NO167963B - Fremgangsmaate for fremstilling av et rakettmotorhus. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av elastomerforede rakettmotorhus ved en fremgangsmåte som omfatter fremstilling av en foring ved ekstrudering av et elastomer-bånd og for å få dette viklet og sammenklebet rundt et sentersylinderstykke for et rakettmotorhus.

Elastomerforingen for sammensatte rakettmotorhus utfører to hovedfunksjoner. For det første isolerer det termisk huset fra brennende drivstoff, og for det annet forsegler den huset for lekkasje fra drivgasser. For større rakettmotorer som benytter sammensatte hus finnes det to fremgangsmåter for isolasjonsfremstilling, nemlig 1) forming av rågummi i samhørende metallformer og 2) oppbygging for hånd av rågummiplater fulgt av vulkanisering og sliping til slutt-dimensjonene. I ethvert tilfelle plasseres isolatorene derefter på sylinderstykket for opprulling (eller eventuelt i en hylse som på forhånd er formet), hvor forskjellig type spleising, polering, binding og krympingsoperasjoner utføres. Disse fremstillingsmetodene er ugunstige på grunn av a) store investeringer i utstyr, b) omfattende presisjonsbearbeiding,

c) lang forproduksjonstid som gir opphav til manglende evne til å foreta forandringer i konstruksjon raskt og billig, d)

feil for eksempel i bindingen mellom isolator og huset på grunn av håndarbeide og bindingsoperasjoner og e) arbeids-intensive enhetskostnader.

US-PS 3 303 079 beskriver fremstilling av elastomerforede rakettmotorhus. Dette patent foreslår at man legger kalandrerte ark av gummi på et senterstykke for å fremstille et herdbart forprodukt til foringen. Det herdbare gummilag settes inn i et herdbart fiberviklet skall. Gummien og skallet herdes sammen og gir den elastomerformede, sammensatte beholder. Legging av kalandrerte plater manuelt rundt et senterstykke er imidlertid arbeidsintensivt, og det er spesielt vanskelig når man skal bygge tykkelse med mer enn to plater elastomer og derefter belegge de konturformede deler av senterstykket med nøyaktige, men variable tykkelser. Generelt sagt beskriver GB-A-1 072 420 også fremstilling av et rakettmotorhus ved hjelp av en metode som omfatter tildanning av et sjikt av elastomer på en spindel med en senterrotasjonsakse; påføring av en hylse omfattende filamenter og termoherdende harpiks på sjiktet av elastomer og derpå følgende herding av den termoherdende harpiks for å tilveiebringe huset. Elastomeren kan legges som avsnitt av ikke-herdet neopren som så herdes før filamentene, spesielt harpiksbelagte glassfilamenter, vikles på. Dette patent beskjeftiger seg hovedsakelig med å redusere skjærbelast-ningene i harpiksene i hodedelen av huset ved hjelp av en spesiell konfigurasjon av denne del og ved å orientere filamentene i meridianretningen og ikke i sløyferetningen.

GB-A-1 176 349 beskriver at et rakettmotorhus kan tilveie-bringes med en foring omfattende en herdet elastomer som er en terpolymer av etylen, propylen og et ikke-konjugert dien, spesielt dicyklopentadien eller cyklooktadien, og et inert fyllstoff.

EP-A-0 094 805, publisert 23. november 1983 med prioritet fra 17. mai 1982, beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en elastomerutforet komposittbeholder, spesielt et rakettmotorhus, eller en del av en slik komposittbeholder, der fremgangsmåten omfatter å bringe et tynt, klebrig bånd omfattende en herdbar elastomer til kontinuerlig på en slik måte å omsirkle en senterrotasjonsakse av en spindel at det dannes ved siden av hverandre liggende, sammenklebede integrale segmenter av båndet i det vesentlige langs omkretsen i forhold til senteraksen for derved å danne et sjikt av elastomeren omfattende et antall av slike segmenter lagt på hverandre på nøyaktig måte rundt spindelen langs senterrotasjonsaksen; å legge på en hylse omfattende filamenter og termoherdbar harpiks på sjiktet, herdet eller ikke-herdet, av elastomeren; og å herde den termoherdbare harpiks for å tilveiebringe beholderen eller delen av beholderen.

Foreliggende oppfinnelse er en forbedring av denne metode som 1 sin tur kan anses å være av den generelle type som er beskrevet i US-A-3 303 079 og GB-A-1 072 420 og foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte for fremstilling av et rakettmotorhus eller en del derav omfattende: - å tlldanne et sjikt av elastomer på en spindel med en rotasjonsakse;

å legge på et skall omfattende filamenter og termoherdbar

harpiks på sjiktet av elastomer;

- og å herde den termoherdbare harpiks for å tilveiebringe huset eller delen av dette, der sjiktet tlldannes av en elastomer ved å bringe et tynt klebrig bånd omfattende en herdbar elastomer til kontinuerlig å omsirkle aksen av spindelen for nær hverandre å anbringe og å klebe sammen integrale segmenter av båndet, i det vesentlige sirkulært i forhold til senteraksen for å tlldanne et sjikt av elastomer omfattende et antall av segmentene lagt på hverandre i nøyaktig innretning rundt spindelen langs

senter-rotasjonsaksen,

og denne fremgangsmåte karakteriseres ved

a) at man som herdbar elastomer velger en silisiumdioksydfylt fornettbar EPDM-elastomer inneholdende

i) en mykner i det vesentlige bestående av umettet myknende olje som er flytende ved 25°C og valgt blant forbindelser med 2 eller flere karbon-karbondobbelt-bindinger; og

ii) peroksydherder, der det foreligger mellom 2 og 30

vektdeler av myknende olje pr. 100 vektdeler tverrbindbar elastomerpolymer eller -polymerer idet den Si02-fylte elastomerpolymer har en Mooney-viskositet mellom 10 og 65 (100<*>C) ML-4, ;b) å ekstrudere den Si02~fylte fornettbare EPDM-elastomer for å gi et ekstrudert båndprodukt med en temperatur ;innen området 32,2 og 85°C; ;c) å legge på det ekstruderte båndprodukt på spindelen ved en temperatur innen området 26,7 og 65,6'C for derved på nøyaktig måte å understøtte sammenklebingen av de ;integrale segmenter på hverandre, og ;d) å herde det ekstruderte båndprodukt som er lagt på spindelen ved en temperatur innen området 93,3 til ;204,4'C for å gi elastomerforingen med en densitet mellom 1,0 og 1,2 g/cm» . ;Ved fremstilling av disse rakettmotorhusene kan senter-stykkets form omfatte en kuppellignende form. En uherdet eller herdet elastomerring kan plasseres på toppen av kuppelen i senterstykket og benyttes som den forannevnte utgangsoverflatedelen av senterstykket. ;Den fylte, fornettbare elastomer som inneholder umettet myknerolje og peroksydherder, er fortrinnsvis fylt med passende mengder utvalgte fyllstoffer, slik at man får foringer med gunstig densitet og forkulllngshastlghet. ;Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til den vedlagte figur som skjematisk og i perspektivet viser et apparat som kan benyttes for å utføre oppfinnelsens fremgangsmåte . ;En fremførings- og påføringsinnretning 16 omfatter som basis en på skinner 36 bevegelig plattform 34. På plattformen 34 er det i nedstrømsretning anordnet en ekstruder 22 som ekstru-derer et bånd 12 bestående av en fornettbar elastomer, fra et elastomerlager 21. ;Temperaturen i båndet 12 som skal fremmates reguleres ved hjelp av en temperaturkontrollenhet 25 som opprettholder og regulerer temperaturen i ekstruderen 22 og i formlngsdysen 23. ;En kontroll innretning 20 koordinerer fremføring av båndet 12 mellom innretningen 16 og den nedenfor beskrevne oppvlkllngs-apparatur 10. ;Fra formlngsdysen 23 føres båndet 12 via en mateposisjon 24 til et appllkatorhode 26, forskyvbart 1 bue ved rotasjon av en appllkatorplattform 32 i spor under hjulet 38. Hele applikatoranordnlngen er forskyvbart montert på plattformen 34. ;Fra appllkatorplattformen 26 overføres båndet til innretningen 10 der det vikles opp i form av et sjikt 40 rundt en spindel 14 med rotasjonsakse 30. Et applikatorvalsesystem 28 og appllkatorhodet sørger for jevn påføring. ;Innretningen 16 kan være av kommersielt tilgjengelig type, for eksempel av typen "the Model 601 Orbltread® New Tire System", tilgjengelig fra AMF Corporation, Santa Ana, California. ;Båndet som påføres spindelen er, som nevnt foran, klebrig og består av fornettbar elastomer. Det følgende gir en skisse av de egenskaper som er ønskelige 1 elastomeren som kan benyttes ifølge oppfinnelsen: 1) Akseptabel, styrke i uherdet tilstand, slik at den kan motstå belastningene ved påføringen. ;2) Mooney-viskositet på mellom 10 og 60 ved 100"C. ;3) Ekstruderbar vesentlig utflyting på kantene. ;4) Ikke svibar under ekstrudering. ;5) Vedvarende klebrlng. ;6) Herder stort sett uten hulrom ved lave trykk og temperaturer under den temperatur som kan gi skade på elastomer-ringene eller til herdende, sammensatte skall, hvis dette benyttes (det vil si foretrukne temperaturer mellom 121 og ;154°C og trykk mellom 1,4 og 3,5 atmosfærer). ;7) Nærvær av umettede mykningsoljer som går inn i den fornettbare elastomer ved herding. ;Den foretrukne sammensetning av den fylte, fornettbare elastomer som inneholder umettet mykgjøringsolje og peroksydherder i overensstemmelse med oppfinnelsen er som gjengitt 1 tabell A: ;Oppfinnelsen er ikke begrenset til en spesiell fornettbar elastomerpolymer så lenge polymeren er fornettbar ved hjelp av peroksydherder. Både naturlige og syntetiske fornettbare elastomerpolymerer kan benyttes. Den foretrukne fornettbare elastomerpolymer er syntetisk elastomerpolymer, som kommersielt tilgjengelig etylenpropylendienmonomer (EPDM). Spesifikke EPDM-polymerer er tilgjengelige som Nordel 1040 fra DuPont, Royalene 100 fra Uniroyal, Epsyn 4506 fra Copolymer og Vistalon 2504 fra Exxon. Andre fornettbare elastomerpolymerer som kan benyttes i stedet for EPDM, helt eller delvis, innbefatter naturlig gummi, uretangummi, styren-butadlengumml og sllikongumml. ;Foretrukne EPDM-polymerer har følgende egenskaper: ;;Ytterligere elastomerpolymer kan brukes og kan da tilføres til den fylte, fornettbare, syntetiske elastomer for å forbedre forholdene ved tillaging, ekstruderlng og påføring. Disse ytterligere elastomerer er karakterisert ved en molekylvekt som er lavere enn den foran nevnte elastomerpolymer og opp til samme molekylvekt. Eksempler på ytterligere elastomerpolymerer er polyklorpropen, nltrllgumml og styrenbutadiengummier. Avhengig av de egenskaper som søkes for den herdede foring kan ytterligere elastomer eventuelt være fornettbar under herdingen. ;En rekke fyllmaterialer kan benyttes i den fylte, fornettbare elastomer. Slllsiumdioksyd er et foretrukket fyllstoff. Andre fyllstoffer som kan benyttes sammen med slllsiumdioksyd eller alene omfatter leire, antimonoksyd og halogenerte hydro-karbonf1ammehemmende materialer. ;Fornettbare elastomerer som inneholder umettede mykneroljer og peroksydhérdere er fortrinnsvis fylt i overensstemmelse med oppfinnelsen, slik at den herdede elastomerforing har en densitet mellom 1 og 1,2 g/cm' ved 25°C. ;Bruken av flammehemmende midler har vist seg å være gunstig. Fordelen ved disse flammehemmende stoffer er lav forkullings-hastighet. Passende flammehemmende stoffer er klorerte vokser og antimontrioksyd. Andre materialer som kan benyttes som flammehemmende bestanddeler er slnkborat, bromerte harpikser og oppkappede fibre som grafitt, bomull og polyaramldmasse. ;De umettede mykneroljer tjener først som hjelp ved produk-sjonen av båndet 12 og under herdingen går det inn i nettet i den fornettede elastomerpolymer, slik at de ikke kan vaskes ut eller på annen måte ekstraheres ved de drivstoffer som benyttes i rakettmotoren. Resultatet av bruk av umettede mykneroljer er at elastomerbåndet (uherdet) har følgende egenskaper: ;Foretrukne umettede mykgjørlngsoljer er flytende ved 25°C og Inneholder to eller flere umettede karbon-karbonbindinger. Eksempler på umettede mykgjørlngsoljer er trlmetylolpropan-trimetakrylat, polyetylenglykoldimetakrylat, trlallyltrl-melletat, trlallylcyanurat og umettede estere. Disse umettede mykgjørlngsoljer har tallmidlere molekylvekter fortrinnsvis mellom 250 og 350. I tillegg kan umettede mykgjørlngsoljer med høyere molekylvekt som polybutadlen med tallmidlere molekylvekter på mellom 1500 og 3000 benyttes alene eller sammen med oljer med lavere molekylvekt. ;De umettede mykneroljer benyttes i et vektforhold i forhold til de elastomere polymer eller polymerer i de fylte fornettbare elastomerer på mellom 2 og 30, fortrinnsvis 5 og 25 deler pr. 100 vektdeler elastomerpolymer. ;Peroksydherderen som passer for elastomerpreparatene.omfatter peroksydforbindelser som ved varme gir frie radikaler. Eksempler på peroksydherdere omfatter dikumylperoksyd, t—butylperoksydforbindelser som 2,5-dimetyl-2,5-di(t-butyl-peroksy)heksan. Andre eksempler er 1,l-di(t-butylperoksy)-3,3,5-trimetylcykloheksan, t-butylperoksy-2-etylheksanoat, t—butylperoksybenzoat, 2,5-dimetyl-2,5-di-(benzoylperoksy)-heksan, t-butylperoksymalelnsyre, dikumylperoksyd og di-t-butylperoksyd. ;En rekke hjelpestoffer kan tilføres elastomerpreparatene, for eksempel stearinsyre, naturlig og syntetisk voks, aminantl-oksyderende midler for å hemme peroksydherdingen og lignende kan tilføres. De forannevnte bestanddeler tilføres fortrinnsvis før båndet ekstruderes ved blanding i en Banbury-blander 1) elastomer, 2) fyllstoff, 3) reaktive oljer og prosess-hjelpemidler inntil det får en temperatur på 121-127°C. Dette fjernes fra blanderen, avkjøles og behandles igjen under tilsats av herdere (peroksyd). ;Klebeevnen i elastomeren er fortrinnsvis knyttet til elastomeren selv, men kan oppnås ved tilsetning av klebestoff til elastomerpreparatet som båndet lages av. I tillegg eller 1 fravær av et slikt klebemiddel kan varme benyttes for å øke klebingen av båndelastomeren når den behandles under påføringen ved en temperaturkontrollenhet eller andre innretninger som en varmetunnel plassert mellom applikatoren og apparatet som produserer båndet. Videre kan klebemiddel påføres overflaten av båndet for å tilveiebringe eller øke klebeevnen. ;Klebing mellom nabosegmenter økes ved geometrien av segmentene i båndet som legges side ved side. En slik geometri omfatter romboide konfigurasjoner. Denne klebingen økes ytterligere ved mekanisk å presse segmentene sammen, noe som gjøres med pressvalsene 76, 78 i figur 5. ;Båndet kan variere 1 tykkelse, tverrsnitt og bredde. Vanligvis har ekstrudert bånd en konstant tykkelse på ca. 0,625 mm, og 1,25 mm er foretrukket. Bredden varierer mellom 12,5 og 50 mm og kan variere efter størrelsen på senterstykket og likeledes konfigurasjonen som båndet legges i. ;Et hvilket som helst materiale, for eksempel stål, aluminium, gips og andre materialer som benyttes for å fremstille senterstykker, kan benyttes i senterstykkene. Det er imidlertid foretrukket 1 første og andre utførelse at senterstykkemateriale velges slik at det har en høyere termisk ekspansjonskoeffisient med en faktor på 1,5 og helst 2 eller mer i forhold til de fibrene som benyttes ved oppvikling av fiberforsterkningen i fiber- og harpiksskallet. Senterstykket kan være oppvarmet fra innsiden for å gi større ekspansjon i senterstykket enn i fibrene under herdingen av elastomeren. ;Efter at båndet er påført senterstykket slik at det danner et elastomerlag over dette, stabiliseres båndet fortrinnsvis ved å vikle opp en rull av kontinuerlige fibre rundt laget 1 spiralform. Disse fibrene i spiralform fjernes vanligvis under eller før påføringen av fibrene som utgjør forsterk-ningen av fiber- og harpiksskallet. ;Fibrene vikles omkring senterstykket på elastomerlaget for å skape forsterkning for det sammensatte skallet i huset. Fibrene kan vikles opp som harpiks impregnert med harpiks-fibre eller impregneres efter påføringen på elastomerlaget. ;Det er foretrukket å herde den fornettbare elastomer efter påføring av skallet som består av fibre og termoherdende harpiks. Denne termoherdende harpiks er delvis herdet før herdingen av den herdbare elastomer. ;En hvilken som helst av de vanlige, termoherdende harpikser kan benyttes for fremstilling av det sammensatte skall i trykkhuset. Eksempler på slike harpikser er epoksy og vinylharplks. Foretrukne harpikser er de som herdes ved relativt lav temperatur, for eksempel mellom 37,8 og 93<*>C. Et eksempel på en passende, kommersielt tilgjengelig harpiks er en harpiks som består av diglycidyleter av bisfenol A med et aromatisk amin som herdemiddel, og som er tilgjengelig fra Dow Chemical Co.

Den delvis herdede harpiks danner en matrise for fibrene som vikles opp på senterstykket. Den fornettbare elastomer og delvis herdede harpiks kan herdes sammen for fremstilling av den elastomerforede beholder. Herding av harpiksen og elastomeren kan foregå med mikrobølger eller i en ovn ved en temperatur som fortrinnsvis ligger mellom 93 og 204°C.

Herdingen av elastomeren som finnes mellom senterstykket og skallet av fibre og termoherdende harpiks vil da også herdes. Trykket som utvikles mellom skallet av fibre og senterstykket erstatter behovet for press eller autoklavherding og hjelper til med å integrere elastomeren og det herdede, sammensatte skall i det ferdige elastomerforede, sammensatte rakettmotorhus .

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et rakettmotorhus eller en del derav omfattende: - å tlldanne et sjikt (40) av elastomer på en spindel (14) med en rotasjonsakse (30); å legge på et skall omfattende filamenter og termoherdbar harpiks på sjiktet (40) av elastomer; og å herde den termoherdbare harpiks for å tilveiebringe huset eller delen av dette, der sjiktet (40) tildannes av en elastomer ved å bringe et tynt klebrig bånd (12) omfattende en herdbar elastomer til kontinuerlig å omsirkle aksen (30) av spindelen (14) for nær hverandre å anbringe og å klebe sammen integrale segmenter av båndet (12), i det vesentlige sirkulært i forhold til senteraksen (30) for å tlldanne et sjikt (40) av elastomer omfattende et antall av segmentene lagt på hverandre i nøyaktig innretning rundt spindelen (14) langs senter-rotasjonsaksen (30), karakterisert veda) at man som herdbar elastomer velger en slllslumdloksyd-fylt fornettbar EPDM-elastomer Inneholdende i) en mykner i det vesentlige bestående av umettet myknende olje som er flytende ved 25°C og valgt blant forbindelser méd 2 eller flere karbon-karbondobbelt-bindinger; og il) peroksydherder, der det foreligger mellom 2 og 30 vektdeler av myknende olje pr. 100 vektdeler fornettbar elastomerpolymer eller -polymerer idet den SiC^-fylte elastomerpolymer har en Mooney-viskositet mellom 10 og 65 (100°C) ML-4, b) å ekstrudere den SiC^-fylte fornettbare EPDM-elastomer for å gi et ekstrudert båndprodukt (12) med en temperatur innen området 32,2 og 85"C; c) å legge på det ekstruderte båndprodukt (12) på spindelen (14) ved en temperatur innen området 26,7 og 65,6'C for. derved på nøyaktig måtte å understøtte sammenklebingen av de integrale segmenter på hverandre, og d) å herde det ekstruderte båndprodukt (12) som er lagt på spindelen (14) ved en temperatur innen området 93,3 til 204,4°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den fylte fornettbare elastomer inneholder slllsiumdioksyd og antimonoksyd.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den fylte fornettbare elastomer inneholder mellom 20 og 150 vektdeler fyllstoff pr. 100 vektdeler elastomerpolymer.