专利名称：纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法
技术领域：
本发明属于纤维缠绕发动机壳体绝热结构制作领域，具体涉及一种纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法。
背景技术：
纤维缠绕发动机壳体绝热层主要由前、后封头绝热层以及手工贴片绝热层三部分组成，手工贴片绝热层是绝热结构的重要组成部分。在以往的绝热层多采用丁腈橡胶材料，丁腈橡胶具有邵尔硬度低(约为60)、易变形的特点，因此材料的手工贴片工艺性能好。丁腈橡胶自粘、互粘性能好，在贴片过程中使用的胶粘剂种类易于选择。但是由于丁腈橡胶的密度约I. 3g/cm3，氧乙炔线烧蚀率约为O. 2mm/s，抗冲刷性能差，导热系数高，另外，由于丁腈橡胶使用的阻烧剂是石棉，不仅易至癌，而且由于石棉矿储备减少，采购也日益困难。因 此，随着固体火箭发动机技术的发展，其局限性已日益显现。三元乙丙橡胶密度为所有橡胶中最低，主链中没有双键，不饱和度低，低极性，导热率低，耐高温，耐老化，因此三元乙丙绝热层具有低密度、耐老化、抗迁移的优点。配合合适的增强体系和高效抗冲刷体系，又可以使三元乙丙绝热层具有低烧蚀率、抗冲刷性能好、抗侵蚀能力强的优点，全面满足NEPE高能推进剂、叠氮推进剂、冲压发动机补燃室、其它高能固体火箭发动机的要求。但是相比丁腈橡胶绝热材料，三元乙丙的邵尔硬度较高(约为70)，由于为非极性材料，自粘、互粘性能较差。这也直接导致三元乙丙绝热材料的手工贴片工艺性能较丁腈橡胶差很多。因此，三元乙丙绝热材料的手工贴片工艺有待于进一步研究，也将直接影响发动机壳体绝热结构制作质量的关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，该方法可以保证纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片厚度尺寸，各粘接界面强度，手工贴片绝热结构内部质量，保证纤维缠绕壳体制作后的气密性能及烧蚀性能。为实现上述目的，本发明所设计的纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，包括以下步骤I)调节手工贴片绝热层制作环境温度为20 30°C，相对湿度彡70% ；2)清理用于发动机壳体成型的石膏芯模表面的灰尘，在石膏芯模中间直筒段部位缠绕一层脱模纸，将脱模纸末端与石膏芯模固定；3)在缠绕脱模纸以外的石膏芯模两端部位表面分别涂刷脱模剂I 3次并晾干；4)打磨前接头模压件、后接头模压件上的手工贴片绝热层粘接部位，并用清洗剂清洗干净和晾干；5)将前接头模压件和后接头模压件套入芯轴，用前接头定位工装和后接头定位工装分别对前接头模压件和后接头模压件进行定位，并将它们与石膏芯模压紧；
6)先调整炼胶机的辊轮间距至2 3mm，将三元乙丙绝热材料通过炼胶机预处理并来回通过3 4次，再调整辊轮间距，按(0.5±0. I) (2±0. l)mm的厚度尺寸制成多张胶片；7)按石膏芯模的曲面形状确定胶片的总体展开尺寸，并按圆周方向取胶片4 20片、胶片宽度100 300mm的要求裁剪好需要粘贴的胶片，厚度< I. 5mm的胶片上预留10 15mm搭接的部位,厚度> I. 5mm的胶片上预留坡口制作部位； 8)将步骤中7)中厚度彡I. 5mm的胶片在加热平台上预热至80 100°C，用加热好的裁纸刀裁剪预热的胶片的接头部位，制成角度为20 30°的坡口 ；9)在前接头模压件和后接头模压件与石膏芯模的连接部位涂刷2 4次胶粘剂，然后粘接厚度为O. 5 2mm、宽度为20 40mm的胶片并晾干；10)在步骤7)和步骤8)所得胶片和石膏芯模上涂刷2 4次胶粘剂，按样板将步骤6)中胶片沿轴心方向从前接头模压件和后接头模压件位置向筒身段逐层粘贴，各每层胶片宽度方向接口错开10 40mm，各胶片长度方向上，厚度< I. 5mm的胶片采用搭接连接，厚度> I. 5mm的胶片采用坡口连接，胶片粘贴完毕后，用硬物压实，制成胶片绝热层；11)在步骤10)制成的胶片绝热层表面缠绕一层纤维，预压12 48h后，将纤维剪断并清理干净；12)将缠绕有纤维的胶片绝热层凸起部位用磨光机打磨平整，对凹坑处用三元乙丙绝热材料进行修补，用胶粘剂连接；13)用清洗剂将步骤12)所得胶片绝热层的整个表面清理干净并晾干；然后在该绝热层表面涂刷2 4次刷胶粘剂并晾干；14)将纤维浸入树脂材料中，在步骤13)所得胶片绝热层表面缠绕附有树脂材料的纤维；15)将步骤14)所得胶片绝热层在室温下放置I 3h，放入烤箱中分别在50 90°C固化2 4h、100 130°C固化2 4h、140 170°C固化4 10h，最后降至室温；16)拆除芯轴和石膏芯模，制成纤维缠绕发动机壳体绝热层并清洗干净。进一步地，所述步骤2)和步骤3)中脱模纸为聚四氟乙烯纸或尼龙纸中任选其一。再进一步地，所述步骤3)中脱膜剂为PMR脱膜剂或硅橡胶脱膜剂中任选其一。再进一步地，所述步骤4)和步骤12)中清洗剂为酒精、丙酮和乙酸乙脂中任选其
O再进一步地，所述步骤11)和步骤14)中纤维为玻璃纤维纸、碳纤维纸、陶瓷纤维纸中任选其一。再进一步地，所述步骤14)中树脂材料组份的重量份比为环氧树脂55 80 :固化剂15 60 咪唑I 10。本发明优点如下I、通过采用多层贴片方式保证手工贴片绝热层总体尺寸，减小单层胶片贴片厚度；严格控制生产环境温、湿度，对粘贴胶片预热；减小前接头模压件和后接头模压件部位贴片胶片尺寸，降低胶片与石膏芯模的曲率变化等工艺措施，有效解决了三元乙丙材料因邵尔硬度大、操作工艺性能差的问题。2、通过工艺试验，选取合适的胶粘剂，解决了三元乙丙绝热材料自粘、互粘性能差的工艺问题。3、手工贴片完成后，在绝热层表面缠绕一层干纱，通过预先施加张力，使手贴片绝热层层间预先压实，排出胶片层间气体，保持一定时间后，再将干纱取下，对绝热层表面存在的凹坑，鼓包进行修补，使手工贴片质量，绝热层外形尺寸得到较好控制。4、缠绕壳体每一处绝热层均采用两层以上的胶片粘贴而成，增加贴片质量的可靠性。5、在石膏芯模表面刷脱模剂，缠绕聚四氟乙烯带等措施，确保手工贴片绝热层在固化脱模方便。
图I为在石膏芯模上采用本发明的手工贴片方法制作纤维缠绕发动机壳体中间绝热层的示意图。图中前接头定位工装I、加强区2、前接头模压件3、手工贴片绝热层4、纤维缠绕层5、石膏芯模6、后接头模压件7、芯轴8、后接头定位工装9。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法作进一步的详细说明。实施例I本发明手工贴片制作方法，包括以下步骤I)调节手工贴片绝热层制作环境温度为25°C，相对湿度为70% ；2)清理用于发动机壳体成型的石膏芯模6表面的灰尘，在石膏芯模6中间直筒段部位缠绕一层聚四氟乙烯纸，将聚四氟乙烯纸末端与石膏芯模6固定；3)在缠绕聚四氟乙烯纸以外的石膏芯模6两端部位表面分别涂刷硅橡胶脱膜剂3次并晾干；4)打磨前接头模压件3、后接头模压件7上的手工贴片绝热层4粘接部位，并用酒精清洗干净和晾干；5)将前接头模压件3和后接头模压件7套入芯轴8，用前接头定位工装I和后接头定位工装9分别对前接头模压件3和后接头模压件7进行定位，并将它们与石膏芯模6压紧；6)先调整炼胶机的辊轮间距至2mm，将三元乙丙绝热材料通过炼胶机预处理并来回通过3次,再调整棍轮间距，按O. 2mm、0. 3mm、0. 6mm、1mm、I. 5mm和2mm的厚度尺寸制成多张胶片；7)按石膏芯模的曲面形状确定胶片的总体展开尺寸，并按圆周方向取胶片4片、胶片宽度 100mm、130mm、160mm、170mm、200mm、210mm、220mm、260mm、280mm、300mm 的要求裁剪好需要粘贴的胶片，厚度< I. 5mm的胶片上预留IOmm搭接的部位,厚度> I. 5mm的胶片上预留坡口制作部位；8)将步骤中7)中厚度彡I. 5mm的胶片在加热平台上预热至80°C，用加热好的裁纸刀裁剪预热的胶片的接头部位，制成角度为30°的坡口 ；
9)在前接头模压件3和后接头模压件7与石膏芯模6的连接部位——即加强区2涂刷4次胶粘剂，然后粘接厚度为O. 5_、宽度为40_的胶片并晾干；10)在步骤7)和步骤8)所得胶片和石膏芯模6上涂刷2次胶粘剂，按样板将步骤6)中胶片沿轴心方向从前接头模压件3和后接头模压件7位置向筒身段逐层粘贴，各每层胶片宽度方向接口错开10mm，各胶片长度方向上，厚度< I. 5mm的胶片采用搭接连接，厚度^ I. 5mm的胶片采用坡口连接，胶片粘贴完毕后，用硬物压实，制成胶片绝热层；11)在步骤10)制成的胶片绝热层表面缠绕一层碳纤维，预压12h后，将纤维剪断并清理干净；12)将缠绕有纤维的胶片绝热层凸起部位用磨光机打磨平整，对凹坑处用三元乙丙绝热材料进行修补，用胶粘剂连接；13)用酒精将步骤12)所得胶片绝热层的整个表面清理干净并晾干；然后在该绝 热层表面涂刷4次刷胶粘剂并晾干；14)将碳纤维浸入含有环氧树脂55 AF固化剂40 咪唑5的树脂材料中，在步骤13)所得胶片绝热层表面缠绕附有树脂材料的纤维；15)将步骤14)所得胶片绝热层在室温下放置lh，放入烤箱中分别在90°C固化2h，100°C固化4h，170 V固化4h，最后降至室温；16)拆除芯轴8和石膏芯模6，制成纤维缠绕发动机壳体绝热层并清洗干净。采用本发明方法制得纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片，在室温下其密度为
I.0g/cm3，氧乙炔线烧蚀率为O. 10mm/s，扯断强度为3. 5MPa，扯断伸长率400%。实施例2本发明手工贴片制作方法，包括以下步骤I)调节手工贴片绝热层制作环境温度为23°C，相对湿度为60% ；2)清理用于发动机壳体成型的石膏芯模6表面的灰尘，在石膏芯模6中间直筒段部位缠绕一层尼龙纸，将尼龙纸末端与石膏芯模6固定；3)在缠绕尼龙纸以外的石膏芯模6两端部位表面分别涂刷PMR脱膜剂2次并晾干;4)打磨前接头模压件3、后接头模压件7上的手工贴片绝热层4粘接部位，并用丙酮清洗干净和晾干；5)将前接头模压件3和后接头模压件7套入芯轴8，用前接头定位工装I和后接头定位工装9分别对前接头模压件3和后接头模压件7进行定位，并将它们与石膏芯模6压紧；6)先调整炼胶机的辊轮间距至3mm，将三元乙丙绝热材料通过炼胶机预处理并来回通过4次,再调整棍轮间距,按O. 2mm、0. 6mm、0. 8mm、I. 3mm和I. 7mm的厚度尺寸制成多张胶片；7)按石膏芯模的曲面形状确定胶片的总体展开尺寸，并按圆周方向取胶片10片、胶片宽度 100mm、120mm、130mm、150mm、170mm、180mm、200mm、230mm、220mm、260mm 和 300mm 的要求裁剪好需要粘贴的胶片，厚度< I. 5mm的胶片上预留IOmm搭接的部位，厚度> I. 5mm的胶片上预留坡口制作部位；8)将步骤中7)中厚度彡I. 5mm的胶片在加热平台上预热至90°C，用加热好的裁纸刀裁剪预热的胶片的接头部位，制成角度为20°的坡口 ；9)在前接头模压件3和后接头模压件7与石膏芯模6的连接部位——即加强区2涂刷4次胶粘剂，然后粘接厚度为I. 0_、宽度为30_的胶片并晾干； 10)在步骤7)和步骤8)所得胶片和石膏芯模6上涂刷2次胶粘剂，按样板将步骤6)中胶片沿轴心方向从前接头模压件3和后接头模压件7位置向筒身段逐层粘贴，各每层胶片宽度方向接口错开25mm，各胶片长度方向上，厚度< I. 5mm的胶片采用搭接连接，厚度^ I. 5mm的胶片采用坡口连接，胶片粘贴完毕后，用硬物压实，制成胶片绝热层；11)在步骤10)制成的胶片绝热层表面缠绕一层玻璃纤维，预压36h后，将玻璃纤维剪断并清理干净；12)将缠绕有纤维的胶片绝热层凸起部位用磨光机打磨平整，对凹坑处用三元乙丙绝热材料进行修补，用胶粘剂连接；13)用丙酮将步骤12)所得胶片绝热层的整个表面清理干净并晾干；然后在该绝热层表面涂刷2次刷胶粘剂并晾干；14)将碳纤维浸入含有环氧树脂80 AF固化剂15 咪唑5的树脂材料中，在步骤13)所得胶片绝热层表面缠绕附有树脂材料的纤维；15)将步骤14)所得胶片绝热层在室温下放置3h，放入烤箱中分别在50°C固化4h，130°C固化2h，140°C固化10h，最后降至室温；16)拆除芯轴8和石膏芯模6，制成纤维缠绕发动机壳体绝热层并清洗干净。采用本发明方法制得纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片，在室温下其密度为
I.2g/cm3，氧乙炔线烧蚀率为O. 08mm/s，扯断强度为6. OOMPa，扯断伸长率为500%。实施例3本发明手工贴片制作方法，包括以下步骤I)调节手工贴片绝热层制作环境温度为28°C，相对湿度为50% ；2)清理用于发动机壳体成型的石膏芯模6表面的灰尘，在石膏芯模6中间直筒段部位缠绕一层聚四氟乙烯纸，将聚四氟乙烯纸末端与石膏芯模6固定；3)在缠绕聚四氟乙烯纸以外的石膏芯模6两端部位表面分别涂刷硅橡胶脱膜剂3次并晾干；4)打磨前接头模压件3、后接头模压件7上的手工贴片绝热层4粘接部位，并用乙酸乙脂清洗干净和晾干；5)将前接头模压件3和后接头模压件7套入芯轴8，用前接头定位工装I和后接头定位工装9分别对前接头模压件3和后接头模压件7进行定位，并将它们与石膏芯模6压紧；6)先调整炼胶机的辊轮间距至3mm，将三元乙丙绝热材料通过炼胶机预处理并来回通过4次,再调整棍轮间距,按O. 3mm、0. 5mm、I. Imm和I. 8mm的厚度尺寸制成多张胶片；7)按石膏芯模的曲面形状确定胶片的总体展开尺寸，并按圆周方向取胶片20片、胶片宽度100mm、140、150mm、180mm、210mm、250mm、270mm和300_的要求裁剪好需要粘贴的胶片，厚度≤I. 5mm的胶片上预留15mm搭接的部位,厚度≥ I. 5mm的胶片上预留坡口制作部位；8)将步骤中7)中厚度≥1. 5mm的胶片在加热平台上预热至95°C，用加热好的裁纸刀裁剪预热的胶片的接头部位，制成角度为28°的坡口 ；9)在前接头模压件3和后接头模压件7与石膏芯模6的连接部位——即加强区2涂刷3次胶粘剂，然后粘接厚度为2. 0_、宽度为20_的胶片并晾干；10)在步骤7)和步骤8)所得胶片和石膏芯模6上涂刷3次胶粘剂，按样板将步骤6)中胶片沿轴心方向从前接头模压件3和后接头模压件7位置向筒身段逐层粘贴，各每层胶片宽度方向接口错开40mm，各胶片长度方向上，厚度< I. 5mm的胶片采用搭接连接，厚度^ I. 5mm的胶片采用坡口连接，胶片粘贴完毕后， 用硬物压实，制成胶片绝热层；11)在步骤10)制成的胶片绝热层表面缠绕一层陶瓷纤维，预压48h后，将陶瓷纤维剪断并清理干净；12)将缠绕有纤维的胶片绝热层凸起部位用磨光机打磨平整，对凹坑处用三元乙丙绝热材料进行修补，用胶粘剂连接；13)用乙酸乙脂将步骤12)所得胶片绝热层的整个表面清理干净并晾干；然后在该绝热层表面涂刷4次刷胶粘剂并晾干；14)将陶瓷纤维浸入含有环氧树脂60 AF固化剂37 :咪唑3的树脂材料中，在步骤13)所得胶片绝热层表面缠绕附有树脂材料的纤维；15)将步骤14)所得胶片绝热层在室温下放置2h，放入烤箱中分别在70°C固化3h，100°C固化4h，170 V固化4h，最后降至室温；16)拆除芯轴8和石膏芯模6，制成纤维缠绕发动机壳体绝热层并清洗干净。采用本发明方法制得纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片，在室温下其密度为O. 8g/cm3，氧乙炔线烧蚀率为O. 07mm/s，扯断强度为4. 58MPa，扯断伸长率为450%。
权利要求
1.一种纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，包括以下步骤 1)调节手工贴片绝热层制作环境温度为20 30°C，相对湿度<70% ； 2)清理用于发动机壳体成型的石膏芯模表面的灰尘，在石膏芯模中间直筒段部位缠绕一层脱模纸，将脱模纸末端与石膏芯模固定； 3)在缠绕脱模纸以外的石膏芯模两端部位表面分别涂刷脱模剂I 3次并晾干； 4)打磨前接头模压件、后接头模压件上的手工贴片绝热层粘接部位，并用清洗剂清洗干净和晾干； 5)将前接头模压件和后接头模压件套入芯轴，用前接头定位工装和后接头定位工装分别对前接头模压件和后接头模压件进行定位，并将它们与石膏芯模压紧； 6)先调整炼胶机的辊轮间距至2 3mm，将三元乙丙绝热材料通过炼胶机预处理并来回通过3 4次，再调整辊轮间距，按(0.5±0. I) (2±0. l)mm的厚度尺寸制成多张胶片; 7)按石膏芯模的曲面形状确定胶片的总体展开尺寸，并按圆周方向取胶片4 20片、胶片宽度100 300mm的要求裁剪好需要粘贴的胶片，厚度彡I. 5mm的胶片上预留10 15mm搭接的部位,厚度> I. 5mm的胶片上预留坡口制作部位； 8)将步骤中7)中厚度>I. 5mm的胶片在加热平台上预热至80 100，用加热好的裁纸刀裁剪预热的胶片的接头部位，制成角度为20 30°的坡口 ； 9)在前接头模压件和后接头模压件与石膏芯模的连接部位涂刷2 4次胶粘剂，然后粘接厚度为0. 5 2mm、宽度为20 40mm的胶片并晾干； 10)在步骤7)和步骤8)所得胶片和石膏芯模上涂刷2 4次胶粘剂，按样板将步骤6)中胶片沿轴心方向从前接头模压件和后接头模压件位置向筒身段逐层粘贴，各每层胶片宽度方向接口错开10 40mm，各胶片长度方向上，厚度< I. 5mm的胶片采用搭接连接，厚度^ I. 5mm的胶片采用坡口连接，胶片粘贴完毕后，用硬物压实，制成胶片绝热层； 11)在步骤10)制成的胶片绝热层表面缠绕一层纤维，预压12 48h后，将纤维剪断并清理干净； 12)将缠绕有纤维的胶片绝热层凸起部位用磨光机打磨平整，对凹坑处用三元乙丙绝热材料进行修补，用胶粘剂连接； 13)用清洗剂将步骤12)所得胶片绝热层的整个表面清理干净并晾干；然后在该绝热层表面涂刷2 4次刷胶粘剂并晾干； 14)将纤维浸入树脂材料中，在步骤13)所得胶片绝热层表面缠绕附有树脂材料的纤维； 15)将步骤14)所得胶片绝热层在室温下放置I 3h，放入烤箱中分别在50 90°C固化2 4h、100 130°C固化2 4h、140 170°C固化4 10h，最后降至室温； 16)拆除芯轴和石膏芯模，制成纤维缠绕发动机壳体绝热层并清洗干净。
2.根据权利要求I所述的纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，其特征在于所述步骤2)和步骤3)脱模纸为聚四氟乙烯纸或尼龙纸中任选其一。
3.根据权利要求I所述的纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，其特征在于所述步骤3)中脱膜剂为PMR脱膜剂或硅橡胶脱膜剂中任选其一。
4.根据权利要求I所述的纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，其特征在于所述步骤4)和12)中清洗剂为酒精、丙酮和乙酸乙脂中任选其一。
5.根据权利要求I所述的纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，其特征在于所述步骤11)和步骤14)中纤维为玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维中任选其一。
6.根据权利要求I所述的纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，其特征在于所述步骤14)中树脂材料组份的重量份比环氧树脂55 80 固化剂15 60 咪唑I 10。
全文摘要
本发明公开了一种纤维缠绕发动机壳体绝热层的手工贴片制作方法，通过控制手工贴片制备环境，选择合适的胶粘剂，采取多层贴片方法减小单层手工贴片胶片厚度、减小贴片尺寸，然后用纤维纱预加压力，再对绝热层进行修补，增加了绝热层固化后的内部质量和外形结构尺寸，从而制成手工贴片。本发明解决了三元乙丙材料因胶片硬度大，自粘、互粘性差，贴片难度大等问题，绝热层厚度符合设计要求，三元乙丙解剖层致密并顺利通过了多次发动机地面试车考核。
文档编号B32B38/16GK102632683SQ201210089968
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者张志斌, 谭云水, 黄泽勇 申请人:湖北三江航天江北机械工程有限公司