一种一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法技术

本发明专利技术涉及一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法，喷管包括隔热层、柔性层和复合材料壳体，隔热层采用酚醛树脂基复合材料缠绕成型，复合材料壳体为环氧树脂基材料铺放或缠绕型，隔热层与复合材料壳体之间铺设有柔性层，所述柔性层为绝热弹性橡胶材料；界面层采用填充柔性层共固化技术，内结构使用的树脂基体为酚醛树脂，而复合材料壳体采用的树脂基体为环氧改性酚醛树脂，酚醛树脂和环氧改性酚醛树脂以及柔性层在固化时相互渗透、相互扩散，形成酚醛

【技术实现步骤摘要】
一种一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法


[0001]本专利技术专利涉及固体火箭发动机
，具体涉及一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法。

技术介绍

[0002]传统的发动机喷管各功能层和结构层部件采用装配的方式成型，主要包括喉衬、收敛段、背衬、扩散段和结构层分别成型后配车胶接。此种成型方式一方面存在较多的装配间隙，从而容易导致喷管工作过程中蹿气而失效解体；另一方面，此种方式采用金属结构层，其比强度低，从而整个喷管的重量高，降低了火箭的整体运载能力。一体化成型复合材料喷管是解决上述问题的有效方法，使用整体式喷管替代装配式喷管的制作方法，通过使用复合材料结构层替代金属结构层大大降低了喷管的整体重量，采用一体化成型方法较好的解决了装配可能蹿气的风险。如专利CN114198223A中提出了一种一次固化成型的全复合材料，包括喉衬、收敛段、隔热层、内烧蚀层和复合材料壳体，喉衬作为起始面层，收敛段、烧蚀层、隔热层以及复合材料壳体依次由内向外回转成型为喷管，采用过渡结构树脂的共固化技术，形成酚醛
‑
环氧改性酚醛树脂的梯度界面，经历一次固化过程，避免了全复合材料喷管因多次固化导致的各部分热应力不匹配产生的缺陷。
[0003]然而，上述一体化成型的方式固化也有其问题存在，树脂基纤维增强复合材料在固化过程中由于内部出现复杂的温度梯度，因此在结构内产生较大的热应力和变形，且喷管隔热层采用的酚醛树脂复合材料，结构层采用的环氧基复合材料，它们的热膨胀系数不同，不同的高分子基体的粘弹性、弹性模量等都不同，在固化过程中存在热应力不均引起褶皱，固化后受载荷过程中则引起界面应力集中；
[0004]鉴于一体固化成型带来的优点的同时，也存在界面热应力分布不均的导致的问题，亟待找到一种消除界面应力集中的方法来提高喷管工作的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对目前一体化成型复合材料喷管共固化界面产生热应力和变形，采用界面柔性化处理技术，界面层使用能够绝热的弹性橡胶材料，如三元乙丙、丁腈橡胶、硅橡胶等，一次完成复合材料喷管不同结构和功能层的固化，避免了全复合材料喷管因不同结构层材料共固化时而产生界面褶皱及界面间隙和应力集中问题，大大提高了全复合材料喷管的工作可靠性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法，所述喷管包括隔热层、柔性层和复合材料壳体，所述隔热层采用酚醛树脂基复合材料缠绕成型，所述复合材料壳体为环氧树脂基材料铺放或缠绕型，所述隔热层与复合材料壳体之间铺设有柔性层，所述柔性层为绝热弹性橡胶材料；所有缠绕工作完成后，喷管进行整体热压固化成型。
[0007]进一步地，所述绝热弹性橡胶材料包括丁腈橡胶、三元乙丙或硅橡胶中的任意一
种。
[0008]进一步地，所述热压固化成型的固化温度160℃
‑
170℃，固化时间7
‑
8.5小时。
[0009]进一步地，所述隔热层为碳纤维预浸料或布带预浸料斜缠成型。
[0010]进一步地，所述复合材料壳体在隔热层外侧通过碳纤维预浸料或布带预浸料铺放或缠绕成型。
[0011]进一步地，所述柔性层厚度为0.2mm
‑
2mm。
[0012]进一步地，所述隔热层通过预浸料布带平叠缠绕或者以5
°‑
15
°
的缠绕角斜叠缠绕形成。
[0013]进一步地，所述复合材料壳体靠近喷管入口端的一侧设置有法兰。
[0014]本专利技术采用上述技术方案，具有如下有益效果：
[0015]界面层采用填充柔性层共固化技术，内结构使用的树脂基体为酚醛树脂，而复合材料壳体采用的树脂基体为环氧改性酚醛树脂，酚醛树脂和环氧改性酚醛树脂以及柔性层在固化时相互渗透、相互扩散，形成酚醛
‑
橡胶
‑
环氧的梯度界面，柔性橡胶很好的补偿了酚醛和环氧两种树脂因热胀系数不同、固化温度区间不同而带来的空隙以及热应力引起的褶皱，无化学结构性突变，无材料刚度突变，从而使界面强度提高，无脱粘风险。
附图说明
[0016]图1为隔热层缠绕示意图；
[0017]图2为柔性层铺设示意图；
[0018]图3为复合材料壳体铺放示意图；
[0019]图4为添加了柔性层(橡胶)的产品切面图片；
[0020]图5为没有添加柔性层(橡胶)的产品切面图片；
[0021]1‑
缠绕芯模，2
‑
喉衬，3
‑
收敛段，4
‑
烧蚀层，5
‑
隔热层，6
‑
柔性层，7
‑
复合材料壳体。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。
[0023]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]本专利技术提供的一次固化成型的全复合材料发动机喷管的界面柔性处理方法，具体的，全复合材料发动机喷管包括喉衬、收敛段、隔热层、内烧蚀层和复合材料壳体，喉衬安装于缠绕芯模上，模具的外型面与喷管的内型面相匹配；喉衬作为起始面层，收敛段、烧蚀层、隔热层、柔性层以及复合材料壳体依次由内向外回转成型为喷管，在所有缠绕工作完成后整体进行一次热压固化成型；
[0025]喉衬为碳纤维编织整体成型制备成预制件后经化学气相沉积工艺而成的碳碳复合材料；收敛段为碳纤维布带预浸料整体缠绕成型，所用碳纤维布带预浸料使用的树脂基体为酚醛树脂；烧蚀层在喉衬和模具上通过碳纤维布带预浸料缠绕而成，烧蚀层碳纤维布带预浸料使用的树脂基体为酚醛树脂；烧蚀层缠绕方向为从收敛段开始向右缠绕。如图1所示，隔热层在烧蚀层外侧通过纤维或布带预浸料斜缠成型，所用高硅氧布预浸料使用的树脂基体为酚醛树脂；隔热层缠绕方向为从右向左逐渐靠近收敛段进行缠绕。
[0026]如图2所示，在隔热层外侧添加具有绝热性能的柔性层，即当隔热层缠绕完成后，
在其表面铺贴一层丁腈橡胶、三元乙丙或硅橡胶等绝热弹性材料；如图3所示，最后将复合材料壳体在柔性层外侧通过纤维或布带铺放或缠绕成型，所用碳纤维布带预浸料使用的树脂基体为环氧改性酚醛树脂。
[0027]待所有铺贴工作完成后，喷管进行整体热压固化成型，本实施例中固化温度170℃,固化时间7小时。
[0028]依上述的制作方法制作两种产品的实际对比件，两种产品的试验对比件条件如下：
[0029](1)两种产品为同一个规格；
[0030](2)两种产品使用同样规格及批次的原材料；
[0031](3)两种产品使用同样规格的缠绕以及铺放工艺；
[0032](4)一件产品隔热层与复合材料壳体之间铺设0.5mm的824橡胶，另外一件产品在隔热层外侧直接缠绕复合材料壳体，不铺设橡胶；
[0033](5)两种产品同固化条件同炉固化；
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法，所述喷管包括隔热层、柔性层和复合材料壳体，其特征在于，所述隔热层采用酚醛树脂基复合材料缠绕成型，所述复合材料壳体为环氧树脂基材料铺放或缠绕型，所述隔热层与复合材料壳体之间铺设有柔性层，所述柔性层为绝热弹性橡胶材料；所有缠绕、铺设工作完成后，喷管进行整体热压固化成型。2.根据权利要求1所述的一种一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法，其特征在于，所述绝热弹性橡胶材料包括丁腈橡胶、三元乙丙或硅橡胶中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种一体化成型复合材料喷管的界面柔性处理方法，其特征在于，所述热压固化成型的固化温度160℃
‑
170℃，固化时间7
‑
8.5小时。4.根据权利要求1所述的一种一体化成型复合材料喷管的界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖俊，冯栩声，黄驰，胡铭杰，尹佶欣，
申请(专利权)人：湖北航泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：