一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头制作方法与流程

[0001]
本发明涉及一种火箭发动机壳体，特别涉及一种火箭发动机壳体绝热封头。


背景技术：

[0002]
随着复合材料行业的发展，固体火箭发动机壳体燃烧室材料不断更新，由原来的金属材料逐渐替代为大比例复合材料，由于复合材料具有高的比强度、比刚度及其优越的抗内压能力。发动机绝热封头的主要作用有：防止高温燃气烧坏壳体结构缠绕层、缓冲推进剂燃烧时的应力传递、对整个发动机壳体起到密封作用；并且绝热后封头属于整个发动机受内压力最大的地方，对其结构强度、耐烧蚀能力有较大要求。
[0003]
目前主流发动机壳体绝热封头主要采用半金属半复合材料组合成型，导致整个发动机壳体的金属比例居高不下、壳体整体重量减轻难以实现，因此，用高性能、适合的复合材料代替金属材料成为绝热封头的结构层是大家都要解决的问题。现有技术中公开了一种接头法兰的制备方法，其公开号为：cn109203510b，该接头耐高温性能较差。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头制作方法，大大提升其耐热性能和耐压性能。
[0005]
本发明的目的是这样实现的：一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头制作方法，所述复合材料绝热封头包括复合材料接头，所述复合材料接头的顶面及内周面铺贴有绝热橡胶层，所述绝热橡胶层内嵌入有耐烧蚀编织层，所述复合材料接头制作方法包括以下步骤：1）接头制作：使用碳纤维预浸料通过铺层固化工艺进行接头制作；2）准备原料：使用裁剪机裁切好待铺贴的橡胶料片，并进行倒角；3）铺贴：在铺贴绝热橡胶层用模具的下模中由下至上依次铺贴第一橡胶层、第二橡胶层以及第三橡胶层，在铺贴第一橡胶层过程中放入所述接头，在铺贴第二橡胶层与第三橡胶层过程之间放入编织层；4）合模：铺贴完成后，进行合模；5）固化：使用热压机对其进行加热固化，并控制加热参数；6）脱模：得到复合材料绝热封头，脱模后检查固化是否到位，若未到位，则测出对四周的厚度差、标记并记录。
[0006]
为了保证前后封头绝热橡胶性能不受脱膜剂的影响，步骤3）铺贴前使用聚四氟乙烯烧结工艺对铺贴绝热橡胶层用模具表面进行处理。使得不使用脱膜剂可以达到较好的脱模效果。
[0007]
作为本发明的进一步限定，步骤3）第一橡胶层的铺贴工艺具体为：首先在铺贴绝热橡胶层用模具的下模表面刷涂胶黏剂，同时使用胶黏剂刷涂橡胶料片，晾干后铺贴在模具对应位置表面压实，然后在接头上与橡胶料片粘接区域涂刷胶黏剂，晾干后将接头放入
下模中压实，最后使用胶黏剂刷涂橡胶料片，晾干后铺贴在接头的表面压实。
[0008]
作为本发明的进一步限定，步骤3）中在编织层与橡胶料片之间铺有胶膜，放置编织层工艺具体如下：在编织层的表面与第二橡胶层、第三橡胶层粘接的区域涂刷胶黏剂，晾干后表面铺上胶膜，再在胶膜表面、第二橡胶层表面涂刷胶黏剂，晾干后贴合压实。
[0009]
作为本发明的进一步限定，步骤3）铺贴过程中，记录每片橡胶料片涂胶时间、晾置时间、绝热层粘贴时间，每片绝热层需进行厚度检测、涂胶量、绝热层粘贴完成后记录绝热层总重量及胶液重量。
[0010]
作为本发明的进一步限定，步骤5）的固化过程具体为：第一阶段：升温速率30℃/h，室温-90℃，保温1h，加压；第二阶段：升温速率20℃/h，90℃-125℃，保温2h；第三阶段：升温速率10℃/h，125℃-150℃，保温3h；第四阶段：降温速率30℃/h，150℃-60℃，卸压，出炉。
[0011]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明采用耐烧蚀编织层、复合材料接头以及绝热橡胶层组成成型，大大提升了复合材料绝热封头的的耐热性能和耐压性能，使其可2000-3000℃的烧蚀3min左右，可满足固体发动机壳体燃烧室使用；同时本发明制成的封头质量比传统封头更轻，能够提高发动机壳体的飞行推进效率。
附图说明
[0012]
图1为本发明制得的复合材料绝热封头结构示意图。
[0013]
图2为本发明的流程图。
[0014]
图3为本发明中成型模具结构示意图。
[0015]
图4为本发明中铺贴编号顺序示意图。
[0016]
其中，1复合材料接头，1a边缘部，2耐烧蚀编织层，3绝热橡胶层，3a包边。
具体实施方式
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下面结合具体实施例对本发明做进一步说明如图1所示的一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头，复合材料接头1的顶面及内周面铺贴有绝热橡胶层3，绝热橡胶层3内嵌入有耐烧蚀编织层2，橡胶采用epdm橡胶，复合材料接头1的外周缘沿径向向外延伸形成截面呈楔形的边缘部1a，绝热橡胶层2延伸至边缘部1a顶面，绝热橡胶层3的顶面加工成平面结构，且其周缘向上沿延伸形成包边3a，且绝缘橡胶层3的顶面与内周面之间经弧形面过渡；橡胶选用三元乙丙橡胶。
[0018]
如图2所示的一种火箭发动机壳体复合材料绝热封头制作方法，复合材料接头制作方法包括以下步骤：s1）接头制作：使用碳纤维预浸料通过铺层固化工艺进行接头制作，具体制作工艺如背景技术中公开的一种接头法兰的制备方法所述，使用150cw砂纸，手工对接头粘接表面进行打磨，打磨均匀，不损伤纤维，打磨前使用脱模布对非粘接区域进行保护；s2）准备原料和模具：使用裁剪机裁切好待铺贴的橡胶料片，并进行倒角，同时将成型模具摆放好，成型模具如图3所示，包括以下几部分：（1）上模，用于封头背面成型并给压机提供受力面；（2）下模，用于固定复合材料接头，并给橡胶铺贴提供铺贴面；（3）导向柱，用于上模与下模，由于有定位要求，因此应当设计销孔；s3）铺贴：铺贴前使用聚四氟乙烯烧结对模具表面进行处理，在下模中由下至上依次铺
贴第一橡胶层、第二橡胶层以及第三橡胶层，在铺贴第一橡胶层过程中放入所述接头，在铺贴第二橡胶层与第三橡胶层过程之间放入编织层，对上述铺贴过程中，每结束铺贴一层，对橡胶表面状态进行检测，使用赶板对所有区域进行压实，若发现未压实，对残留气泡铺贴时使用钢针扎破，压实，若无法压实使用针筒注入适量的胶，晾干5min左右，再进行压实；且铺贴时按顺气流方向搭接，各层周向搭接缝不得重叠，位置错开2mm以上，搭接缝不得大于25mm，搭接部位需进行斜边倒角，确保产品厚度一致，以满足绝热层结构制作要求，同时铺贴过程中，料片之间不能存在绝热材料碎屑和其他多余物，多余物按qj2850标准进行处理；绝热制作环境要求在场温度（24
±
10）℃，相对湿度≤75%，铺贴过程中记录每片绝热层涂胶时间、晾置时间、绝热层粘贴时间等参数，每片绝热层需进行厚度检测、涂胶量、绝热层粘贴完成后记录绝热层总重量及胶液重量；如图4所示，铺贴的具体步骤如下：s3-1）第一橡胶层铺贴（铺贴顺序为：ph-01-01~ph-01-02）：在下模模具表面刷涂少量胶黏剂，同时刷涂第一层橡胶层的橡胶料片，晾干5min左右，铺贴在模具表面，压实，然后在接头上与橡胶料片粘接区域涂刷胶黏剂，晾干后将接头放入下模中压实，最后使用胶黏剂刷涂橡胶料片，晾干后铺贴在接头的表面压实；每铺完一处位置再进行下一处刷胶，铺贴压实，记录重量信息；s3-2）第二橡胶层铺贴（铺贴顺序为：ph-02-01~ph-02-04）：在接头背侧刷一层胶黏剂压实，第二橡胶层的橡胶料片按编号顺序进行铺贴，并压实，形成相对平整的贴合面，记录重量信息；s3-3）放置编织体，对编织体按铺层示意图进行打磨，在第一橡胶层的对应粘接区域铺一层胶膜，使编织体与橡胶发生干涉，在编织体上对应的粘接区域表面依次刷涂胶黏剂防止干涉；晾干10min，表面贴上胶膜；s3-4）第三层橡胶层铺贴（铺贴顺序为：ph-03-01~ph-03-17），在编织体上表面的胶膜上涂刷胶黏剂，按编号顺序进行铺贴第三橡胶层的橡胶料片，使得第三橡胶层的顶层为平面；s4）合模：将工装配套的2个定位销以及工装的销孔用丙酮进行清洗。用行吊将上模具吊起，定位销装入下模具，对准2个销孔使上模具与下模具合模；上模具卡入定位销后用铜棒敲击上模具使其贴实；s5）固化：使用热压机对其进行加热固化，并控制加热参数，检查加热装置和加压装置，确认压机是否能够正常运行；清除平台上多余物，吊装零件至热压机平台中间；检查热电偶状态，在测温孔中安装3~4个热电偶，使用腻子条固定；固化参数具体为：第一阶段：升温速率30℃/h，室温-90℃，保温1h，加压；第二阶段：升温速率20℃/h，90℃-125℃，保温2h；第三阶段：升温速率10℃/h，125℃-150℃，保温3h；第四阶段：降温速率30℃/h，150℃-60℃，卸压，出炉；s6）脱模：脱模后检查固化是否合模到位，若未到位，测量对四周处厚度差，标记并作好记录；用拔销器将定位销先拔出，用行吊将上模缓慢吊起，检查产品是否与粘接在同时粘接在上下模具表面；若粘接则使用铲刀（刀刃用脱膜布包裹）分离；未防止脱模后发生变形，将产品放置在上模（阳模），贴合；清理工装，对模具表面和槽中多余物清楚；s7）检测：绝热结构表面要求平整、清洁无污，无多余物，不允许有明显鼓包（夹气） 、凹
坑、裂纹、缺料、疏松、压伤、气孔、划伤、皱褶。用x射线对绝热层进行无损检测，检测是否有脱粘；产品放置在专用托架上（后封头上模），表面用覆盖一层塑料薄膜。
[0019]
本发明制造的绝热封头能够承受2000-3000℃的烧蚀3min左右，能够满足固体发动机壳体燃烧室使用；本发明制造的绝热封头质量比传统封头更轻，能够提高发动机壳体的飞行推进效率。
[0020]
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

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