CN211763637U - 一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，该系统包括由管道依次连接的储胶装置、模具和废液桶(21)，模具内设有预制体(13)，储胶装置内装有树脂溶胶，与现有技术相比，本实用新型在空压管道上安装了高精度低压调节阀(3)，精确地控制了注胶压力，在料罐(7)的下面配置了电子台秤(23)，对注胶速度进行了充分的监控；同时，优化了进胶口(11)与出胶口(18)的位置和大小关系，有利于气体的充分排除，提升了低密度防热复合材料回转体制件的内部质量，提高了回转体制件的成功率，降低了回转体制件的制造成本。

Description

一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统

技术领域

本实用新型涉及低密度防热复合材料制备领域，尤其是涉及一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统。

背景技术

飞行器在大气层中高速飞行过程时，挤压，摩擦空气会产生大量的气动热，因此各类高速飞行器均面临严重的热障问题。如不对外部的热量进行有效管理、控制，会造成飞行器过热甚至烧毁。因此，需要热防护材料对飞行器结构及内部设备进行保护。

作为最主要的烧蚀基体材料，树脂基热防护材料具有高比强度和比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、便于大面积整体成型以及具有特殊电磁性能等特点，可以满足热防护材料对轻质、可靠、高强度/刚度、长时间工作等性能等要求。

树脂基防热材料的预制体多为缝合、三维编织、针刺结构，普遍存在密度低，且对压力反应敏感的情况，采用常规RTM工艺方法，预制体常常会出现褶皱、变形等情况，从而造成制件缺陷的产生，在制件缺陷超过一定面积，就会造成制件报废，大大降低了制件制备成功率，增加了制件成本。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在有效降低工艺成本的情况下，大大的提高了成型工艺的可靠性，制件制备成功率显著提升的低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，该系统包括由管道依次连接的储胶装置、模具和废液桶，所述的模具内设有预制体，所述的储胶装置内装有树脂溶胶，所述的树脂溶胶从储胶装置经管道灌注到模具中，并充分浸润预制体，多余的树脂溶胶经管道排出到废液桶中。

进一步地，所述的储胶装置包括压缩空气泵、真空泵和料罐，所述的料罐内存储有树脂溶胶，料罐上方通过空压管道与压缩空气泵相连，通过真空管道与真空泵相连，还通过大气管道与大气相连；所述的空压管道上设有高精度低压调节阀和压缩空气阀，所述的真空管道上设有真空阀，所述的大气管道上设有料罐通大气阀；所述的料罐下方通过进胶管道与模具相连，所述的进胶管道上设有料罐出胶阀。高精度压力控制阀的有效量程为0-0.12MPa，实现了对压力的精准控制。

进一步地，所述的料罐下方还设有对注胶速度进行充分监控的电子台秤，料罐通过料罐支架架设在电子台秤上，该料罐支架上开设有供出胶管道通过的小孔。

进一步地，所述的模具包括下模、芯模、侧板和上模，所述的侧板数量为 2-8块，优选4块，并通过螺栓分别与下模和上模锁紧，螺栓锁紧可以同时地、均匀地将侧板锁紧到位，防止预制体受力不均，被挤压变形。

进一步地，所述的下模的上表面开设有便于树脂溶胶浸渍预制体的树脂流道。

进一步地，所述的下模上开设有多个进胶口，所述的进胶口通过至少一根进胶管道与储胶装置相连，所述的进胶管道设有模具进胶阀，所述的模具上模上开设有多个出胶口，所述的出胶口通过至少一根出胶管道与废液桶相连，所述的出胶管道上设有模具出胶阀，所述的预制体套设在芯模上，并置于模具内部中心。

优选地，所述的下模上开设有2个进胶口，所述的进胶口引出2根进胶管道，并通过一个模具进胶阀合并成一根进胶管道与储胶装置相连，所述的模具上模上开设有4个出胶口，所述的出胶口引出4根出胶管道，并通过一个五通合并成一根出胶管道与废液桶相连。

进一步地，所述的出胶口的直径是进胶口的0.5-1倍，

进一步地，所述的树脂流道的宽度为进胶口直径的1-1.5倍，所述的预制体的厚度为树脂流道宽度的1-1.2倍。

进一步地，所述的下模、芯模、侧板和上模内表面涂有聚四氟乙烯涂层，避免脱模时对树脂造成影响。

本系统特别适合于预制体密度为0.1-0.5g/cm³，树脂溶胶的粘度为10-500 mPa·s的体系。

一种采用如上所述的系统制备低密度防热复合材料回转体制件的方法，该方法包括以下步骤：

(1)模具合模：将预制体套设在芯模上，将下模、侧板和上模三者锁紧，使预制体和芯模密封在模具内部；

(2)溶胶灌注：关闭压缩空气阀、料罐通大气阀和料罐出胶阀，打开真空阀，启动真空泵，对料罐中的树脂溶胶进行真空脱泡，脱泡完成后，关闭真空泵，关闭真空阀，打开料罐通大气阀、所有的模具进胶阀、所有的模具出胶阀和料罐出胶阀，使树脂溶胶浸润预制体，观察电子台秤的读数，计算树脂流量，当树脂溶胶流量小于20g/5min时，关闭料罐通大气阀，启动压缩空气泵，调节高精度减压阀，并观察电子台秤的读数，计算树脂流量，使树脂的流量控制在50-100g/5min之间，待模具出胶阀有树脂溶胶流出，关闭对应模具出胶阀，直至所有的模具出胶阀全部关闭；脱泡过程可以去除溶胶中溶解的空气，避免影响后续的固化过程；此时，料罐的下表面比上模的上表面高0.5-2m，充分利用连通器原理及树脂溶胶的重力使树脂溶胶充分浸润预制体。

(3)溶胶排泡：启动压缩空气泵，调节高精度低压调节阀，关闭料罐通大气阀、打开压缩空气阀，分别打开各个模具出胶阀进行排泡，当没有连续气泡产生，关闭所有模具出胶阀；

接着，按照一定梯度将压力递增，每个压力保压一定的时间，再次打开模具出胶阀进行排泡后，关闭所有模具出胶阀，重复上述增压、保压步骤，直至最后一次排泡时，管道内没有气泡产生，完成排泡；排泡有助于去除灌胶过程中产生的气泡，以免在模具中滞留，影响产品质量。

其中一种优选方案为，将压力升至0.02MPa，保压10min之后分别打开模具出胶阀进行排泡，当没有连续大泡产生，关闭所有模具出胶阀，再将压力调至0.03MPa，保压10min之后分别打开模具出胶阀进行排泡，当没有连续气泡产生，关闭所有模具出胶阀，然后将压力调至0.04MPa，保压10min之后分别打开模具出胶阀进行排泡，当没有气泡产生，关闭所有模具出胶阀，完成排泡。

(4)产品成型：关闭所有的模具进胶阀和所有的模具出胶阀，关闭压缩空气泵，拆卸管道，将模具进行加热，使浸渍溶胶的预制体进行固化，固化完成后打开模具，进行干燥、切割、打磨后，得到低密度防热复合材料回转体制件。

进一步地，步骤(3)中关闭料罐通大气阀前的压力为0.01-0.12MPa，所述的压力梯度是指，压力按等差数列排布，最低为0.02MPa，最高为0.12MPa，每个压力下的保压时间为5-15min，所述的增压、保压步骤重复1-5次。

进一步地，步骤(2)中所述的脱泡的时间为20-30min，步骤(4)中所述的固化温度为60-100℃，固化时间为12-36h，干燥时间为1-2天。

一种采用如上所述的方法制备的低密度防热复合材料回转体制件，包括纤维预制体和热固性树脂，所述的纤维预制体为增强材料，所述热固性树脂为基体材料。

本实用新型低密度防热复合材料回转体制件成型方法可以迁移到各个技术领域，本实用新型低密度防热复合材料回转体制件成型方法用于特定技术领域时，所改进的上述特性可大大降低产品的工艺难度，提高产品的质量。

本实用新型通过优化注胶系统，优化模具流道及模具合模方式，协调储胶装置与模具的位置关系，实现低密度防热复合材料回转体制件的优化成型；在压缩空气泵与料罐连接的管道上安装了高精度低压调节阀，精确的控制了注胶压力，在料罐的下面配置了电子台秤，对注胶速度进行了充分的监控；同时，利用了连通器原理，引进了重力注胶的概念，优化进胶口与出胶口的大小与位置关系和内径大小，实现气体的充分排除，提升了低密度防热复合材料回转体制件的内部质量，提高了回转体制件的成功率，降低了回转体制件的制造成本。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型在常规的注胶系统里引进了高精度低压调节阀，实现了制件制备过程中对注胶压力精确的控制，防止因注胶压力过大造成预制体褶皱或者变形；

(2)本实用新型改变传统模具两半模具的设计概念，将模具优化成6块，利用螺栓推进装置实现4个侧块均匀同步锁紧到位，防止模具合模过程中对预制体造成变形或损伤；

(3)本实用新型创造性的采用了连通器原理，通过控制料罐与模具的相对空间位置，利用树脂溶胶本身的自重，将树脂溶胶注入模具中，充分浸润预制体，并利用电子台秤的读数控制灌注速率，避免速率过快导致的浸渍不充分；

(4)本实用新型在模具表面喷涂了聚四氟乙烯涂层，避免了脱模时对制件质量造成影响，也可以大大的节约模具清理时间；

(5)本实用新型通过控制进胶口与出胶口，进胶口与树脂流道，树脂流道与预制体的尺寸关系，实现模具内的相对压差，利于预制体与树脂溶胶中的气泡充分排除；

(6)本实用新型利用简单、廉价的设备组合，设备成本降至原设备成本的1/20，也大大的降低制备过程的设备成本。

附图说明

图1为实施例中采用的系统剖视图；

图2是实施例中下模进胶口与树脂流道相对位置示意图；

图3是实施例中上模出胶口位置示意图；

图中标号所示：压缩空气泵1、真空泵2、高精度低压调节阀3、真空阀 4、压缩空气阀5、料罐通大气阀6、料罐7、料罐出胶阀8、模具进胶阀9、模具进胶阀10、进胶口11、树脂流道12、预制体13、下模14、芯模15、侧板16、上模17、出胶口18、模具出胶阀19、五通20、废液桶21，料罐支架 22，电子台秤23。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，如图1所示，该系统包括由管道依次连接的储胶装置、模具和废液桶21，模具内设有预制体13，储胶装置内装有树脂溶胶，树脂溶胶从储胶装置经管道灌注到模具中，并充分浸润预制体13，多余的树脂溶胶经管道排出到废液桶21中。其中，预制体13 密度为0.1-0.5g/cm³；树脂溶胶的粘度为10-500mPa·s。

储胶装置包括压缩空气泵1、真空泵2和料罐7，料罐7内存储有树脂溶胶，料罐7上方通过空压管道与压缩空气泵1相连，通过真空管道与真空泵2 相连，通过大气管道与大气相连；空压管道上设有高精度低压调节阀3和压缩空气阀5，真空管道上设有真空阀4，大气管道上设有料罐通大气阀6；料罐7 下方通过进胶管道与模具相连，进胶管道上设有料罐出胶阀8。高精度压力控制阀的有效量程为0-0.12MPa，实现了对压力的精准控制。料罐7下方还设有对注胶速度进行充分监控的电子台秤23，料罐7通过料罐支架22架设在电子台秤23上，该料罐支架22上开设有供出胶管道通过的小孔。

模具，如图2-3所示，包括下模14、芯模15、侧板16和上模，侧板16 数量为4块，并通过螺栓与下模14和上模17锁紧，螺栓锁紧可以同时地、均匀地将侧板锁紧到位，防止预制体13受力不均，被挤压变形，下模14上开设有2个进胶口11，进胶口11引出2根进胶管道，并通过一个模具进胶阀10 合并成一根进胶管道与储胶装置相连，进胶管道设有模具进胶阀10，模具上模17上开设有4个出胶口18，出胶口18引出4根出胶管道，并通过一个五通20合并成一根出胶管道与废液桶21相连，出胶管道上设有模具出胶阀19，预制体13套设在芯模15上，并置于模具内部中心，下模14的上表面开设有便于树脂溶胶浸渍预制体13的树脂流道12。

下模14、芯模15、侧板16和上模17内表面涂有聚四氟乙烯涂层，避免脱模时对树脂造成影响，出胶口18的直径是进胶口11的0.5-1倍，树脂流道 12的宽度为进胶口11直径的1-1.5倍，预制体13的厚度为树脂流道12宽度的1-1.2倍。

一种采用如上系统制备低密度防热复合材料回转体制件的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：用异丙醇清洗模具表面，保证模具表面无杂质、污渍。用4根线绳均匀拴在预制体13余量中心处，将预制体13套在芯模15上，当预制体13 无法下移时，用4根线绳轻拉预制体13，使预制体13到达其指定位置，将4 个侧板16，放在模具的导轨上，利用螺栓将4块侧板16均匀的推至定位在其指定位置并用螺栓锁紧，用螺栓锁紧锁紧侧板16与下模14，用螺栓锁紧侧板 16与上模17，连接模具进胶阀9与料罐出胶阀8，连接料罐7与真空泵2、压缩空气泵1、连接上摸17与模具出胶阀19、连接模具出胶阀19与废液桶21。

步骤2：将PF-45树脂溶胶倒入到料罐7里，并用密封锁紧，将料罐7下表面抬高至距模具上表面0.5m处，关闭压缩空气阀5、料筒通大气阀6和料筒出胶阀8，打开真空阀4，启动真空泵2，对树脂溶胶进行脱泡30min，脱泡完成关闭真空泵2，关闭真空阀4，打开料罐通大气阀6使料罐7通大气，打开所有的模具进胶阀9、模具出胶阀19，打开料筒出胶阀8，利用连通器原理，利用PF-45树脂溶胶的重力浸润预制体13，期间观察电子台秤23的读数，计算树脂流量，当树脂溶胶流量小于20g/5min，关闭料罐通大气阀6，启动压缩空气泵1，并调节高精密减压阀3，使树脂流量控制在50-100g/5min之间，待模具出胶阀19出胶，就关闭对应模具出胶阀19，直至所有的模具出胶阀全部关闭。

步骤3：启动压缩空气泵1，调节高精度低压调节阀3，使其压力表读数为0.02MPa，关闭料罐通大气阀6、打开压缩空气阀5，15min之后，分别打开模具出胶阀19进行排泡，当没有连续大泡产生，关闭所有模具出胶阀19，将压力升至0.03MPa，保压10min之后分别打开模具出胶阀19进行排泡，当没有连续大泡产生，关闭所有模具出胶阀19，将压力调至0.04MPa，保压 10min之后分别打开模具出胶阀19进行排泡，当没有连续气泡产生，关闭所有模具出胶阀19，将压力调至0.05MPa，保压10min之后分别打开模具出胶阀19进行排泡，当没有气泡产生，关闭所有模具出胶阀19。

步骤4：关闭所有模具进胶阀9、模具出胶阀19，关闭压缩空气泵1，拆卸管道，用丙酮清洗料罐7、废液桶21，用叉车将模具运至烘箱，按照树脂的固化制度设定烘箱程序，树脂固化温度为100℃，固化时间为24h，固化结束模具随炉降温至室温，将模具从烘箱内运出，拆卸螺栓，将制件脱出，放置在干燥工装上，室温干燥1-2d，干燥完成用切割机延线切割制件余量区，打磨毛刺，获得低密度防热复合材料回转体制件。

这种低密度防热复合材料回转体制件，包括纤维预制体和热固性树脂，纤维预制体作为增强材料，热固性树脂为基体材料。

该实施例里的预制体与热固性树脂可根据实际情况对这类产品的具体种类作出合适的选择作为制备低密度防热复合材料回转体制件的原料。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型可以做出其他多种形式的修改，替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，该系统包括由管道依次连接的储胶装置、模具和废液桶(21)，所述的模具内设有预制体(13)，所述的储胶装置内装有树脂溶胶，所述的树脂溶胶从储胶装置经管道灌注到模具中，并充分浸润预制体(13)，多余的树脂溶胶经管道排出到废液桶(21)中。

2.根据权利要求1所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的储胶装置包括压缩空气泵(1)、真空泵(2)和料罐(7)，所述的料罐(7)内存储有树脂溶胶，料罐(7)上方通过空压管道与压缩空气泵(1)相连，通过真空管道与真空泵(2)相连，还通过大气管道与大气相连；所述的空压管道上设有高精度低压调节阀(3)和压缩空气阀(5)，所述的真空管道上设有真空阀(4)，所述的大气管道上设有料罐通大气阀(6)；所述的料罐(7)下方通过进胶管道与模具相连，所述的进胶管道上设有料罐出胶阀(8)。

3.根据权利要求2所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的料罐(7)下方还设有对注胶速度进行充分监控的电子台秤(23)，料罐(7)通过料罐支架(22)架设在电子台秤(23)上，该料罐支架(22)上开设有供出胶管道通过的小孔。

4.根据权利要求1所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的模具包括下模(14)、芯模(15)、侧板(16)和上模(17)，所述的侧板(16)数量为2-8块，并通过螺栓分别与下模(14)和上模(17)锁紧。

5.根据权利要求4所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的下模(14)的上表面开设有便于树脂溶胶浸渍预制体(13)的树脂流道(12)。

6.根据权利要求4所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的下模(14)上开设有多个进胶口(11)，所述的进胶口(11)通过至少一根进胶管道与储胶装置相连，所述的进胶管道设有模具进胶阀(10)，所述的上模(17)上开设有多个出胶口(18)，所述的出胶口(18)通过至少一根出胶管道与废液桶(21)相连，所述的出胶管道上设有模具出胶阀(19)，所述的预制体(13)套设在芯模(15)上，并置于模具内部中心。

7.根据权利要求6所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的下模(14)上开设有2个进胶口(11)，所述的进胶口(11)引出2根进胶管道，并通过一个模具进胶阀(10)合并成一根进胶管道与储胶装置相连，所述的模具上模(17)上开设有4个出胶口(18)，所述的出胶口(18)引出4根出胶管道，并通过一个五通(20)合并成一根出胶管道与废液桶(21)相连。

8.根据权利要求6所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的出胶口(18)的直径是进胶口(11)的0.5-1倍。

9.根据权利要求5所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的树脂流道(12)的宽度为进胶口(11)直径的1-1.5倍，所述的预制体(13)的厚度为树脂流道(12)宽度的1-1.2倍。

10.根据权利要求4所述的一种低密度防热复合材料回转体制件用注胶系统，其特征在于，所述的下模(14)、芯模(15)、侧板(16)和上模(17)内表面涂有聚四氟乙烯涂层。

Images