一种碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料的粘接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体火箭发动机绝热层制造方法，具体涉及一种碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料的粘接方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料是一种由丁腈橡胶、碳纤维浸渍酚醛树脂后得到的复合材料，具有优异的绝热性能和广泛的应用前景。该材料硬度大，延伸率较低，不易释放应力，因此，在发动机研发过程中，设计了发动机壳体、三元乙丙绝热材料(底层)/碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料/三元乙丙绝热材料(面层)的结构模式，采用化学粘接以完成材料之间的有效连接，通过使用三元乙丙橡胶为基体的具有高弹性的绝热材料来释放应力，从而取得良好的综合效果。这种结构界面多，材料性能各异，有效连接是非常困难的。同时，碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料含有微量的水份和溶剂，其酚醛组分，固化时会产生一定量的小分子气体，清洗和胶粘剂所使用溶剂的残存，从而会出现脱粘、层间夹气等质量问题，尤其在厚度较大的时候，问题尤为严重。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料的粘接方法，解决发动机壳体、三元乙丙绝热材料(底层)、碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料、三元乙丙绝热材料(面层)之间的粘接难题，提高其结构的可靠性。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料的粘接方法，包括依次粘接的发动机壳体、三元乙丙材料绝热材料、碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料及三元乙丙材料绝热材料，其具体粘接步骤为:
1)预备步骤:根据发动机绝热层结构尺寸要求，将三元乙丙绝热材料碾压成型，将碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料裁剪成型；存在封头部位时，采用模具模压成型；
2)涂刷步骤:将碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料清理干净，晾置l~2h;涂刷CH238胶粘剂，胶粘剂胶膜厚度控制在5 ym?10 μπι，晾置l~2h或采取鼓风或加热措施；三元乙丙材料绝热材料清理干净，晾置l~2h ;涂刷CH238胶，胶粘剂胶膜厚度控制在5 μ m?10 μ m，晾置l~2h或采取鼓风或加热措施；
3)预制步骤:将涂刷胶粘剂后的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料和三元乙丙材料绝热材料对贴；放入平板硫化机或压力罐进行热压，热压压力为IMPa?2MPa，热压温度为700C ~80°C，保温保压时间为30min?60min，期间，减压排气2~3次；热压结束后，降至室温，取出预制好的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料和三元乙丙材料绝热材料组合件；
4)清理步骤:发动机壳体内表面采用工业级乙酸乙酯、三氯甲烷或丙酮中的一种清理干净，晾置l~2h或采取鼓风或加热措施；
5)刷胶步骤:发动机壳体内部均匀涂刷胶粘剂，胶粘剂为CH205，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m?10 μ m，晾置Ih?2h ;然后涂刷CH238，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m?10 μ m，晾置Ih?2h ；
6)置位步骤:将3)中所得的组合件放入发动机壳体内预定的位置，组合件的三元乙丙材料绝热材料的一面与发动机壳体贴合，用空气或用硅橡胶气囊加压；
7)热预压步骤:将发动机置入加热装置内，加热温度为80°C?100°C，压力0.6MPa?
1.0MPa，加热、加压时间Ih?3h，加热、加压完毕，将发动机从加热装置取出；
8)探伤步骤:采用数字式超声波探伤仪对三元乙丙绝热材料和发动机壳体粘贴界面探伤，检查是否出现脱粘现象，是则转步骤8)，否则顺序进行；
9)固化步骤:将发动机置入加热装置内，加压完毕后，升温至110°C±5°C，保温2h，然后控温升至165°C ±5°C，升温速度为15°C /h，保温Ih ;再控温降至100°C ±5°C，降温速度为15°C /h，再降至室温；其间，压力1.lMPa±0.1MPa ;将发动机从加热装置取出；
10)清洗步骤:对固化后的组合件的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料进行清洗，同时对三元乙丙材料清洗，晾置Ih?2h或采取鼓风或加热措施；
11)涂胶步骤:在固化后的组合件的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料一面涂刷CH238，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m?10 μ m，瞭置Ih?2h ;
12 ) 二次置位步骤:将三元乙丙材料绝热材料放入发动机壳体内预定的位置，三元乙丙绝热材料与固化好的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料贴合，用空气或用硅橡胶气囊加压；
13)二次热预压步骤:将发动机置入加热装置内，加热温度为80°C?100°C，压力0.6MPa?1.0MPa，加热、加压时间Ih?3h，加热、加压完毕，将发动机从加热装置取出；
14)检查步骤:检查三元乙丙绝热材料表面是否出现气泡，存在则采用针扎、斜割方式除气，然后转步骤13)，否则进行后续处理；
15)二次固化步骤:将发动机置入加热装置内，加压至1.lMPa±0.1MPa后，升温至IlO0C ±5°〇，保温21!，然后控温升至165°C ±5°C，升温速度为15°C /h，保温Ih ;再控温降至100°C ±5°C，降温速度为15°C /h，最后降至室温，取出发动机即完成碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料作为绝热材料的粘接处理。
[0005]所述2)涂刷步骤及10)清洗步骤中，采用化学纯乙酸乙酯进行清洗处理。
[0006]所述2)涂刷步骤、4)清理步骤和10)清洗步骤中，鼓风时间为l~2h。
[0007]所述2)涂刷步骤、4)清理步骤和10)清洗步骤中，加热措施的温度为50°C?60°C，时间为l~2ho
[0008]所述5)刷胶步骤中，在对发动机壳体内部均匀涂刷胶粘剂的同时，在组合件的三元乙丙材料绝热材料一面涂刷CH238，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m?10 μ m，晾置Ih?2h。
[0009]所述11)涂胶步骤中，同时在三元乙丙材料绝热材料涂刷CH238，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m?10 μ m，瞭置Ih?2h。
[0010]本发明采用二次粘接、二次固化模式，可逐步顺序完成多材料、多界面的有效粘接，避免了一次粘接、一次固化模式容易形成的脱粘、气孔、夹气等质量问题的产生；采用预制成型方法，封头则采用模具模压可确保与发动机壳体型面的吻合性，通过减压排气可以排除材料、胶粘剂以及操作所产生的气体，可以确保三元乙丙绝热材料、碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料之间有效贴合；采用双面涂刷胶粘剂的模式，可以使得胶粘剂可以有效浸润粘接面，从而进一步提高粘接强度；各种材料和胶粘剂的最佳固化温度是不同的，阶梯式升温与降温模式可以使得各种材料和胶粘剂得到有效固化，同时，可以消除材料和粘接面在固化过程中产生的热应力，避免热应力引发界面脱粘。
[0011]该粘接方法已成功应用多个产品。产品全部经地面试验均获得圆满成功。试验后绝热层解剖分析，发动机壳体、三元乙丙绝热材料(底层)、碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料、三元乙丙绝热材料(面层)之间结构完整，无脱粘、夹气气孔等质量问题，完全能够满足设计要求，确保了系统的安全性和可靠性。
【附图说明】
[0012]图1为采用本发明的方法粘接后的发动机及绝热层的结构图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0014]通过实施例的处理方式后得到的发动机绝热层结构如图1所示。其中I为发动机壳体，2为三元乙丙绝热材料(底层)，3为碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料，4为三元乙丙绝热材料(面层)。
[0015]实施例1:
某固体火箭发动机，三元乙丙绝热材料(底层)3mm厚，碳纤维/酸醛-丁腈橡胶材料6mm厚，三元乙丙绝热材料(面层)4mm厚；
1)预备步骤:根据发动机绝热层结构尺寸要求，将三元乙丙绝热材料碾压成型，将碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料裁剪成型；
2)涂刷步骤:将碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料采用化学纯乙酸乙酯清理干净，晾置Ih;涂刷CH238胶，胶粘剂胶膜厚度控制在5 μπι，晾置Ih ;三元乙丙材料绝热材料(底层)采用化学纯乙酸乙酯清理干净，晾置Ih ;涂刷CH238胶，胶粘剂胶膜厚度控制在5 μπι，晾置Ih ;
3)预制步骤:将涂刷胶粘剂后的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料和三元乙丙材料绝热材料(底层)对贴；放入平板硫化机或压力罐进行热压，热压压力为IMPa，热压温度为70°C，保温保压时间为30min，期间，可减压排气2次；热压结束后，降至室温，取出预制好的碳纤维/酚醛-丁腈橡胶材料和三元乙丙材料绝热材料(底层)组合件(简称预制件)；
4)清理步骤:发动机壳体内表面采用工业级乙酸乙酯清理干净，晾置Ih;
5)刷胶步骤:发动机壳体内部均匀涂刷胶粘剂，胶粘剂为CH205，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m，晾置Ih ;然后涂刷CH238，胶粘剂胶膜厚度为5 μ m，晾置Ih ；
6)置位步骤:将预制件放入发动机壳体内预定的位置，预制件的三元乙丙材料绝热材料(底层)的一面与发动机壳体贴合，可用空气或用硅橡胶气囊加压；
7)热预压步骤:将发动机置入加热装置内，加热温度为80°C，压力0.6MPa，加热、加压时间lh，加热、加压完毕，将发动机从加热装置取出；
8)探伤步骤:采用数字式超声波探伤仪对三元乙丙绝热材料(底层)和发动机壳体粘贴界面探伤，