CN117002035A - 一种复合材料发射筒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发射筒技术领域，尤其是涉及一种复合材料发射筒及其制备方法，包括如下步骤：根据发射筒制备发射筒模具，在发射筒模具外壁周向间隔开设多个沿发射筒长度布设的凹槽，在发射筒模具外表面上涂抹脱模剂；在发射筒模具上紧贴铺设浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布，形成耐冲刷层；在位于凹槽的耐冲刷层内填充预制泡沫，直至预制泡沫高度与凹槽两侧的耐冲刷层齐平；在耐冲刷层和预制泡沫上逐层缠绕单向碳纤维，形成加强层；放入固化炉中，加热固化成型后，取出，脱离发射筒模具，得到复合材料发射筒；以解决发射筒制备过程中筒体和导轨分开成型，无法实现一体成型，并造成发射筒脱模困难的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及发射筒技术领域，尤其是涉及一种复合材料发射筒及其制备方法。
背景技术
随着导弹技术的快速发展，对发射筒的体积、质量、环境适应性等方面也提出更为严格的要求。由于复合材料具有高比强、高比模、结构可设计等优点，国内外专家就复合材料在大截面、长尺寸的战略导弹发射筒应用方面开展了大量的研究工作，并获得了成功。我国战略导弹发射筒采用树脂基复合材料，比铝合金发射筒轻28%，发射筒采用纤维增强复合材料，可以很好地解决金属结构筒体存在的重量大、焊接变形、易锈蚀等问题，是未来主要发展趋势之一。
专利CN 107314707 A公开了一种复合材料导弹发射筒及其制备方法，制作筒体芯轴模具，通过控制芯模的形状，在芯模上铺设各层，确保筒体、导轨和锁紧机构安装块一体成型，筒体内部螺钉连接锁紧机构，在锁紧机构安装块内嵌螺钢套；筒体和导轨分别成型后，在锁紧机构安装块的作用下，实现筒体和导轨的一体成型，使用时容易出现导轨脱落，并在制备过程中出现脱模困难的问题。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种复合材料发射筒及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料发射筒及其制备方法，通过复合材料发射筒的制备方法的结构设计以解决现有技术中存在的现有的发射筒制备过程中筒体和导轨分开成型，无法实现一体成型，并造成发射筒脱模困难的技术问题。
本发明提供的一种复合材料发射筒的制备方法，包括如下步骤：
S1 根据发射筒制备发射筒模具，在发射筒模具外壁周向间隔开设多个沿发射筒长度布设的凹槽，在发射筒模具外表面上涂抹脱模剂；
S2 在发射筒模具上紧贴铺设浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布，形成耐冲刷层；
S3 在位于凹槽的耐冲刷层内填充预制泡沫，直至预制泡沫高度与凹槽两侧的耐冲刷层齐平；
S4 在耐冲刷层和预制泡沫上逐层缠绕单向碳纤维，形成加强层；
S5 放入固化炉中，加热固化成型后，取出，脱离发射筒模具，得到复合材料发射筒。
优选地，步骤S4中，以发射筒模具长度方向为0°，单向碳纤维依次以90°、±25°、±45°、90°、±45°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕。
优选地，以90°缠绕的单向碳纤维采用环向缠绕；
以±25°和±45°缠绕的单向碳纤维采用螺旋缠绕。
优选地，加强层的厚度为5mm，每层单向碳纤维的厚度为0.25mm。
优选地，以90°缠绕的单向碳纤维、以±25°缠绕的单向碳纤维和以±45°缠绕的单向碳纤维的厚度比为3：1：1。
优选地，耐冲刷层的厚度为1-1.25mm。
优选地，耐冲刷层包括五层浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布。
优选地，预制泡沫的材质为聚甲基丙烯酰亚胺，预制泡沫的厚度为3-4mm。
优选地，步骤S5中加热至90℃，并且保温固化2h；然后加热至120℃，并且保温固化2h；然后加热至150℃，并且保温固化2h。
本发明还提供了一种基于上述中任一项所述的复合材料发射筒的制备方法获得的复合材料发射筒。
本发明提供的一种复合材料发射筒及其制备方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明提供的复合材料发射筒及其制备方法，发射筒内层的耐冲刷层采用高硅氧玻璃纤维平纹布，是一种耐热、绝缘、柔软的特种玻境纤维织物，该织物具有易加工、用途广的特点，可用作耐高温、耐烧蚀、隔热、保温材料的制作，能够长期在1000℃环境下使用，瞬间耐高温可达1450℃，解决了现有技术中制备发射筒过程中，发射筒与模具不易脱落的问题。
2、本发明提供的复合材料发射筒及其制备方法，发射筒外层的增强层采用碳纤维，碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性，使用碳纤维缠绕后得到的发射筒，与金属材料的发射筒相比，不仅质量轻，耐腐蚀性强，还大大提高了发射筒的比强度、比模量和耐高温性能。
3、本发明提供的复合材料发射筒及其制备方法，耐冲刷层和增强层之间设有泡沫，增加了发射筒的刚度，耐冲刷层和增强层一体成型，有效解决了发射筒筒体和导轨脱落的问题，制备过程简单，发射筒筒体良好、重量轻、强度高。
4、本发明提供的复合材料发射筒及其制备方法，单向碳纤维采用的90°、±25°、±45°、90°、±45°、90°、±45°、90°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕，环向缠绕90°铺层主要承担环向载荷，螺旋缠绕±25°及±45°铺层既能承担环向载荷，又能承担轴向载荷，其中±25°铺层提供更多的轴向刚度，±45°铺层更好的提供抗剪能力及筒体稳定性。
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为本发明中所述复合材料发射筒的结构示意图；
图2为本发明中所述复合材料发射筒的结构示意图（主视图）；
图3为本发明中所述图2中A处放大图；
图4为本发明中所述增强材料的结构示意图（剖视图）。
附图标记说明：
1、耐冲刷层；2、预制泡沫；3、加强层。
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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种复合材料发射筒的制备方法，包括如下步骤：S1 根据发射筒制备发射筒模具，在发射筒模具外壁周向间隔开设多个沿发射筒长度布设的凹槽，在发射筒模具外表面上涂抹脱模剂；S2 在发射筒模具上紧贴铺设浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布，形成耐冲刷层1；S3 在位于凹槽的耐冲刷层1内填充预制泡沫2，直至预制泡沫2高度与凹槽两侧的耐冲刷层1齐平；S4 在耐冲刷层1和预制泡沫2上逐层缠绕单向碳纤维，形成加强层3；S5放入固化炉中，加热固化成型后，取出，脱离发射筒模具，得到复合材料发射筒。
本发明提供的一种复合材料发射筒的制备方法，通过包括如下步骤：S1 根据发射筒制备发射筒模具，在发射筒模具外壁周向间隔开设多个沿发射筒长度布设的凹槽，在发射筒模具外表面上涂抹脱模剂；S2 在发射筒模具上紧贴铺设浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布，形成耐冲刷层1；S3 在位于凹槽的耐冲刷层1内填充预制泡沫2，直至预制泡沫2高度与凹槽两侧的耐冲刷层1齐平；S4 在耐冲刷层1和预制泡沫2上逐层缠绕单向碳纤维，形成加强层3；S5放入固化炉中，加热固化成型后，取出，脱离发射筒模具，得到复合材料发射筒的设计，发射筒内层的耐冲刷层1采用高硅氧玻璃纤维平纹布，是一种耐热、绝缘、柔软的特种玻境纤维织物，该织物具有易加工、用途广的特点，可用作耐高温、耐烧蚀、隔热、保温材料的制作，能够长期在1000℃环境下使用，瞬间耐高温可达1450℃，解决了现有技术中制备发射筒过程中，发射筒与模具不易脱落的问题；发射筒外层的增强层采用碳纤维，碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性，使用碳纤维缠绕后得到的发射筒，与金属材料的发射筒相比，不仅质量轻，耐腐蚀性强，还大大提高了发射筒的比强度、比模量和耐高温性能；耐冲刷层1和增强层之间设有泡沫，增加了发射筒的刚度，耐冲刷层1和增强层一体成型，有效解决了发射筒筒体和导轨脱落的问题，制备过程简单，发射筒筒体良好、重量轻、强度高。
具体地，如图4所示，步骤S4中，以发射筒模具长度方向为0°，单向碳纤维依次以90°、±25°、±45°、90°、±45°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕，进一步地，以90°缠绕的单向碳纤维采用环向缠绕，以±25°和±45°缠绕的单向碳纤维采用螺旋缠绕，环向缠绕90°铺层主要承担环向载荷，螺旋缠绕±25°及±45°铺层既能承担环向载荷，又能承担轴向载荷，其中±25°铺层提供更多的轴向刚度，±45°铺层更好的提供抗剪能力及筒体稳定性。
具体地，加强层3的厚度为5mm，每层单向碳纤维的厚度为0.25mm。
具体地，以90°缠绕的单向碳纤维、以±25°缠绕的单向碳纤维和以±45°缠绕的单向碳纤维的厚度比为3：1：1，以90°、±25°、±45°、90°、±45°、±25°、90°缠绕的单向碳纤维的层数分别为4、2、2、4、2、2、4，各铺层相互配合，提高筒体的稳定性，受力更加均匀。
具体地，耐冲刷层1的厚度为1-1.25mm。
具体地，耐冲刷层1包括五层浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布。
具体地，预制泡沫2的材质为聚甲基丙烯酰亚胺，预制泡沫2的厚度为3-4mm。
具体地，步骤S4中加热至90℃，并且保温固化2h；然后加热至120℃，并且保温固化2h；然后加热至150℃，并且保温固化2h。
本发明还提供了一种基于上述中任一项所述的复合材料发射筒的制备方法获得的复合材料发射筒。
实施例一
本实施例所述的复合材料发射筒的制备方法，包括以下步骤：
S1 根据发射筒的内腔结构，制作表面带有凹槽的发射筒模具，凹槽内部的高度为4mm；
S2 在发射筒模具上紧贴铺设浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布，形成的耐冲刷层1厚度为1mm；
S3 在耐冲刷层1的凸槽内填充聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其中，凸槽内部的高度为3mm，聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的厚度为3mm；
S4 在耐冲刷层1和聚甲基丙烯酰亚胺泡沫上，逐层缠绕单向碳纤维，以发射筒模具长度方向为0°，单向碳纤维依次以90°、±25°、±45°、90°、±45°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕，其中，以90°缠绕的单向碳纤维采用环向缠绕，以±25°和±45°缠绕的单向碳纤维采用螺旋缠绕，单层碳纤维布厚度0.25mm，以90°、±25°、±45°、90°、±45°、±25°、90°缠绕的单向碳纤维的层数分别为4、2、2、4、2、2、4，90°、±45°、±25°铺层的厚度比为3：1：1，共铺设20层，使得到的加强层3厚度为5mm；
S5 放入固化炉中，固化炉内温度加热至90℃，并且保温固化2h，然后加热至120℃，并且保温固化2h，然后加热至150℃，并且保温固化2h，取出，脱离发射筒模具，得到复合材料发射筒。
经过有限元仿真分析计算得出，实施例中铺层方式得到的工作工况内压载荷下实施例中铺层方式得到的筒体环向位移2.8mm，径向位移3.6mm，满足发射筒设计刚度要求。
对比例一
本实施例所述的复合材料发射筒的制备方法，与实施例一相同，区别仅在于：
步骤S4中，单向碳纤维依次以90°、±25°、90°±25°、±25°、90°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕，以90°、±25°、90°±25°、±25°、90°、±25°、90°缠绕的单向碳纤维的层数分别为4、2、2、2、2、2、2、4，90°、±25°铺层的厚度比为3：2。
经过有限元仿真分析计算得出，对比例一中铺层方式得到的筒体环向位移7.3mm，径向位移3.4mm，与实施例1相比，对比例一的环向位移大于实施例一的环向位移。
对比例二
本实施例所述的复合材料发射筒的制备方法，与实施例一相同，区别仅在于：
步骤S4中，单向碳纤维依次以90°、±25°、90°、±25°、±45°、±25°、90°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕，以90°、±25°、90°、±25°、±45°、±25°、90°、±25°、90°缠绕的单向碳纤维的层数分别为4、2、2、2、2、2、2、2、2，90°、±45°、±25°铺层的厚度比为5：1：4。
经过有限元仿真分析计算得出，对比例二中铺层方式得到的筒体环向位移4.8mm，径向位移4.6mm，与实施例一相比，对比例二的环向位移和径向位移均大于实施例一的环向位移和径向位移。
表1 工作工况内压载荷下环向位移和径向位移
| 方案 | 90°、±45°、±25°铺层比例 | 内压载荷下环向位移/mm | 内压载荷下径向位移/mm |
| 实施例一 | 3：1：1 | 2.8 | 3.6 |
| 对比例一 | 3：0：2 | 7.3 | 3.5 |
| 对比例二 | 5：1：4 | 4.8 | 4.6 |
综上所述，发射筒工作过程中，承受高压气体的冲刷，在此过程中发射筒需满足结构刚度、强度的要求，以保证发射筒本身的结构安全及其导向作用。因此结构承受内压下的结构变形位移是考核发射筒性能的重要指标。工作工况内压载荷下，实施例一中铺层方式得到的筒体环向位移2.8mm，径向位移3.6mm，满足发射筒设计要求。
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)
1.一种复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1 根据发射筒制备发射筒模具，在发射筒模具外壁周向间隔开设多个沿发射筒长度布设的凹槽，在发射筒模具外表面上涂抹脱模剂；
S2 在发射筒模具上紧贴铺设浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布，形成耐冲刷层（1）；
S3 在位于凹槽的耐冲刷层（1）内填充预制泡沫（2），直至预制泡沫（2）高度与凹槽两侧的耐冲刷层（1）齐平；
S4 在耐冲刷层（1）和预制泡沫（2）上逐层缠绕单向碳纤维，形成加强层（3）；
S5 放入固化炉中，加热固化成型后，取出，脱离发射筒模具，得到复合材料发射筒。
2.根据权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，
步骤S4中，以发射筒模具长度方向为0°，单向碳纤维依次以90°、±25°、±45°、90°、±45°、±25°、90°的顺序在发射筒模具的上进行缠绕。
3.根据权利要求2所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，
以90°缠绕的单向碳纤维采用环向缠绕；
以±25°和±45°缠绕的单向碳纤维采用螺旋缠绕。
4.根据权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，加强层（3）的厚度为5mm，每层单向碳纤维的厚度为0.25mm。
5.根据权利要求2所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，
以90°缠绕的单向碳纤维、以±25°缠绕的单向碳纤维和以±45°缠绕的单向碳纤维的厚度比为3：1：1。
6.根据权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，耐冲刷层（1）的厚度为1-1.25mm。
7.根据权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，耐冲刷层（1）包括五层浸渍酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维平纹布。
8.根据权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，预制泡沫（2）的材质为聚甲基丙烯酰亚胺，预制泡沫（2）的厚度为3-4mm。
9.根据权利要求1所述的复合材料发射筒的制备方法，其特征在于，步骤S5中加热至90℃，并且保温固化2h；然后加热至120℃，并且保温固化2h；然后加热至150℃，并且保温固化2h。
10.一种基于如权利要求1-9中任一项所述的复合材料发射筒的制备方法获得的复合材料发射筒。
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