两种胶液混合泵入，胶液混合泵入后需要在一定时间内执行涂刷操作，避免提前凝胶而无法使用，如双组份硅橡胶固化时间受温度因素影响较为明显，操作窗口期难以把握，本制备装置能够实现连续混胶、涂胶、烘干和厚度测量，硅橡胶防护层成型效率高，质量一致性高，提高了生产效率。

通过出胶孔孔径大小、出胶孔密度分布、挤出螺杆的挤出速度进而控制出胶速度，用以控制硅橡胶层成型的厚度及均匀性，能够实现精确的控制厚度均匀性，克服了人工涂刷方式难以控制涂刷厚度均匀性、涂刷后存在刷痕、高低起伏等现象，实现用于复合材料舱硅橡胶防护层的厚度均匀平整，可广泛应用于玻璃钢、碳纤维增强复合材料等材质复合材料舱段，特别是对于复合材料舱段功能结构一体化。

通过对横向移动机构和纵向移动机构的设计，实现挤出模头的自动化自动，在通过托架旋转机构进行复合材料舱的旋转移动，通过操控模块的设定，实现设备各机构之间的联动运行，进而实现复合材料舱的硅橡胶防护层的自动化制备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，

包括旋转托架（801），旋转托架（801）上设有用于复合材料舱旋转的托舱旋转机构（8）;

还包括可以插入复合材料舱内的移动杆(301)，移动杆(301)一端横向延伸与横向移动机构（3）连接，横向移动机构（3）固定于纵向移动机构（4）上，纵向移动机构（4）底部固定于底座(15)上；

远离横向移动机构的移动杆(301)一端依次安装有烘干机构(5)和挤出模头（1），挤出模头（1）通过导流管（7）与进料机构（9）连通。

2.根据权利要求1所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，还包括控制器（6）、操控模块和安装于移动杆（301）端部的距离传感器（10）；

操控模块、距离传感器（10）均与控制器（6）电连接，横向移动机构（3）、纵向移动机构（4）、烘干机构（5）、托舱旋转机构（8）均与控制器（6）电连接。

3.根据权利要求2所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，挤出模头（1）包括本体，本体内设有内腔（101），本体上还设有与内腔（101）连通的出胶孔（102）和进料端口，出胶孔（102）朝向旋转托架（801），进料端口通过导流管（7）与进料机构（9）连通；内腔（101）穿装有挤出螺杆（2），挤出螺杆（2）一端穿出本体与第一电机（11）连接，第一电机（11）与与控制器（6）电连接；本体的底部沿长度间隔布设有多个出胶孔（102）。

4.根据权利要求3所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，

纵向移动机构（4）包括液压缸（401），液压缸（401）的伸缩杆（402）与横向移动机构（3）固接，液压缸（401）与控制器（6）电连接，横向移动机构（3）包括底板（305），底板（305）上设有螺杆（303），螺杆（303）的一端通过轴承与第一定位板（307）连接，另一端穿过第二定位板（308）与第二电机（12）连接，第二电机（12）与控制器（6）电连接；第一定位板（307）和第二定位板（308）均固定于底板（305）上，还包括分设螺杆两侧的定位杆（304），各定位杆（304）两端分别与对应的第一定位板（307）和第二定位（308）连接，螺杆（303）和定位杆（304）上穿装有移动块（302）；移动杆(301)与移动块（302）固接；底板（305）与液压缸（401）的伸缩杆顶部连接。

5.根据权利要求4所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，托舱旋转机构（8）包括穿装于旋转托架（801）上的间隔设置的主动杆（806）和从动杆（808），主动杆（806）和从动杆（808）上分别穿装有多个间隔设置的主动轮（802）和从动轮（807），主动杆（806）一端穿过旋转托架（801）与第三电机（13）连接，第三电机（13）与控制器（6）电连接。

6.根据权利要求5所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，进料机构（9）包括混料槽（901），混料槽（901）内安装有混合螺杆（904），混料槽（901）的一端与导流管（7）连通，混料槽（901）的另一端连通有泵胶设备（902），泵胶设备（902）的另一端连通有原料桶（903）；混合螺杆（904）与第四电机（14）连接，泵胶设备（902）、第四电机（14）均与控制器（6）电连接。

7.根据权利要求6所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，混合螺杆（904）为双螺杆混合结构或行星混合器中的任意一项，其中，双螺杆混合结构的相邻螺杆之间的间距空隙为5mm；泵胶设备（902）为柱塞泵、动力泵和液压泵中的任意一项；烘干机构（5）为电加热装置、紫外线加热装置和红外线加热装置中的任意一项。

8.根据权利要求7所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，挤出模头（1）的长度为10cm，高度和宽度均为2-3cm；内腔（101）为圆柱状内腔，内腔（101）直径为1.5cm-2.5cm。

9.根据权利要求8所述的用于复合材料舱的硅橡胶防护层制备装置，其特征在于，本体的底部沿长度间隔布设有多个出胶孔（102），出胶孔（102）的直径为1-2mm，相邻出胶孔（102）之间的间距为2mm，出胶孔（102）的排列方式为n×m，n≥3，m≥3，n为列数，m为行数。

10.一种基于权利要求1-9所述的任意一项用于复合材料舱硅橡胶防护层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将复合材料舱段放置于旋转托架（801）放置于托舱旋转机构（8）上，

b)移动杆（301）一端与横向机构连接，另一端安装距离传感器（10）和挤出模头（1）后伸入至复合材料舱段内；

c)通过纵向移动机构调整横向移动机构位置，使得移动杆（301）与复合材料舱段同心设置，

d)设定挤出模头（1）的出胶孔（102）的硅橡胶挤出速度，设定泵胶设备（902）的流量，对复合材料舱段内壁进行喷涂,制备复合材料舱硅橡胶防护层。

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