一种热防护舱段及其RTM成型方法、阴模与流程

一种热防护舱段及其rtm成型方法、阴模
技术领域
[0001]
本发明涉及脂基热防护材料成型技术领域，尤其涉及一种热防护舱段及其rtm成型方法、阴模。


背景技术：

[0002]
超音速和高超音速巡航导弹热防护技术是保证航天器在上升段和再入段的外部加热环境下不至于发生过热和烧毁的一项关键技术，同时也是保证导弹在气动加热环境下正常工作和保证火箭发动机在严重的内部加热环境下正常工作的一项关键技术。热防护的目的是设计吸收或耗散气动加热，实现热防护关键技术是各种防热结构和材料的选用。
[0003]
根据热防护材料的刚柔性可以把热防护材料分为刚性热防护材料和柔性热防护材料。纺织刚性热防护材料主要是指用作各种在高温条件下工作的结构件与非结构件热防护层的高性能纤维材料或与高性能树脂组合而形成的纤维复合材料。
[0004]
树脂传递模塑(resin transfer molding,简称rtm)工艺是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法，是一种闭模成型技术，具有成型后的产品外观质量好、可整体成型、低成本等特性。通过树脂传递模塑工艺可实现纺织刚性热防护材的整体成型，区别于传统的分块成型、粘接、修配等工艺弊端，该成型方法(参见公开号为cn110978568a，名称为“一种纺织刚性热防护材料及其rtm成型方法”的中国发明专利)制备的无机酚醛气凝胶热防护舱段以低密度纤维预制体为增强体、酚醛树脂为基体、树脂传递模塑技术为成型工艺，整体成型出的热防护舱段密度低、隔热及耐热性能优异，对温度、压力及气流冲刷的变化都显示出特有的性能稳定性，是新一代热防护舱段产品。
[0005]
针对该新一代热防护舱段产品，相对接的防护舱段的对接处(相对接的端部外型面)在理论上尺寸是一致的，但由于酚醛树脂的固化收缩特性，纺织刚性热防护舱段成型后存在不同程度的变形。组装后，在飞行方向上，若位于前侧的纺织刚性热防护舱段的后端外型尺寸小于在后纺织刚性热防护舱段前端的尺寸(前侧热防护舱段的后端收缩量大于后侧热防护舱段前端的收缩量)，则两者对接处会产生逆气流阶差，逆气流阶差会对超音速和高超音速巡航导弹的飞行产生不利影响。


技术实现要素：

[0006]
(一)要解决的技术问题
[0007]
本发明的第一个目的是提供一种热防护舱段rtm成型方法，制备的热防护舱段能够有效避免出现逆气流阶差，工艺简单、成本较低、不影响现有成型方法的实施，利于推广使用，并且可根据需要方便的调整预占位的尺寸，通用性强。
[0008]
本发明的第二个目的是提供热防护舱段，其前端的外型尺寸小于理论值，与位于前侧(飞行方向上)的热防护舱段的后端对接时，能够避免出现逆气流阶差。
[0009]
本发明的第三个目的是提供一种热防护舱段成型阴模，结构简单，可以在现有阴模的基础上改动得到，不影响成型模具中其他部件的使用和配合，能够有效降低成本，并且
可根据需要方便的调整预占位的尺寸，通用性强。
[0010]
(二)技术方案
[0011]
为了实现上述第一个目的，第一方面，本发明提供了一种热防护舱段rtm成型方法，包括装模步骤、注胶步骤和固化步骤，在装配步骤之前，对阴模的成型腔的前端进行预占位处理，预占位处理包括以下步骤：
[0012]
根据需要在成型腔预占位的径向尺寸和轴向尺寸制备相应数量和尺寸的单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布在成型腔轴向上的尺寸均不相同；
[0013]
将多块单面带胶脱模布分层贴覆在阴模的成型腔的前端，在分层贴覆单面带胶脱模布时，按其在成型腔轴向上的尺寸大小，由小到大由阴模的成型腔依次贴覆，贴覆完成后，单面带胶脱模布在阴模的成型腔的周向上覆盖阴模的成型腔前端，且各层单面带胶脱模布的前端均与阴模的成型腔前端对齐，后端在成型腔轴向上延伸长度逐层增加。
[0014]
优选地，在贴覆单面带胶脱模布之前，对需要贴覆单面带胶脱模布的成型腔区域进行喷砂处理，对成型腔的非喷砂区域进行遮挡处理。
[0015]
优选地，在喷砂完成后，用丙酮或酒精清洗喷砂区域的杂质，然后拆除非喷砂区域的遮挡。
[0016]
优选地，采用透明胶带对非喷砂区域进行遮挡。
[0017]
优选地，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm。
[0018]
优选地，单面带胶脱模布的相邻层其后端在成型腔轴向上的延伸长度相差8～10mm。
[0019]
为了实现本发明第二个目的，第二方面，本发明提供了一种热防护舱段，采用本发明任一种热防护舱段的rtm成型方法制得。
[0020]
为了实现本发明的第三个目的，第三方面，本发明提供了一种热防护舱段成型的阴模，在阴模的成型腔前端设有预占位部，预占位部包括多层单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布的前端与成型腔的前端对齐，每层单面带胶脱模布的后端在成型腔的轴向上的延伸尺寸均不相同，且由里层到外层逐层增加。
[0021]
优选地，阴模包括多个阴模模块，每个阴模模块的内壁前端设有一预占位部模块；
[0022]
当多个阴模模块环绕阴模的中心轴线组装形成具有与热防护舱段的外型面相匹配的成型腔，多个预占位部模块组装形成预占位部。
[0023]
优选地，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm；和/或
[0024]
相邻层的单面带胶脱模布其后端在成型腔轴向上的延伸长度相差8～10mm。
[0025]
(三)有益效果
[0026]
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的热防护舱段rtm成型方法，在装模步骤前，对阴模的成型腔的前端进行预占位，得到的热防护舱段，其前端外型尺寸小位于前侧的待对接的热防护舱段后端外型尺寸，且通过预占位缩小的尺寸由前端至后端过渡平滑，对接安装后能够有效避免在两段热防护舱段的对接处出现逆气流阶差，工艺简单、成本较低、不影响现有成型方法的实施，利于推广使用，并且可根据需要方便的调整预占位的尺寸，通用性强。
[0027]
本发明提供的热防护舱段成型阴模，阴模的成型腔前端设有预占位部，预占位部包括多层单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布的前端与成型腔的前端对齐，每层单面带
胶脱模布的后端在成型腔的轴向上的延伸尺寸均不相同，且由里层到外层逐层增加，通过此阴模成型的热防护舱段其前端外型尺寸小位于前侧的待对接的热防护舱段后端外型尺寸，且通过预占位缩小的尺寸由前端至后端过渡平滑，对接安装后能够有效避免在两段热防护舱段的对接处出现逆气流阶差，结构简单，可以在现有阴模的基础上改动得到，不影响成型模具中其他部件的使用和配合，能够有效降低成本，并且可根据需要方便的调整预占位的尺寸，通用性强。
[0028]
本发明提供的热防护舱段，其前端的外型尺寸小于理论值，与位于前侧(飞行方向上)的热防护舱段的后端对接时，能够避免出现逆气流阶差。
附图说明
[0029]
本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
[0030]
图1是本发明实施例一中一种阴模的半剖示意图；
[0031]
图2是图1的a部放大示意图；
[0032]
图3是本发明实施例一中另一种阴模的前端正视示意图；
[0033]
图4是本发明实施例一中一种热防护舱段的结构示意图；
[0034]
图5是图4的b部放大示意图。
[0035]
图中：1：阴模；11：上阴模模块；12：下阴模模块；13：左阴模模块；14：右阴模模块；
[0036]
2：预占位部；21：上预占位部模块；22：下预占位部模块；23：左预占位部模块；24：右预占位部模块。
[0037]
3、热防护舱段；
具体实施方式
[0038]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
本发明中所述的前端是指在飞行时位于前侧的一端，位于前侧的热防护舱段是指在飞行是，位于前侧的热防护舱段。
[0040]
实施例一
[0041]
参见图1-图3所示，本发明实施例提供的热防护舱段成型模具的阴模1，在阴模2的成型腔前端设有预占位部2，该预占位部2包括多层单面带胶脱模布，例如，两层、三层、四层、五层、六层、七层、八层、九层等，每层单面带胶脱模布的前端与型腔的前端对齐，每层单面带胶脱模布的后端在型腔的轴向上的延伸尺寸均不相同，且由里层到外层逐层增加。
[0042]
使用时，将纤维预制体套在阳模上，然后将阴模套在纤维预制体上，将成型模具的其它部分装配完成，注胶固化后得到热防护舱段，利用高纤维材料的可压缩特性，使用本发明的阴模2能够使成型的热防护舱段的前端预占位部2所覆盖区域的外型面轮廓尺寸较理论值偏小，以抵消与该热防护舱段的前端对接的前侧热防护舱段变形产生的对接逆气流公差，利用该阴模1成型的热防护舱段的前端与位于前侧(飞行方向上)的热防护舱段的后端
对接时，后侧热防护舱段的前端外径小于前侧热防护舱段的后端外径，从而避免在两段热防护舱段的对接处出现逆气流阶差。
[0043]
在一些优选地实施方式中，阴模1包括多个阴模模块，每个阴模模块的内壁前端设有一预占位部模块。当多个阴模模块环绕阴模1的中心轴线组装形成具有与热防护舱段的外型面相匹配的型腔，多个预占位部模块组装形成预占位部2。
[0044]
在一个具体地实施方式中，参见图3所示，阴模1包括四个阴模模块，分别为上阴模模块11、下阴模模块12、左阴模模块13和右阴模模块14，而在上阴模模块11、下阴模模块12、左阴模模块13和右阴模模块14的内壁相对应有贴覆有一预占位部模块，分别为上预占位部模块21、下预占位部模块22、左预占位部模块23和右预占位部模块24，当组装完成后，上阴模模块11、下阴模模块12、左阴模模块13和右阴模模块14环绕阴模的中心轴线组成一个锥圆筒形状的阴模，内侧具有与热防护舱段的外型面相匹配的成型腔，在此同时，上预占位部模块21、下预占位部模块22、左预占位部模块23和右预占位部模块24组装成预占位部2。分块组装的方式，方便预占位部的安装贴覆，同时也方使在成型时阴模的安装的拆卸。
[0045]
在一个优选地实施方式中，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm，便于多层重叠平滑过渡设置，有利于热防护舱段的前端外型面的平滑过渡成型。
[0046]
在一个优选地实施方式中，预占位部2具有八层单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm，即成型腔在径向上的预占位尺寸为0.8mm，在考虑到前侧热防护舱段收缩变形的情况，仍能够使位于后侧的热防护舱段的前端外型尺寸小于变形后的前侧热防护舱段前端外型尺寸，避免在对接处产生逆气流阶差。
[0047]
在一个优选地实施方式中，单面带胶脱模布的相邻层其后端在成型腔轴向上的延伸长度相差8～10mm，有利于热防护舱段的前端外型面的平滑过渡成型，进一步地避免在对接处产生逆气流阶差。
[0048]
在一个具体的实施方式中，预占位部2包括八层单面带胶脱模布，预占位部2在阴模1成型腔的轴向上的预占尺寸为80mm，采用八层单面带胶脱模布，由里层至外层，其在成型腔的轴向上的尺寸依次为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm和80mm，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm。八层单面带胶脱模布的前端与阴模1的前端对齐，八层单面带胶脱模布的后端，由里至外由第二层开始，每层比上一层多10mm。
[0049]
在另一个具体地实施方式中，参见图2所示，预占位部2包括四层单面带胶脱模布，预占位部2在阴模1成型腔的轴向上的预占尺寸为37mm，采用四层单面带胶脱模布，由里层至外层，其在成型腔的轴向上的尺寸依次为10mm、19mm、28mm和37mm，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm。四层单面带胶脱模布的前端与阴模1的前端对齐，四层单面带胶脱模布的后端，由里至外由第二层开始，每层比上一层多9mm。
[0050]
在具有多个阴模模块的实施方式中，每个阴模模块分别贴覆单面带胶脱模布，例如，预占位部2的单面带胶脱模布具有五层，在轴向上长度分别为15mm、23mm、31mm、39mm和47mm，阴模1有四个阴模模块组成，则需要20块单面带胶脱模布，其中轴向上尺寸为15mm、23mm、31mm、39mm和47mm各有四块。
[0051]
需要说明的是，本发明中热防护舱段成型模具的其他结构，例如阳模等采用现有技术即可，在此不再赘述。
[0052]
实施例二
[0053]
本实施例二提供的热防护舱段的rtm成型方法，包括装模步骤、注胶步骤和固化步骤，在装配步骤之前，对阴模的成型腔的前端进行预占位处理，预占位处理包括以下步骤：
[0054]
根据需要在成型腔预占位的径向尺寸和轴向尺寸制备相应数量和尺寸的单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布在成型腔的轴向尺寸均不相同。
[0055]
将多块单面带胶脱模布分层贴覆在阴模的成型腔的前端，在分层贴覆单面带胶脱模布时，按其在成型腔轴向上的尺寸大小，由小到大由阴模的成型腔依次贴覆，贴覆完成后，单面带胶脱模布在阴模的成型腔的周向上覆盖阴模的成型腔前端，且各层单面带胶脱模布的前端均与阴模的成型腔前端对齐，后端在成型腔轴向上延伸长度逐层增加。该方法制备的热防护舱段在组装时，其前端与前侧热防护舱段的后端对接，后侧热防护舱段的前端外径小于前侧热防护舱段的后端外径，从而避免在两段热防护舱段的对接处出现逆气流阶差。
[0056]
在一些优选地实施方式中，在贴覆单面带胶脱模布之前，对需要贴覆单面带胶脱模布的成型腔区域进行喷砂处理，对成型腔的非喷砂区域进行遮挡处理，能够使单面带胶脱模布贴覆更牢固。
[0057]
在一些优选地实施方式中，喷砂完成后，用丙酮或酒精清洗喷砂区域的杂质，然后拆除非喷砂区域的遮挡，能够有效的去除喷砂产生杂质，进一步增加单面带胶脱模布贴覆牢固性。
[0058]
在一些优选地实施方中，阴模的非喷砂区域采用透明胶带遮挡。
[0059]
在一个具体地实施方式中，方法包括以下步骤：
[0060]
a.对舱段成型阴模前端面72mm区域进行喷砂处理，喷砂过程中非喷砂区域粘贴透明胶带进行保护；
[0061]
b.比照阴模成型腔前端10mm、19mm、28mm、37mm、46mm、55mm、64mm、73mm区域裁剪单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm；
[0062]
c.用丙酮或酒精清洗前端面80mm喷砂区域；
[0063]
d.将裁剪好的单面带胶脱模布粘贴在阴模成型腔前端面处，粘贴先后顺序为宽度10mm、19mm、28mm、37mm、46mm、55mm、64mm、73mm的单面带胶脱模布，每块单面带胶脱模布的前端均和阴模成型腔前端面边缘对齐。
[0064]
贴覆预占位部之后，进行装模、注胶、固化等步骤，需要说明的是，热防护舱段的装模、注胶、固化等步骤均为现有技术，在此不再赘述。
[0065]
在一些优选实施方式中，进行预占位处理量，贴覆八层单面带胶脱模布，每层单面带胶脱模布的厚度为0.1mm，即成型腔在径向上的预占位尺寸为0.8mm，在考虑到前侧热防护舱段收缩变形的情况，仍能够使位于后侧的热防护舱段的前端外型尺寸小于变形后的前侧热防护舱段前端外型尺寸，避免在对接处产生逆气流阶差。
[0066]
优选地，面带胶脱模布的相邻层其后端在成型腔轴向上的延伸长度相差8～10mm，有利于热防护舱段的前端外型面的平滑过渡成型，进一步地避免在对接处产生逆气流阶差。
[0067]
实施例三
[0068]
参见图4和图5所示，本实施例三提供的热防护舱段3可以采用实施例二中任一种成型方法制得，热防护舱段3包括锥圆筒状的纤维预制体和与纤维预制体复合的树脂材料。
优选地，纤维预制体为由纤维编织物构成的多层复合结构，复合方法可以为针刺法、叠层缝合法、细编穿刺法中任一种。更优选地，纤维编织物可采用石英纤维纺织织物或者玻璃纤维纺织织物制得。
[0069]
参见图4和图5所示，图中虚线部分为其前端外型面理论上所在的位置。
[0070]
综上所述，本发明通过上述成型方法、对阴模前端进行预占位，利用纤维材料的可压缩特性，得到的热防护舱段，其前端外型尺寸小位于前侧的待对接热防护舱段后端的外型尺寸，且通过预占位缩小的尺寸由前端至后端过渡平滑，对接安装后能够有效避免在两段热防护舱段的对接处出现逆气流阶差，并且成型方法的工艺简单，对现有工艺改动较小，不影响现有成型方法的实施，利于推广使用，并且可根据需要方便的调整预占位的尺寸，通用性强。阴模的结构简单，可以在现有阴模的基础上改动得到，不影响成型模具中其他部件的使用和配合，能够有效降低成本，并且也可根据需要方便的调整预占位的尺寸，通用性强。
[0071]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0072]
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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