一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺，包括：1）芯模制造，2）前后裙成型，3）壳体缠绕成型，4）固化，5）脱模，6）绝热层成型，7）检测。本发明专利技术解决了壳体表面耐高温、内部承压、一定的结构刚度和结构强度高与材料密度小的问题，同时还能减少壳体的成本与重量。同时还能减少壳体的成本与重量。同时还能减少壳体的成本与重量。

【技术实现步骤摘要】
一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺


[0001]本专利技术涉及航天发动机
，特别涉及一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺。

技术介绍

[0002]21世纪，火箭发动机是各种导弹武器的主要动力装置，在航空航天领域也有相当广泛的应用，壳体的特点是结构简单，因其有机动，可靠，易于维修等一系列优点，非常适合现代化战争和航天事业的需要，但是固体火箭发动机部件在工作中要承受高温，高压和化学气氛下各种复杂载荷作用，因此固体火箭发动机壳体耐高温，高压是一个技术难题。
[0003]目前环氧树脂基复合材料仍是高性能树脂基中最为普通的复合材料，常用的纤维是碳纤维、碳化硅纤维、氧化钴纤维、硼纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等高性能增强纤维，这些广泛的使用高性能环氧树脂基体来形成先进复合材料，这些复合材料具有更高的强度和刚度。环氧树脂由于性能优异，数十年来都是火箭发动机壳体用贴合材料树脂基体的主体，这些年来曾经历过刚性环氧
‑
柔性环氧
‑
刚性环氧的再认识过程，但居主导地位的向来是刚性双酚A二缩水甘油醚的环氧化合物。环氧树脂的固有缺点是耐冲击损伤能力差，耐热性能较低，火箭发动机在高速下飞行，外表面必须良好绝热，以防备气动加热影响，这样则加大了发动机的惰性质量。发动机的缠绕方法一般采用湿法缠绕的方法进行缠绕，湿法缠绕的工艺设备比较容易，对原料要求不严，便于可选用不同材料，因纱带浸胶后即将缠绕，对纱带的质量不易操纵与检验，同时胶液中存在大量溶剂，固化时易产生气泡，缠绕过程中纤维的张力也不易控制，但生产效率很高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术缺陷，提供一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺，解决了壳体表面耐高温、内部承压、一定的结构刚度和结构强度高与材料密度小的问题，同时还能减少壳体的成本与重量。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺，包括以下步骤：1）芯模制造：芯模采用可溶砂芯，采用耐高温改性聚乙醇与细砂混合，表面涂抹模型石膏粉；2）前后裙成型：采用双马预浸料按一定角度铺贴后热压罐成型方式进行制备，预浸料按一定比例铺贴在模具表面，通过模具确定其内型面尺寸，外部尺寸留余量；3）壳体缠绕成型：缠绕层结构成型采用湿法缠绕，将纤维纱浸渍双马树脂，缠绕时树脂采用油浴加热，纤维浸渍后缠绕到壳体前在导丝嘴上加热，贴合粘接到芯模上；采用四轴缠绕机，使用螺旋缠绕成型方式成型，芯模绕自轴转动，导丝头按特定的速度沿芯模轴线方向往复运动；壳体缠绕成型包括裙内缠绕、上裙及裙外缠绕，裙内缠绕是通过纵向与环向通过一定比例交错缠绕后预固化成型；上裙通过上裙工装及检测设备安装前后裙到壳体表
面；裙外缠绕通过一定层数的环向缠绕烘箱固化成型；4）固化：壳体使用碳纤维和双马树脂进行缠绕，固化过程中采用常压加热固化，壳体入烘箱固化，采用循环风加热烘箱进行固化，并在烘箱使壳体旋转；5）脱模：水溶性芯模用水冲洗进行脱模，脱模时按照芯模装配时的顺序反方向对其依次拆除，然后用水冲洗、清理型砂；6）绝热层成型：包括前后封头成型，柱段成型及加强层成型，绝热封头成型是通过将三元乙丙橡胶放入封头模具中模压成型；柱段成型时通过内铺橡胶，气囊固化成型；加强层是通过铺贴在平板模具上热压罐成型；最后将封头与加强层一起放入壳体内部气囊固化成型；7）检测：对壳体进行尺寸检测、无损检测、气密检测和壳体水压实验。
[0006]作为本专利技术的进一步限定，所述步骤1）具体包括：1
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1）按照工装图纸将芯轴及其附件安装到位；1
‑
2）在芯轴表面用麻绳缠满绕紧；1
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3）麻绳表面覆盖型砂，压实成型；1
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4）型砂固化成型，出炉后对缺料、裂纹进行修补，然后再固化成型150度24h，直至表面无缺陷；1
‑
5）固化成型的砂芯模按芯模图纸进行机加，检查表面无裂纹、缺料，若有，进行修补，然后固化成型150度24h，直至表面无缺陷；1
‑
6）前后接头安装：在砂芯模表面铺贴一层脱膜布，对脱膜布进行压实；将前后接头安装在砂芯模上，确保前后接头与砂芯模贴合到位；采用专用工装定位前后封头法兰面，约束前后接头轴向位移与径向位移；1
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7）检验外形满足图纸要求后转缠绕。
[0007]作为本专利技术的进一步限定，所述步骤3）具体包括：3
‑
1）裙内缠绕：纵向层采用
±
30
°
进行缠绕，纵向与环向均采用纱数为6，纱片展开宽度为18mm进行缠绕，纱厚为0.15mm；纵向层数为14，环向层数为14层，纵向缠绕层纤维纱厚度为2.1mm，环向缠绕层纤维纱厚度为2.1mm，缠绕复材层厚度7mm；缠绕过程分为两次缠绕，上裙前与上裙后缠绕；3
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2）裙内补强：根据筒体强度分析报告中指出的应变较大区域，接头结构部分刚度的差异，并结合实际可执行的操作位置的准确性，确定前后封头补强区域，以前后封头柱段两侧为起始点，沿赤道向两侧极孔方向，采用平纹布进行补强；裙内缠绕完成后，利用上裙工装将裙安装到缠绕筒体上；3
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3）裙外缠绕：缠绕前进行尺寸测量，调整缠绕设备的参数；环缠前，利用上裙工装将裙安装到缠绕筒体上进行固定，然后检测形位公差满足要求后进行环缠；根据计算结果，轴向补强需1.5mm，根据壳体尺寸要求及壳体技术条件，环向层缠绕采用纱数为6，纱片展开宽度为18mm进行缠绕，单层厚度为0.15mm；在环向缠绕时，将碳纤维双马复合材料单向预浸料依次铺放到缠绕壳体上，用环缠压实；3
‑
4）电缆及电缆支撑座安装：在裙外环向六层后，将电缆用玻璃纤维布双马预浸料包覆，按要求的位置预定型固化壳体表面，将电缆支撑座预定型固定在相应位置，再次环缠一层，结束缠绕。
[0008]作为本专利技术的进一步限定，所述步骤6）具体包括：6
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1）筒体内表面吹砂：吹砂压力为0.1MPa，砂粒100目，角度为30~60度，喷嘴距复材距离250mm，移动速度为1m/min，进行吹砂，使复材表面呈现毛面；6
‑
2）清理、烘干：对吹砂表面进行清理并烘干；6
‑
3）橡胶铺贴：将壳体放置在专用托架上，并固定；对铺贴部位刷橡胶专用胶黏剂，晾干后铺贴绝热片，从前接头处开始铺贴，先贴前接头，然后筒段，最后铺贴后接头，顺气流搭接；若铺贴层数超过三层，需预成型一次，预成型时将筒段内部与外部整包打真空袋，抽真空压实，铺贴时对接缝进行粘接，压实、赶气；铺贴盖层前在脱开位置铺贴聚四氟乙烯胶带；6
‑
4）硫化：铺贴完成后，将筒段内部与外部整包打真空袋，抽真空压实，并进热压罐打压0.6MPa，加热加压150度硫化；6
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5）检验：硫化完成后，拆除真空袋，进行尺寸检测和无损检测。
[0009]作为本专利技术的进一步限定，所述壳体包括前后接头、前后裙、缠绕层和绝热层。
[0010]本专利技术采用以上技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：1）芯模制造：芯模采用可溶砂芯，采用耐高温改性聚乙醇与细砂混合，表面涂抹模型石膏粉；2）前后裙成型：采用双马预浸料按一定角度铺贴后热压罐成型方式进行制备，预浸料按一定比例铺贴在模具表面，通过模具确定其内型面尺寸，外部尺寸留余量；3）壳体缠绕成型：缠绕层结构成型采用湿法缠绕，将纤维纱浸渍双马树脂，缠绕时树脂采用油浴加热，纤维浸渍后缠绕到壳体前在导丝嘴上加热，贴合粘接到芯模上；采用四轴缠绕机，使用螺旋缠绕成型方式成型，芯模绕自轴转动，导丝头按特定的速度沿芯模轴线方向往复运动；壳体缠绕成型包括裙内缠绕、上裙及裙外缠绕，裙内缠绕是通过纵向与环向通过一定比例交错缠绕后预固化成型；上裙通过上裙工装及检测设备安装前后裙到壳体表面；裙外缠绕通过一定层数的环向缠绕烘箱固化成型；4）固化：壳体使用碳纤维和双马树脂进行缠绕，固化过程中采用常压加热固化，壳体入烘箱固化，采用循环风加热烘箱进行固化，并在烘箱使壳体旋转；5）脱模：水溶性芯模用水冲洗进行脱模，脱模时按照芯模装配时的顺序反方向对其依次拆除，然后用水冲洗、清理型砂；6）绝热层成型：包括前后封头成型，柱段成型及加强层成型，绝热封头成型是通过将三元乙丙橡胶放入封头模具中模压成型；柱段成型时通过内铺橡胶，气囊固化成型；加强层是通过铺贴在平板模具上热压罐成型；最后将封头与加强层一起放入壳体内部气囊固化成型；7）检测：对壳体进行尺寸检测、无损检测、气密检测和壳体水压实验。2.根据权利要求1所述的一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺，其特征在于，所述步骤1）具体包括：1
‑
1）按照工装图纸将芯轴及其附件安装到位；1
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2）在芯轴表面用麻绳缠满绕紧；1
‑
3）麻绳表面覆盖型砂，压实成型；1
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4）型砂固化成型，出炉后对缺料、裂纹进行修补，然后再固化成型150度24h，直至表面无缺陷；1
‑
5）固化成型的砂芯模按芯模图纸进行机加，检查表面无裂纹、缺料，若有，进行修补，然后固化成型150度24h，直至表面无缺陷；1
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6）前后接头安装：在砂芯模表面铺贴一层脱膜布，对脱膜布进行压实；将前后接头安装在砂芯模上，确保前后接头与砂芯模贴合到位；采用专用工装定位前后封头法兰面，约束前后接头轴向位移与径向位移；1
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7）检验外形满足图纸要求后转缠绕。3.根据权利要求1所述的一种双马树脂碳纤维缠绕固化成型工艺，其特征在于，所述步骤3）具体包括：3
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1）裙内缠绕：纵向层采用

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，魏加朝，杨恒，汤伟，章熠文，
申请(专利权)人：江苏新扬新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：