CN117621482A - 一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，包括：预制管路成型工装，绕设橡胶生胶片层，缠绕碳纤维预浸带层，共固化处理，脱模处理。本发明的实现复杂管路各支路软质绝热内衬形成一个无接缝的整体，使得绝热层满足耐烧蚀、密封的要求，进而保证燃气姿轨控发动机的管路能在高温高烧蚀条件下稳定工作。

Description

一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺

技术领域

本发明涉及固体姿轨控发动机复杂管路加工技术领域，具体涉及一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺。

背景技术

固体燃气姿轨控火箭发动机通过将固体推进剂产生的高温燃气沿集成排布的多通道支管管路输送到阀门和喷管系统，同时产生径向控制力实现姿态控制和轨道控制。其管路系统多为直角弯和肘弯，耐燃气高温的抗烧蚀隔热材料不能在燃气管路中形成一个无接缝的整体，主要表现在目前采用金属壳体、内衬为硬质的短切纤维增强高耐热树脂分段模压成型后、进行分段对接粘接的技术方案，但粘接接头质量状态难以检测，燃气姿轨控发动机工作时存在可预见的窜火质量隐患。

鉴于固体燃气姿轨控发动机燃温高(2500K)、工作时间长(30s)，而管路直径不到30mm，且管路结构复杂、分路多，从而导致管路的防热空间有限，故，传统的分段短切纤维模压内衬对接粘接成型工艺，其对接缝在长时间高温燃气的持续冲刷下粘接密封胶受热气化分解，从而导致粘接性能下降和粘接缝周围内衬的剥蚀，因此，导致管路的防热内衬的密封性能和耐烧蚀性能下降。

因此，需要提供一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，通过设计可拆卸式的芯模，然后依次将橡胶生胶片、碳纤维预浸带铺贴在芯模上，再利用热压罐固化工艺对橡胶生胶片层、碳纤维预浸带层进行共固化处理，从而形成一体化成型的管路壳体，以解决传统的分段短切纤维模压内衬对接粘接成型工艺，其对接缝在长时间高温燃气的持续冲刷下粘接密封胶受热气化分解，从而导致粘接性能下降和粘接缝周围内衬的剥蚀，因此，调导致管路的防热内衬的密封性能和耐烧蚀性能下降的问题。

本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺采用如下技术方案：包括：

预制管路成型工装：所述管路成型工装包括：主管路和支管路，所述主管路上设置有连接支管路的连接孔；

在管路成型工装外表面涂抹脱模剂，并在管路成型工装外依次绕设多层橡胶生胶片，每两层相邻的橡胶生胶片之间粘接；对管路成型工装上绕设的每一层橡胶生胶片层进行的压实处理；

在绕设好的橡胶生胶片层外依次缠绕多层的碳纤维预浸带，每两个相邻的碳纤维预浸带层的缠绕角度不同，对管路成型工装上缠绕预设层数的碳纤维预浸带层进行一次压实处理；

对绕设好的橡胶生胶片层和碳纤维预浸带层，进行共固化处理得到包覆有管路壳体的管路成型工装；

对管路成型工装上包覆的管路壳体进行脱模处理。

优选的，所述主管路的端部，以及支管路的自由端均设置有定位凸台结构，定位凸台结构用于对铺层厚度进行限位。

优选的，每绕设一层橡胶生胶片，对橡胶生胶片层中的气泡或者鼓包进行放气处理。

优选的，压实处理的步骤为：

将缠绕预设层数的碳纤维预浸带层的管路成型工装，或者每绕设一层的橡胶生胶片层管路成型工装置于真空中，进行抽真空处理。

优选的，碳纤维预浸带为苯并噁嗪碳纤维预浸带，橡胶生胶片为三元乙丙橡胶生胶片。

优选的，共固化处理的步骤为：

将绕设好的橡胶生胶片层和碳纤维预浸带层的管路成型工装，置于热压罐中；

设定热压罐中的真空度，按照设定温度和压力对热压罐进行保温、加压处理；

直至保温、加压结束，对热压罐进行卸压，按照降温速率小于2℃/min对热压罐进行降温，直至热压罐中的温度降至60℃以下，完成共固化处理。

优选的，热压罐中的真空度小于或者等于-0.085MPa。

优选的，对热压罐进行保温、加压处理的步骤为：

首先，在95℃～105℃条件下，进行保温0.5h，并加压至0.5MPa；

然后，在135℃～145℃条件下，进行保温2h，并加压至0.8MPa；

最后，在155℃～165℃条件下，进行保温1h，在200℃条件下1h保温处理。

本发明的有益效果是：

通过预制支管路和主管路的管路成型工装，将管路成型工装作为管路成型的芯模，即芯模支管路和主管路为可拆卸连接，然后，依次将橡胶生胶片、碳纤维预浸带铺贴在芯模上，再利用热压罐固化工艺对橡胶生胶片层、碳纤维预浸带层进行共固化处理，使得橡胶生胶片层、碳纤维预浸带层在成型过程中形成对应的绝热层和复合材料层，进而使得绝热层和复合材料层形成的管路壳体的内部绝热层在受到烧蚀时，橡胶生胶片层形成了整体连贯的绝热层，即实现复杂管路各支路软质绝热内衬形成一个无接缝的整体，从而使得绝热层满足耐烧蚀、密封的要求，保证燃气姿轨控发动机的管路能在高温高烧蚀条件下稳定工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺的实施例的总体结构示意图；

图2为本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺中管路成型工装的爆炸图；

图3为本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺中管路成型工装中主管路的结构示意图；

图4为本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺中共固化后的局部剖视图；

图5为本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺中管路成型工装局部三维立体图。

图中：1、主管路；2、支管路；3、外凸台定位工装；4、法兰定位工装；5、绝热层；6、复合材料层；7、法兰结构；8、连接孔；9、定位凸台结构；10、主管路定位凸台；11、端部定位槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺的实施例，如图1所示，包括：

S1、预制管路成型工装：

具体的，如图2所示，管路成型工装包括：主管路1和支管路2，主管路1上设置有连接支管路2的连接孔8；

为了方便绕设橡胶生胶片层和碳纤维预浸带层，如图2所示，主管路的端部以及支管路的自由端均设置有定位凸台结构9，定位凸台结构9用于对铺层厚度进行限位，具体的，本实施例中，定位凸台结构9可采用法兰结构，本实施例的主管路与支管路分体设计，支管分别通过连接孔连接在主管路中，以方便于后续脱模。

本发明的管路成型工装的设计，分为一根主管和五根支管，分型结构便于成型和脱模；主管两端分别加工成大小端面，便于区分；整套管路成型工装以主管路为基准，在主管路上加工出带螺纹(Ф6.2)的连接孔，通过分型加工各支管路结构，并通过内部螺栓(Ф6.2)与主管轴上的螺纹孔(Ф6.2)进行螺接，实现主管路与支管路的定位连接，另外，在主管路的端面位置加工出长方体凸台，用于后续的连接定位，本实施例的所有定位凸台结构9的法兰与橡胶生胶片层(绝热层)和管路表面接触的部分均进行了表面处理，表面处理包括喷砂、表面环向沟槽以增加法兰与橡胶生胶片层(绝热层)、法兰与管路表面的剪切强度。

S2、绕设橡胶生胶片层；

具体的，在管路成型工装外表面涂抹脱模剂，并在管路成型工装外依次绕设多层橡胶生胶片，每两层相邻的橡胶生胶片之间粘接；对管路成型工装上绕设的每一层橡胶生胶片层进行的压实处理；

需要说明的是，本实施例中，管路成型工装外表面涂抹脱模剂的步骤为：在模具表面涂抹一薄层专用脱模剂，涂抹三次，每次晾置10～20分，实施例中晾置15分钟，以便于后续粘贴三元乙丙橡胶生胶片的粘接；按照管路成型工装尺寸和直径计算好单层1mm厚的三元乙丙橡胶生胶片的尺寸进行第一层的铺设，以贴实平整为目标，对接缝多余的生胶绝热层裁剪掉，每层厚度用手提式测厚仪进行测厚偏差控制到0～0.2mm，相邻两层三元乙丙橡胶生胶片之间用J215胶粘剂进行刷涂、室温晾置3～5分钟，然后进行下一层铺贴，铺贴过程中发现气孔或者气泡或者鼓包，利用锥子进行放气处理，然后，用工具压实贴实绝热层，这样逐层对管路成型工装外表面进行三元乙丙橡胶生胶片的搭接堆叠铺层，在三元乙丙橡胶贴合管路成型工装外表面的前提下，每铺一层三元乙丙橡胶生胶片，对管路整体进行一次抽真空预压实操作，以保证每个单层的贴合紧密性，铺满5层后达到设计要求5mm的厚度。

S3、缠绕碳纤维预浸带层；

具体的，在绕设好的橡胶生胶片层外依次缠绕多层的碳纤维预浸带，每两个相邻的碳纤维预浸带层的缠绕角度不同，对管路成型工装上缠绕预设层数的碳纤维预浸带层进行一次压实处理。

本实施例中，在三元乙丙橡胶生胶片铺层完毕后，采用缠绕方式进行无纬预浸带铺层，使用T700/TDS苯并噁嗪碳纤维单向预浸带进铺层；采用的T700/TDS苯并噁嗪碳纤维单向预浸带，幅宽50mm，单层厚度为0.2mm；预浸带复材铺层的缠绕角度按照0°，+45°，－45°，90°依次进行铺层，缠绕时通过张紧带提供10N的张力，保证不同层预浸带的紧密贴合，本实施例中预设层数为10层，每铺10层对管路整体进行一次抽真空(真空度-0.095MPa)预压实操作，具体的，压实处理的步骤为：将缠绕预设层数的碳纤维预浸带层的管路成型工装，或者每绕设一层的橡胶生胶片层管路成型工装置于真空中，进行抽真空处理，即实现压实。

S4、共固化处理；

具体的，对绕设好的橡胶生胶片层和碳纤维预浸带层，进行共固化处理得到包覆有管路壳体的管路成型工装。

其中，本实施例中，对三元乙丙橡胶生胶片层和T700/TDS苯并噁嗪碳纤维单向预浸带层进行共固化处理，具体的处理过程为：在热压罐中的确定的共固化整个过程的保持真空度不高于-0.085MPa，本实施例取-0.085MPa，室温→开始升温至100℃±5℃(本实施例取定温100℃)，保温0.5h，加压至0.5MPa，然后，升温至140℃±5℃(本实施例取定温140℃)，保温2h，加压至0.8MPa，然后升温至160℃±5℃(本实施例取定温160℃)，保温1h，在200℃条件下1h保温处理，然后关加热，缓慢卸压，并将温度降至60℃以下(降温速率应小于2℃/min)，然后取出共固化处理后的管路成型工装，管路成型工装上即形成了管路壳体，其中，需要说明的是，三元乙丙橡胶生胶片层进行共固化后形成了管路壳体中的绝热层与T700/TDS苯并噁嗪碳纤维单向预浸带层进行共固化后形成了管路壳体中的复合材料层。

S5、脱模处理；

具体的，对管路成型工装上包覆的管路壳体进行脱模处理，本实施例中，将共固化处理后的管路成型工装上包覆的管路防热内衬取出，待降温后，拆卸支管路和主管路，实现管路壳体的脱模。

需要说明的是，如图2和图5所示，在管道壳体脱模后，在每个主管道、支管道的均设置有一个法兰定位工装4，用于方便后续与固体燃气姿轨控火箭发动机的管道系统练级，其中，管道壳体的支管道上的法兰定位工装4通过销子、螺纹(方形法兰为M3的孔，使用M3-7H螺纹孔进行定位，圆形法兰为Ф5.4的通孔，使用Ф5.4的销子定位)进行连接，管道壳体的主管道上的法兰定位工装4包括第一法兰和第二法兰，第一法兰用于与管道壳体的主管道连接，如图3所示，第一法兰背离管道壳体的主管道的一侧设置主管道定位凸台10，第二法兰上设置端部定位槽11，主管道定位凸台10和端部定位槽11之间插接配合，然后通过外凸台定位工装3实现对管道壳体上的复合材料层的凸台进行定位，即外凸台定位工装3包括两个定位板，定位板通过销钉与第二法兰连接；其次，本发明在主管路端部的第二法兰上进一步加工出三个定位孔，并通过凸台结构定位工装3定位板和法兰定位工装4的第二法兰通过定位孔螺接或销接。

除此之外，本实施例还包括将本发明制作的管路壳体气密试验：在0.015MPa下，持续时间15分钟，试验过程中压力保持恒定，没有出现漏气现象；管路壳体水压试验，水压保压10±0.3MPa过程中，无泄漏，压力保持恒定不变，降压至零后，拆卸了螺钉，检查管路壳体没有裂纹、凸起、变形，水压检验过程中，管路壳体没有泄漏，也没有肉眼可见的纤维断裂、金属件松动和其他损伤及异常现象，液压强度试验成功，经过地面点火试验考核。

综上所述，本发明实施例提供的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，通过预制支管路和主管路的管路成型工装，将管路成型工装作为管路成型的芯模，即芯模支管路和主管路为拆卸连接，然后，依次将橡胶生胶片、碳纤维预浸带铺贴在绝热层铺贴在芯模上，在利用热压罐固化工艺对橡胶生胶片层、碳纤维预浸带层进行共固化处理，使得橡胶生胶片层、碳纤维预浸带层在处理过程中形成对应的绝热层和复合材料层，进而使得绝热层和复合材料层形成的管路壳体的内部在受到烧蚀时，橡胶生胶片层形成了整体连贯的绝热层，即实现复杂管路各支路软质绝热内衬形成一个无接缝的整体，从而使得绝热层满足耐烧蚀、密封的要求，从而保证燃气姿轨控发动机的管路能在高温高烧蚀稳定工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，包括：

预制管路成型工装：所述管路成型工装包括：主管路和支管路，所述主管路上设置有连接支管路的连接孔；

在管路成型工装外表面涂抹脱模剂，并在管路成型工装外依次绕设多层橡胶生胶片，每两层相邻的橡胶生胶片之间粘接；对管路成型工装上绕设的每一层橡胶生胶片层进行的压实处理；

在绕设好的橡胶生胶片层外依次缠绕多层的碳纤维预浸带，每两个相邻的碳纤维预浸带层的缠绕角度不同，对管路成型工装上缠绕预设层数的碳纤维预浸带层进行一次压实处理；

对绕设好的橡胶生胶片层和碳纤维预浸带层，进行共固化处理得到包覆有管路壳体的管路成型工装；

对管路成型工装上包覆的管路壳体进行脱模处理。

2.根据权利要求1所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，所述主管路的端部，以及支管路的自由端均设置有定位凸台结构，定位凸台结构用于对铺层厚度进行限位。

3.根据权利要求1所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，每绕设一层橡胶生胶片，对橡胶生胶片层中的气泡或者鼓包进行放气处理。

4.根据权利要求1所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，压实处理的步骤为：

将缠绕预设层数的碳纤维预浸带层的管路成型工装，或者每绕设一层的橡胶生胶片层管路成型工装置于真空中，进行抽真空处理。

5.根据权利要求1所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，所述碳纤维预浸带为苯并噁嗪碳纤维预浸带；橡胶生胶片为三元乙丙橡胶生胶片。

6.根据权利要求5所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，共固化处理的步骤为：

将绕设好的橡胶生胶片层和碳纤维预浸带层的管路成型工装，置于热压罐中；

设定热压罐中的真空度，按照设定温度和压力对热压罐进行保温、加压处理；

直至保温、加压结束，对热压罐进行卸压，按照降温速率小于2℃/min对热压罐进行降温，直至热压罐中的温度降至60℃以下，完成共固化处理。

7.根据权利要求6所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，热压罐中的真空度小于或者等于-0.085MPa。

8.根据权利要求6所述的一种复杂管路防热内衬一体化成型工艺，其特征在于，对热压罐进行保温、加压处理的步骤为：

首先，在95℃～105℃条件下，进行保温0.5h，并加压至0.5MPa；

然后，在135℃～145℃条件下，进行保温2h，并加压至0.8MPa；

最后，在155℃～165℃条件下，进行保温1h，在200℃条件下1h保温处理。