CN104760303B - 一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法 - Google Patents
一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104760303B CN104760303B CN201410005901.XA CN201410005901A CN104760303B CN 104760303 B CN104760303 B CN 104760303B CN 201410005901 A CN201410005901 A CN 201410005901A CN 104760303 B CN104760303 B CN 104760303B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diffuser
- reinforcement
- silica gel
- adiabatic
- thermal insulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 129
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 90
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims abstract description 84
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 46
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 30
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 30
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 24
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 21
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 18
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 18
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 229920001709 polysilazane Polymers 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- CMLFRMDBDNHMRA-UHFFFAOYSA-N 2h-1,2-benzoxazine Chemical compound C1=CC=C2C=CNOC2=C1 CMLFRMDBDNHMRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 poly- aryl ethane Chemical compound 0.000 claims description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 15
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 10
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 abstract 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 10
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 4
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- QFXZANXYUCUTQH-UHFFFAOYSA-N ethynol Chemical group OC#C QFXZANXYUCUTQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 241001247482 Amsonia Species 0.000 description 1
- 241000416536 Euproctis pseudoconspersa Species 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- LCDFWRDNEPDQBV-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol;urea Chemical compound O=C.NC(N)=O.OC1=CC=CC=C1 LCDFWRDNEPDQBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011160 polymer matrix composite Substances 0.000 description 1
- 229920013657 polymer matrix composite Polymers 0.000 description 1
- 230000010410 reperfusion Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 1
- 238000009816 wet lamination Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，该方法包括以下步骤：将绝热扩散段增强体放置在膨胀硅胶软模内，其中，将绝热扩散段增强体放置在膨胀硅胶软模内，其中，所述绝热扩散段增强体套装在金属阳模上，将将复合阴模套装在绝热扩散段增强体上；对绝热扩散段增强体灌注耐烧蚀树脂；对对模具加热，膨胀硅胶软模在加热过程中膨胀挤压所述绝热扩散段增强体。本发明的有益效果为：克服了单纯使用VARTM成型工艺中气泡不易排出、制品纤维含量低等缺陷，提高了绝热扩散段的纤维体积分数、构件致密性和表面质量，最终提高力学性能，此外该方法工艺简单，不需另外增加太多成本，利用现有技术即可加工成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种灌注方法，尤其涉及到一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法。
背景技术
火箭发动机绝热扩散段，是将火箭发动机内部的热能转化为火箭动能的部件，对发动机的总冲量有重要影响。绝热扩散段的烧蚀稳定性极大地影响着火箭发动机的工作性能甚至影响到火箭飞行的成败。传统的碳纤维/酚醛树脂布带缠绕制品存在着预混料层间强度弱等特点，导致其在工作过程中容易发生剥蚀、薄弱部位烧穿等缺点。
由于编织增强体中纤维相互扭组与缠结，其扭曲稳定性、抗冲击性能、剪切强度以及抗层间分离性都优于其他形式的增强体，可以有效弥补布带缠绕制品存在着的增强体层间强度不足等缺点。因而编织增强体是制作火箭发动机绝热扩散段的良好材料。
真空辅助树脂传递模塑(VARTM)是树脂基复合材料成型工艺中的一项重要技术，是从湿法铺层和注塑工艺演变出来的新型复合材料成型工艺。与传统纤维增强树脂复合材料相比具有质地均匀、性能稳定、耐烧蚀性能好等优点。
传统的VARTM工艺技术同样存在着一些不足，如模具密封困难、制品纤维含量低、大面积结构复杂的模腔内树脂流动不均衡，气泡缺陷不易排除等。
采用编织增强体、膨胀软模加压VARTM灌注方式生产绝热扩散段能够弥补以上工艺的不足，制成品满足产品工艺性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，以解决现有技术的上述不足。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
本发明提供了一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，该方法包括以下步骤：
将绝热扩散段增强体放置在膨胀硅胶软模内，其中，所述绝热扩散段增强体套装在金属阳模上，将复合阴模套装在绝热扩散段增强体上；
对绝热扩散段增强体灌注耐烧蚀树脂；
对模具进行加热，膨胀硅胶软模在加热过程中膨胀挤压所述绝热扩散段增强体。
优选的，所述膨胀硅胶软模为空心圆台轮廓，小端内径64.5mm～67.5mm，大端内径123mm～126mm，高91mm，厚21mm～24mm；所述硅胶浇注所用阳模为实心圆台结构，小端直径64.5mm～67.5mm，大端直径123mm～126mm，高91mm。
优选的，所述膨胀硅胶软模由以下步骤制作而成：
液态硅胶A和液态硅胶B按照质量比为10∶1的比例进行混合；
在混合后，放置在真空状态下除去硅胶中混杂的空气；
将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满，室温静置固化三天或60℃固化5h，成型为膨胀硅胶软模；
固化完成后对阳模进行脱模，硅胶软模不与金属阴模分离，组合在一起直接构成复合阴模。
优选的，所述绝热扩散段增强体材料可采用石英纤维、玄武岩纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、硼硅碳氮纤维、碳化硅纤维、碳纤维或高硅氧纤维中的任意一种；所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂或混合聚硅氮烷树脂中的任一种。
优选的，所述绝热扩散段增强体为碳纤维增强体或高硅氧纤维增强体，其经纱密度为10根/cm，纬纱密度为3.2根/cm；或所述绝热扩散段增强体为碳纤维和高硅氧纤维复合结构的增强体，采用先用碳纤维编织15mm厚，之后用高硅氧纤维在碳纤维外侧编织5mm的方式制成。
优选的，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
优选的，所述绝热扩散段增强体的体积密度在0.75g/cm3-0.85g/cm3。
优选的，还包括在复合阴模外侧安装压力表，其最大量程为5Mpa。
本发明的有益效果为：1)在VARTM成型过程中使用膨胀硅胶软模；克服了单纯使用VARTM成型工艺中气泡不易排出、制品纤维含量低等缺陷，提高了绝热扩散段的纤维体积分数、构件致密性和表面质量，最终提高力学性能；其中，硅胶软模的作用是在加热状态下发生膨胀，对绝热扩散段增强体施加压力，加压除去多余树脂，从而提高纤维含量和构件致密性。2)在金属模具阳模外侧安装压力表，可以实时观察模具内部压力变化。3)减少阳模的分模数量，提高了模具密封性能和装配精度，降低模具加工费用。4)本发明工艺简单，不需另外增加太多成本，利用现有技术即可加工成型，有良好的应用前景，有利于推广实施。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例所述绝热扩散段与硅胶软模的结构示意图。
图中：
1、金属阳模；2、膨胀硅胶软模；3、绝热扩散段增强体。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例所述的一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，该方法包括以下步骤：
将绝热扩散段增强体3放置在膨胀硅胶软模2内，其中，所述绝热扩散段增强体3套装在金属阳模1上，将复合阴模套装在绝热扩散段增强体3上，所述复合阴模与绝热扩散段增强体3之间紧密贴合，膨胀硅胶软模2通过膨胀ΔL对绝热扩散段增强体3施加压力；
对绝热扩散段增强体3灌注耐烧蚀树脂；
对模具进行加热，膨胀硅胶软模2在加热过程中膨胀挤压所述绝热扩散段增强体3。
其中的膨胀硅胶软模2为空心圆台轮廓，小端内径64.5mm～67.5mm，大端内径123mm～126mm，高91mm，厚21mm～24mm；硅胶浇注所用阳模为实心圆台结构，小端直径64.5mm～67.5mm，大端直径123mm～126mm，高91mm。
膨胀硅胶软模2由以下步骤制作而成：
液态硅胶A和液态硅胶B按照质量比为10∶1的比例进行混合；
在混合后，放置在真空状态下除去硅胶中混杂的空气；
将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满，室温静置固化三天或60℃固化5h，成型为膨胀硅胶软模2；
固化完成后对金属阳模1进行脱模，硅胶软模不与金属阴模分离，组合在一起直接构成复合阴模。
其中的液态硅胶A和液态硅胶B分别为中蓝晨光化工研究设计院有限公司蓝星(成都)新材料有限公司制作的硅橡胶R-311(A)和硅橡胶R-311(B)；其制作方法具体为：
1)制作时将R-311(A)和R-311(B)两种硅胶组分按照质量比为10∶1的比例进行混合。
2)将R-311(A)和R-311(B)两组分混合完成后，在真空状态下除去硅胶中混杂的空气，以使制得的软模没有缺陷。
3)混合硅胶真空条件下除尽空气后，将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满。室温静置固化三天，成型为硅胶软模。
4)步骤3)中所述的膨胀硅胶软模2，固化完成后对阳模进行脱模，硅胶软模不与金属阴模分离，结合在一起直接构成复合阴模。
上述步骤2)中所述的真空状态，可以通过真空干燥箱连接真空泵达到-0.09Mpa的真空度，在此真空度下连续脱气30min，便可使硅胶中的空气脱除，进行下一操作步骤。
上述步骤4)所述的阳模为实心圆台结构，小端直径64.5mm～67.5mm，大端直径123mm～126mm，高91mm。
经上述步骤1)～步骤4)制得的膨胀硅胶软模2为空心圆台结构，小端内径64mm～67.5mm，大端内径123mm～126mm，高91mm，厚21mm～24mm。
其中的绝热扩散段增强体3材料可采用石英纤维、玄武岩纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、硼硅碳氮纤维、碳化硅纤维、碳纤维或高硅氧纤维中的任意一种；耐烧蚀树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂或混合聚硅氮烷树脂中的任一种。
较佳的，绝热扩散段增强体3为碳纤维增强体或高硅氧纤维增强体，其经纱密度为10根/cm，纬纱密度为3.2根/cm；或绝热扩散段增强体3为碳纤维和高硅氧纤维复合结构的增强体，采用先用碳纤维编织15mm厚，之后用高硅氧纤维在碳纤维外侧编织5mm的方式制成。其中的碳纤维优选为聚丙烯腈基碳纤维。绝热扩散段增强体3的体积密度在0.75g/cm3-0.85g/cm3。
此外在复合阴模外侧安装压力表，其最大量程为5Mpa。
上述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法具体为：
a)准备模具，VARTM工艺过程中所用金属阳模1规格为：小端直径27.5mm，大端直径86mm，高91mm。将金属阳模1安装在模具底座上。
b)用丙酮和酒精将模具内灰尘除尽，反复擦拭三次，确保型腔内部没有杂质存在。
c)待溶剂挥发完全，分别在金属阳模1、底座、顶盖和复合阴模上涂覆脱模剂。在模具型腔内均匀涂覆三遍脱模剂，无漏涂，涂覆时须等第一层干燥成膜后再涂第二层，每层间隔时间不少于15分钟。
d)将绝热扩散段增强体3在天平上称重，将其套在金属阳模1上。把复合阴模安装到模具上，用螺丝与底座和顶盖连接，完成模具组装。
e)用塑料管将模具出胶口与真空泵连接；模具进胶口与树脂胶罐出胶口连接；树脂胶罐进气口与空气压缩机连接。连接完成后，分别检查体系各部分的密封情况。调试设备，直至***气密性完好。
f)在烘箱中将模具加热至70～90℃。
g)按照重量比(增强体重量∶树脂重量)＝(1∶1.2～1.5)的比例称取酚醛树脂，放入真空干燥箱，60℃～90℃下抽真空30min，除去树脂中含有的气体；
h)把酚醛树脂倒入胶罐，将胶罐在水浴条件下加热至60～90℃，以使酚醛树脂保持在比较低的粘度状态。
i)封闭模具进胶口与树脂胶罐出胶口间的塑料管，用真空泵对模具内部的增强体抽真空30min，除尽模具内部空气。
j)接通模具进胶口与树脂胶罐出胶口间的塑料管，打开空气压缩机对酚醛树脂施加0.5Mpa压力。在真空泵与空气压缩机的作用下，酚醛树脂进入模具，70℃～90℃条件下对增强体进行填充。
k)填充完成后，对模具保压30min～60min，使增强体与树脂充分浸透。封闭模具进胶口与树脂胶罐出胶口间的塑料管，停止进胶。
l)在烘箱中加温固化，按照2.5℃/min的升温速率升温至120℃，此温度下保持1.5h。待树脂凝胶后，按照1.5℃/min的升温速率升温至140℃，在此温度下保温2h。然后以1℃/min的速度升温至160℃，保温2h至固化完全。
m)待模具自然降温至室温后，脱模。若产品内外表面均无明显缺陷，送往加工处进行车铣，按照要求图纸加工成设计形状及尺寸。
上述步骤d)中的绝热扩散段增强体3有三种编织方式，分别为纯碳纤维编织、纯高硅氧纤维编织和碳纤维/高硅氧纤维复合编织。
上述绝热扩散段增强体3厚度为20mm，全碳纤维和全高硅氧纤维制成的增强体，经纱密度为10根/cm，纬纱密度为3.2根/cm；碳纤维/高硅氧纤维复合结构增强体，采用先用碳纤维编织15mm厚，之后用高硅氧纤维在碳纤维外侧编织5mm的万式成型。
上述步骤d)中所述的复合阴模，灌注时在复合阴模外侧连接有压力表，表压为1Mpa～5Mpa。
上述步骤g)中所述的酚醛树脂，是指由北京玻钢院复合材料有限公司生产的RTM钡酚醛树脂，该酚醛树脂游离酚含量16.95％，固体含量90.92％，80℃下粘度255map.s，150℃下1g树脂的凝胶时间为114s。灌注固化后得到绝热扩散段初产品。
上述步骤j)中所述的酚醛树脂，在灌注过程中温度保持在70℃～90℃，使其粘度控制在400map.s～1500map.s。
为了方便理解浇灌时膨胀硅胶软模2与绝热扩散段增强体3的关系，下面结合附图1来进行说明，本发明涉及的固体火箭绝热扩散段灌注方法，在实施过程中整个灌注体系由金属阳模1、绝热扩散段增强体3、复合阴模和酚醛树脂组成，其中D1为金属金属阳模1外径即绝热扩散段增强体3内径，D2为绝热扩散段增强体3外径，D3为膨胀硅胶软模2内径，D4为膨胀硅胶软模2外径即金属阴模内径，ΔL为膨胀硅胶软模2的膨胀位移。
制作过程中，通过压力将RTM酚醛树脂注入模具型腔，使得绝热扩散段增强体3得到浸润后加热固化。加热固化的同时，硅胶软模温度随之升高，软模发生膨胀，厚度增加。当温度达到120℃时，硅胶软模厚度增加ΔL，并在此温度下使酚醛树脂出现凝胶。
软模受热膨胀的过程中，膨胀硅胶软模2内径D3和绝热扩散段增强体3外径D2同时发生变化。由于绝热扩散段增强体3内表面与金属金属阳模1贴合，受到了金属阳模1的支撑和限制。硅胶软模外表面与金属阴模贴合，外径不能发生变化。因而在整个制作过程中可将D1和D4视作恒定数值，不随温度的变化而变化。
随着温度升高，膨胀硅胶软模2内径变小，ΔL数值由0逐渐增大。由于绝热扩散段增强体3外表面与软模内表面贴合，在软模膨胀而内径D3变小的过程中，会对增强体外表面施加压力，使得增强体外径D2在软模的作用下同时逐渐缩小，收缩位移为ΔL。
绝热扩散段增强体3在灌注过程中充满了RTM酚醛树脂。随着ΔL数值由0逐渐增大直至120℃时固定，硅胶软模对增强体施加的压力也同时增大，对增强体本身形成挤压，增强体厚度变薄，收缩位移为ΔL。
绝热扩散段增强体3受到挤压而厚度变薄，能够提高增强体纤维密度，同时将部分RTM酚醛树脂从增强体内部挤出，从而减少了绝热扩散段本身的树脂含量，提高了纤维致密性和纤维含量，有助于改善产品的力学性能。
本发明中，通过膨胀硅胶软模2加压制得的碳纤维增强体绝热扩散段密度达到1.48g/cm3，抗拉强度982MPa，压缩强度201MPa，弯曲强度550MPa，氧乙炔线烧蚀率0.0112mm/s。高硅氧纤维增强体绝热扩散段密度达到1.59g/cm3，抗拉强度82.8MPa，压缩强度98.5MPa，弯曲强度130MPa，氧乙炔线烧蚀率0.0767mm/s。两种材料性能均满足产品要求。
实施例1
通过硅胶软模辅助VARTM灌注方法制作固体火箭发动机绝热扩散段。本发明制作绝热扩散段采用纯碳纤维织物作为增强体，树脂为RTM酚醛树脂。制作时使用的膨胀硅胶软模2厚21mm，小端内径67.5mm，大端内径126mm，高91mm。加热过程中，安装在模具外部的压力表显示施加压力为1MPa。
上述绝热扩散段成型方法，其具体实施步骤如下：
1)硅胶软模的制作。选取金属阳模1小端直径67.5mm，大端直径126mm，高91mm。对金属模具涂覆脱模剂，每涂覆一次需待溶剂挥发完全再进行下一次涂覆，每次间隔不少于15min，共进行三次。制作时将R-311(A)和R-311(B)两种硅胶组分按照质量比10∶1的比例进行混合。将R-311(A)和R-311(B)两组分混合完成后，在真空状态下除去硅胶中混杂的空气，以使制得的软模没有缺陷。混合硅胶真空条件下除尽空气后，将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满。室温静置固化三天，成型为硅胶软模。上述的膨胀硅胶软模2，固化完成后对金属阳模1进行脱模，软模不与金属阴模分离，结合在一起直接构成复合阴模。
2)产品灌注。VARTM工艺过程中所用金属阳模1规格为：小端直径27.5mm，大端直径86mm，高91mm。将金属阳模1安装在模具底座上。用丙酮和酒精将模具内灰尘除尽，反复擦拭三次，确保型腔内部没有杂质存在。待溶剂挥发完全，分别在金属阳模1、底座、顶盖和复合阴模上涂覆脱模剂。在模具型腔内均匀涂覆三遍脱模剂，无漏涂，涂覆时须等第一层干燥成膜后再涂第二层，每层间隔时间不少于15分钟。
将绝热扩散段增强体3在天平上称重，将其套在金属阳模1上。把复合阴模安装到模具上，用螺丝与底座和顶盖连接，完成模具组装。用塑料管将模具出胶口与真空泵连接；模具进胶口与树脂胶罐出胶口连接；树脂胶罐进气口与空气压缩机连接。连接完成后，分别检查体系各部分的密封情况。调试设备，直至***气密性完好。将模具加热至70℃～90℃。
按照重量比(增强体重量∶树脂重量)＝(1∶1.2～1.5)的比例称取RTM酚醛树脂，放入真空干燥箱，60℃～90℃下抽真空30min，除去树脂中含有的气体。把树脂倒入胶罐，将胶罐在水浴条件下加热至60～90℃，以使树脂保持在比较低的粘度状态。
封闭模具进胶口与树脂胶罐出胶口间的塑料管，用真空泵对模具内部的增强体抽真空30min，除尽模具内部空气。接通模具进胶口与树脂胶罐出胶口间的塑料管，打开空气压缩机对树脂施加0.5Mpa压力。在真空泵与空气压缩机的作用下，酚醛树脂进入模具，70℃～90℃条件下对增强体进行填充。
填充完成后，对模具保压30min～60min，使增强体与树脂充分浸透。封闭模具进胶口与树脂胶罐出胶口间的塑料管，停止进胶。
3)加热固化。在烘箱中加温固化，按照2.5℃/min的升温速率升温至120℃，此温度下保持1.5h。此时观察连接在模具外侧的压力表，压力表指针显示模具内部硅胶软模对增强体施加1MPa压力。
待树脂凝胶后，按照1.5℃/min的升温速率升温至140℃，在此温度下保温2h。然后以1℃/min的速度升温至160℃，保温2h至固化完全。
4)脱模加工。待模具自然降温至室温后，脱模。若产品内外表面均无明显缺陷，送往加工处进行车铣，加工成为成品。
在本实例中，制作膨胀硅胶软模2使用的金属金属阳模1规格为：小端直径67.5mm，大端直径126mm，高91mm。制得的硅胶软模小端内径67.5mm，大端内径126mm，高91mm，厚21mm。加热时对增强体施加1MPa压力。增强体采用碳纤维编织而成。材料所达到的力学和热性能达到产品使用要求。
实例2
本发明所涉及的硅胶软模辅助VARTM灌注成型方法与实例1中所述方法大同小异，相同步骤不再赘述。其不同点在于：
制作绝热扩散段使用的增强体为碳纤维和高硅氧纤维复合编织成型，其中碳纤维厚15mm，高硅氧纤维覆于碳纤维外侧，厚5mm。
成型硅胶软模使用的金属阳模1小端直径66.5mm，大端直径125mm，高91mm，制得的硅胶软模厚22mm。
硅胶软模辅助VARTM灌注成型方法与实例1相同，在此不再赘述。其不同点在于：
步骤1)中选取模具金属阳模1小端直径66.5mm，大端直径125mm，高91mm。对金属模具涂覆脱模剂三次。制作时将R-311(A)和R-311(B)两种硅胶组分按照质量比为10∶1的比例进行混合。将R-311(A)和R-311(B)两组分混合完成后，在真空状态下除去硅胶中混杂的空气，以使制得的软模没有缺陷。混合硅胶真空条件下除尽空气后，将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满。烘箱中60℃静置固化5h，成型为硅胶软模。上述的膨胀硅胶软模2，固化完成后对金属阳模1进行脱模，软模不与金属阴模分离，结合在一起直接构成复合阴模。
步骤2)中灌注过程与实例1完全相同，不多加赘述。
步骤3)中待完成树脂灌注后对增强体进行加热固化。在烘箱中加温固化，按照2.5℃/min的升温速率由室温升温至120℃，此温度下保持1.5h。此时观察连接在模具外侧的压力表，压力表指针显示模具内部硅胶软模对增强体施加2MPa压力。
待树脂凝胶后，按照1.5℃/min的升温速率升温至140℃，在此温度下保温2h。然后以1℃/min的速度升温至160℃，保温2h至固化完全。
步骤4)中脱模加工过程与实例1完全相同，不多加赘述。
实例3
本发明所涉及的硅胶软模辅助VARTM灌注成型方法与实例1中所述方法大同小异，相同步骤不再赘述。其不同点在于：
制作绝热扩散段使用的增强体为高硅氧纤维编织成型，其中碳纤维厚20mm。
成型硅胶软模使用的金属阳模1小端直径64.5mm，大端直径123mm，高91mm，制得的硅胶软模厚24mm。
硅胶软模辅助VARTM灌注成型方法与实例1相同，在此不再赘述。其不同点在于：
步骤1)中选取模具金属阳模1小端直径64.5mm，大端直径123mm，高91mm。对金属模具涂覆脱模剂三次。制作时将R-311(A)和R-311(B)两种硅胶组分按照质量比为10∶1的比例进行混合。将R-311(A)和R-311(B)两组分混合完成后，在真空状态下除去硅胶中混杂的空气，以使制得的软模没有缺陷。混合硅胶真空条件下除尽空气后，将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满。烘箱中60℃静置固化5h，成型为硅胶软模。上述的膨胀硅胶软模2，固化完成后对金属阳模1进行脱模，软模不与金属阴模分离，结合在一起直接构成复合阴模。
步骤2)中灌注过程与实例1完全相同，不多加赘述。
步骤3)中待完成树脂灌注后对增强体进行加热固化。在烘箱中加温固化，按照2.5℃/min的升温速率由室温升温至120℃，此温度下保持1.5h。此时观察连接在模具外侧的压力表，压力表指针显示模具内部硅胶软模对增强体施加2.5MPa压力。
待树脂凝胶后，按照1.5℃/min的升温速率升温至140℃，在此温度下保温2h。然后以1℃/min的速度升温至160℃，保温2h至固化完全。
步骤4)中脱模加工过程与实例1完全相同，不多加赘述。
上述实例中所述的RTM酚醛树脂为北京玻钢院复合材料有限公司自行生产。
通过上述具体实施例可以看出，本发明在VARTM成型过程中使用膨胀硅胶软模2；克服了单纯使用VARTM成型工艺中气泡不易排出、制品纤维含量低等缺陷，提高了绝热扩散段的纤维体积分数、构件致密性和表面质量，最终提高力学性能；其中，硅胶软模的作用是在加热状态下发生膨胀，对绝热扩散段增强体3施加压力，加压除去多余树脂，从而提高纤维含量和构件致密性。在金属阴模上加装压力表外侧安装压力表，可以实时观察模具内部压力变化。减少阴模的分模数量，提高了模具密封性能和装配精度，降低模具加工费用。本发明工艺简单，不需另外增加太多成本，利用现有技术即可加工成型，有良好的应用前景，有利于推广实施。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，包括以下步骤：
将绝热扩散段增强体放置在膨胀硅胶软模内，其中，所述绝热扩散段增强体套装在金属阳模上，将复合阴模套装在绝热扩散段增强体上；
对绝热扩散段增强体灌注耐烧蚀树脂；
对模具加热，膨胀硅胶软模在加热过程中膨胀挤压所述绝热扩散段增强体；
所述膨胀硅胶软模由以下步骤制作而成：
液态硅胶A和液态硅胶B按照质量比为10∶1的比例进行混合；
在混合后，放置在真空状态下除去硅胶中混杂的空气；
将其缓慢注入金属模具型腔至型腔填满，室温静置固化三天或60℃固化5h，成型为膨胀硅胶软模；
固化完成后对阳模进行脱模，硅胶软模不与金属阴模分离，组合在一起直接构成复合阴模。
2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，所述膨胀硅胶软模为空心圆台轮廓，小端内径64.5mm～67.5mm，大端内径123mm～126mm，高91mm，厚21mm～24mm；所述硅胶浇注所用阳模为实心圆台结构，小端直径64.5mm～67.5mm，大端直径123mm～126mm，高91mm。
3.根据权利要求1所述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，所述绝热扩散段增强体材料可采用石英纤维、玄武岩纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳纤维或高硅氧纤维中的任意一种；所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂或混合聚硅氮烷树脂中的任一种。
4.根据权利要求3所述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，所述绝热扩散段增强体为碳纤维增强体或高硅氧纤维增强体，其经纱密度为10根/cm，纬纱密度为3.2根/cm；或所述绝热扩散段增强体为碳纤维和高硅氧纤维复合结构的增强体，采用先用碳纤维编织15mm厚，之后用高硅氧纤维在碳纤维外侧编织5mm的方式制成。
5.根据权利要求4所述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
6.根据权利要求4所述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，所述绝热扩散段增强体的体积密度在0.75g/cm3-0.85g/cm3。
7.根据权利要求1所述的固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法，其特征在于，还包括在复合阴模外侧安装压力表，其最大量程为5MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410005901.XA CN104760303B (zh) | 2014-01-07 | 2014-01-07 | 一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410005901.XA CN104760303B (zh) | 2014-01-07 | 2014-01-07 | 一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104760303A CN104760303A (zh) | 2015-07-08 |
| CN104760303B true CN104760303B (zh) | 2018-10-19 |
Family
ID=53642552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410005901.XA Expired - Fee Related CN104760303B (zh) | 2014-01-07 | 2014-01-07 | 一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104760303B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109382947A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-26 | 西安长峰机电研究所 | 一种硅橡胶软模加压绝热层粘接成型方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101080313A (zh) * | 2004-12-16 | 2007-11-28 | 斯奈克玛动力部件公司 | 通过树脂传递模塑使纤维结构致密化用于制作复合材料的厚部件 |
| CN102294831A (zh) * | 2011-09-15 | 2011-12-28 | 上海晋飞复合材料科技有限公司 | 预浸料模压成型方法 |
| CN102320139A (zh) * | 2011-06-22 | 2012-01-18 | 航天材料及工艺研究所 | 一种曲线复合材料管成型工艺 |
| CN102935754A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-02-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 航天器壳体材料及其rtm成型工艺和注射成型*** |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7407619B2 (en) * | 2005-09-19 | 2008-08-05 | Unitec Composite Technology Corp. | Method for making bicycle frame by composite material |
| US7712758B2 (en) * | 2006-08-30 | 2010-05-11 | Philip White | Bicycle frame construction |
-
2014
- 2014-01-07 CN CN201410005901.XA patent/CN104760303B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101080313A (zh) * | 2004-12-16 | 2007-11-28 | 斯奈克玛动力部件公司 | 通过树脂传递模塑使纤维结构致密化用于制作复合材料的厚部件 |
| CN102320139A (zh) * | 2011-06-22 | 2012-01-18 | 航天材料及工艺研究所 | 一种曲线复合材料管成型工艺 |
| CN102294831A (zh) * | 2011-09-15 | 2011-12-28 | 上海晋飞复合材料科技有限公司 | 预浸料模压成型方法 |
| CN102935754A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-02-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 航天器壳体材料及其rtm成型工艺和注射成型*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104760303A (zh) | 2015-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101143492A (zh) | 压缩式rtm成型方法 | |
| CN106182804A (zh) | 复合材料管件的成型模具及成型方法 | |
| US20090309268A1 (en) | Method for producing structures of complex shapes of composite materials | |
| US9556555B2 (en) | Method for producing a composite material | |
| CN109177225A (zh) | 碳纤维复合材料闭合异形梁的制造方法 | |
| CN105398064A (zh) | 纤维增强树脂基复合材料圆管的整体成型方法及成型模具 | |
| CN101448631A (zh) | 复合材料加强板的制造方法和如此制成的板材 | |
| CN103057126A (zh) | 大型复合材料整体成型叶片及其成型工艺 | |
| CN102659441B (zh) | 复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料及其制造方法 | |
| CN104175568B (zh) | 制造混凝土泵车用碳纤维臂架的生产方法 | |
| CN104736324A (zh) | 纤维增强塑料的成型方法 | |
| CN104760303B (zh) | 一种固体火箭发动机绝热扩散段灌注方法 | |
| CN108864995B (zh) | 一种多轴向复合材料弯管及制备方法 | |
| CN109282137B (zh) | 一种耐高温高压聚酰亚胺复合材料气瓶及其制备方法 | |
| CN113580612A (zh) | 一种低密度近零烧蚀复合材料成型方法 | |
| AU2011239964B2 (en) | Method and apparatus for moulding parts made from composite materials | |
| CN113696465A (zh) | 空心弧形管状复合材料的制备方法 | |
| TW201338961A (zh) | 複合材料風力機葉片結構及製作方法 | |
| CN108115944A (zh) | 一种复合材料管材与金属管材的连接方法 | |
| CN109282138B (zh) | 一种聚酰亚胺复合材料气瓶及其制备方法 | |
| CN103214847B (zh) | 复合裙整体成型用硅橡胶模具及制备方法 | |
| CN111113954B (zh) | 一种低密度防热复合材料回转体制件的制备方法 | |
| CN110001077A (zh) | 一种碳纤维管件制备装置及方法 | |
| CN104816487A (zh) | 一种基于内压法的风机风扇叶片制造工艺 | |
| CN108911693B (zh) | 一种气凝胶复合材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: BEIJING COMPOSITE MATERIAL Co.,Ltd. Person in charge of patents Document name: Notice of Termination of Patent Rights |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: BEIJING COMPOSITE MATERIAL Co.,Ltd. Person in charge of patents Document name: Notice of Completing the Procedures for Restoring Rights |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181019 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: BEIJING COMPOSITE MATERIAL Co.,Ltd. Person in charge of patents Document name: Notice of Approval for Restoration of Rights Request |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice |