一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，具体说是一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法。

背景技术

耐烧蚀壳体一般用于火箭弹发动机上，以往的火箭弹壳体带有金属内衬，然后在内表面涂一层抗烧蚀涂料或用三元乙丙橡胶铺贴成型，这种组合由于发动机壳体的重量较大，结构受限，尺寸精度低、不能充分发挥效能，降低了火箭弹的射程和机动性。并且传统的耐烧蚀涂料存在耐冲刷性差、鼓泡的问题，而三元乙丙橡胶存在铺层厚度不均、内表面光洁度差、鼓泡的问题，因此导致现有的耐烧蚀壳体力学性能低、耐高温性能差、成型效率低、劳动强度高，无法满足火箭弹发动机的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法，包括以下步骤：

①组装带不对称封头的模具；

②制作耐烧蚀层：将脱模剂涂到模具上，然后在模具上缠一层四氟带，在四氟带上涂一层脱模剂，然后依次在模具上均匀涂刷硼酚醛树脂，铺一层高硅氧玻璃纤维布，再用毛刷将硼酚醛树脂胶液涂刷到高硅氧玻璃纤维布上，在上面缠绕一层浸润硼酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维纱，放入固化炉中，先在75～85℃下固化0.5～1小时，升温至155～165℃下固化1～2小时，得到耐烧蚀层；

③缠绕成型及固化：将模具安装到缠绕机上，在胶槽内倒入中温固化树脂胶液，将高强玻璃纤维纱从张力器中引出，穿过浸胶槽，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上，调节张力，将高强玻璃纤维纱缠绕到预期厚度5mm，放入固化炉内，通过固化炉内的联接结构，将模具与固化炉内的旋转装置联接，关闭炉盖，开动缠绕机，旋转固化得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体；固化参数为旋转固化过程的旋转速度为30～50转/分钟，固化时先在75～85℃下固化1～1.5小时，升温至115～125℃下固化1～2小时；

④脱模得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体。

优选的，所述带不对称封头的模具包括支撑芯轴和芯轴，支撑芯轴一端开设定位孔，所述芯轴的一端设置定位柱，定位柱的直径小于芯轴的直径，定位柱与定位孔插接配合；

支撑芯轴上安装第一定位圈和第一挡环，第一挡环位于第一定位圈靠近定位孔的一侧，所述第一定位圈上设置第一定位顶丝；

支撑芯轴和芯轴之间设置第一壳体封头，第一壳体封头上开设与芯轴端部的定位柱配合的通孔，定位柱从通孔内穿过；

芯轴上安装拼接式内模、第二壳体封头、第二挡环和第二定位圈，拼接式内模位于第一壳体封头和第二壳体封头之间，拼接式内模由多个围绕芯轴排布的模块拼接组成，第二挡环位于第二壳体封头和第二定位圈之间，第二定位圈上设置第二定位顶丝。

优选的，所述第一定位圈和第二定位圈上均设置至少3个调整螺栓，调整螺栓轴向穿过定位圈，并与定位圈螺纹配合，各调整螺栓均沿各自对应的定位圈周圈均匀分布。

优选的，组装带不对称封头的模具的过程如下：

将第一定位圈安装在支撑芯轴上，连接第一挡环，旋紧第一定位顶丝将第一定位圈固定在支撑芯轴上；

在芯轴端部的定位柱上安装第一壳体封头，将定位柱安装在定位孔内，然后将拼接式内模组装到芯轴上；

在芯轴上安装第二壳体封头、第二挡环和第二定位圈，旋紧一定位螺栓，将第二定位圈固定在芯轴上；

进一步的脱模过程如下：

松开第二定位螺栓，将第二挡环和第二定位圈从芯轴上取下，然后取下芯轴；松开第一定位顶丝、取下第二定位圈、第二挡环、支撑芯轴；将拼接式内模从芯轴抽出后形成的内孔中拆散取出，得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体。

优选的，所述脱模剂由二甲基硅油、液体石蜡和甲苯按照质量比5：1～3：2～4混合得到。

优选的，所述硼酚醛树脂胶液由硼酚醛树脂、云母、KH550偶联剂和工业酒精按照质量比7～8：2～3：0.1～0.3：10混合得到。

优选的，所述中温固化树脂胶液由AG-80环氧树脂、E-51环氧树脂、701阻燃剂、三氧化二锑和二氨基二苯甲烷改性双氰胺按照质量比6～8：5：1～2：1～2：5～7混合得到；

所述二氨基二苯甲烷改性双氰胺是由二氨基二苯甲烷和双氰胺按照质量比为200：180～270。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明的内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体的成型方法，成型工艺简单、成型效率高、成本低、材料力学性能高，适合自动化操作和批量生产，并且适合于常规方法不易脱模的壳体成型；其中采用硼酚醛树脂与高硅氧玻璃纤维布成型火箭弹发动机壳体的耐烧蚀层，耐烧蚀层均匀、成碳率高、强度高、抗烧蚀性好，避免了传统的耐烧蚀性涂料耐冲刷性差、鼓泡，三元乙丙橡胶铺层厚度不均、内表面光洁度差、鼓泡等问题。采用中温固化环氧树脂耐高温环氧树脂，降低能耗，提高生产效率，避免在高温固化下，壳体中各种材料的性能损耗，缠绕层力学性能高，纤维强度发挥率达到97％以上。

本发明采用的模具为金属瓣模组合结构，在金属瓣模上制做耐烧蚀层，缠绕成型固化后，将金属瓣模从壳体两头抽出，再将模具组合起来，重复使用，可有效控制壳体的尺寸变形，壳体的内表面质量高，同轴度、圆度好，质量的一致性好，成型效率高，避免了传统的砂型模具成型后，尺寸精度低、生产效率低、劳动强度高的问题。

附图说明

图1为内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体的模具剖视图；

图2为拼接式内模的左视图；

图3为拼接式内模的剖视图；

图4为第一定位圈的剖视图；

图5为第一定位圈的左视图；

图6为内表面有耐烧蚀层且带不对称封头的壳体缠绕成型固化后结构示意图；

图7为内表面有耐烧蚀层且带不对称封头的壳体脱模后结构示意图。

附图标记：

1支撑芯轴，2第一定位圈，3第一挡环，4第一壳体封头，5定位孔，6拼接式内模，7芯轴，8第二壳体封头，9第二挡环，10第二定位顶丝，11调整螺栓，12第一金属瓣模，13第二金属瓣模，14耐烧蚀层，15带模壳体，16脱模壳体，17通孔，18第二定位圈，19第一定位顶丝，20定位柱。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法，通过以下技术方案实现：

以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。

本发明高硅氧玻璃纤维纱可选用以下生产厂家生产的产品：南京远征玻璃纤维有限公司、洛阳森辉玻璃纤维有限公司或皋市名祥高硅氧玻璃纤维制品有限公司。

本发明高强度玻璃纤维纱可选用以下生产厂家生产的产品：南京玻璃纤维研究设计院有限公司、江苏正威新材料或重庆国际复合材料股份有限公司。

实施例1

一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法，包括以下步骤：

①组装带不对称封头的模具；

②制作耐烧蚀层：将脱模剂涂到模具上，然后在模具上缠一层四氟带，在四氟带上涂一层脱模剂，然后依次在模具上均匀涂刷硼酚醛树脂，铺一层高硅氧玻璃纤维布，再用毛刷将硼酚醛树脂胶液涂刷到高硅氧玻璃纤维布上，在上面缠绕一层浸润硼酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维纱，放入固化炉中，先在75℃下固化0.5小时，升温至155℃下固化1小时，得到耐烧蚀层；

③缠绕成型及固化：将模具安装到缠绕机上，在胶槽内倒入中温固化树脂胶液，将高强玻璃纤维纱从张力器中引出，穿过浸胶槽，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上，调节张力，将高强玻璃纤维纱缠绕到预期厚度5mm，放入固化炉内，通过固化炉内的联接结构，将模具与固化炉内的旋转装置联接，关闭炉盖，开动缠绕机，旋转固化得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体；固化参数为旋转固化过程的旋转速度为50转/分钟，固化时先在85℃下固化1小时，升温至115℃下固化1小时；

④脱模得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体。

实施例2

一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法，包括以下步骤：

①组装带不对称封头的模具：

如图1所示，所述带不对称封头的模具包括支撑芯轴1和芯轴7，支撑芯轴1一端开设定位孔5，所述芯轴7的一端设置定位柱20，定位柱20的直径小于芯轴7的直径，定位柱与定位孔5插接配合；

支撑芯轴1上安装第一定位圈2和第一挡环3，第一挡环3位于第一定位圈2靠近定位孔5的一侧，所述第一定位圈2上设置第一定位顶丝19；

支撑芯轴1和芯轴7之间设置第一壳体封头4，第一壳体封头4上开设与芯轴7端部的定位柱20配合的通孔17，定位柱从通孔内穿过；

芯轴7上安装拼接式内模6、第二壳体封头8、第二挡环9和第二定位圈18，拼接式内模6位于第一壳体封头4和第二壳体封头8之间，拼接式内模6由多个围绕芯轴7排布的模块拼接组成，第二挡环9位于第二壳体封头8和第二定位圈18之间，第二定位圈18上设置第二定位顶丝10；

如图2和图3所示，拼接式内模6由第一金属瓣模12和第二金属瓣模13交错排列得到，这样的设计便于安装和拆卸，节省劳动力；

组装带不对称封头的模具的具体过程如下：

将第一定位圈2安装在支撑芯轴1上，连接第一挡环3，旋紧第一定位顶丝19将第一定位圈2固定在支撑芯轴1上；

在芯轴7端部的定位柱上安装第一壳体封头4，将定位柱安装在定位孔5内，然后将拼接式内模6组装到芯轴7上；

在芯轴7上安装第二壳体封头8、第二挡环9和第二定位圈18，旋紧一定位螺栓10，将第二定位圈18固定在芯轴7上；

②制作耐烧蚀层：将脱模剂涂到拼接式内模6上，然后在拼接式内模6上缠一层四氟带，在四氟带上涂一层脱模剂，然后依次在模具上均匀涂刷硼酚醛树脂，铺一层厚度为0.2mm的高硅氧玻璃纤维布，再用毛刷将硼酚醛树脂胶液涂刷到高硅氧玻璃纤维布上，在上面缠绕一层浸润硼酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维纱，放入固化炉中，先在75℃下固化0.5小时，升温至155℃下固化1小时，得到耐烧蚀层；

所述高硅氧玻璃纤维纱为1200tex，张力控制在120N，厚度约为0.4mm；

所述脱模剂由二甲基硅油、液体石蜡和甲苯按照质量比5：1：2混合得到；

所述硼酚醛树脂胶液由硼酚醛树脂、云母、KH550偶联剂和工业酒精按照质量比7：2：0.1：10混合得到；

③缠绕成型及固化：将模具安装到缠绕机上，在胶槽内倒入中温固化树脂胶液，将高强玻璃纤维纱从张力器中引出，穿过浸胶槽，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上，调节张力，将高强玻璃纤维纱缠绕到预期厚度5mm，放入固化炉内，通过固化炉内的联接结构，将模具与固化炉内的旋转装置联接，关闭炉盖，开动缠绕机，旋转固化得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体，如图6所示；固化参数为旋转固化过程的旋转速度为30～50转/分钟，固化时先在75℃下固化1小时，升温至115℃下固化1小时；

所述中温固化树脂胶液由AG-80环氧树脂、E-51环氧树脂、701阻燃剂、三氧化二锑和二氨基二苯甲烷改性双氰胺按照质量比6：5：1：1：5混合得到；

所述二氨基二苯甲烷改性双氰胺是由质量比为20：18的二氨基二苯甲烷和双氰胺在115℃下反应4小时得到；

④脱模得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体，如图7所示，具体的脱模过程如下：

松开第二定位螺栓10，将第二挡环9和第二定位圈18从芯轴7上取下，然后取下芯轴7；松开第一定位顶丝19、取下第二定位圈2、第二挡环3、支撑芯轴1；将拼接式内模6从芯轴7抽出后形成的内孔中拆散取出，得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体。

实施例3

一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法，包括以下步骤：

①组装带不对称封头的模具：

如图1所示，所述带不对称封头的模具包括支撑芯轴1和芯轴7，支撑芯轴1一端开设定位孔5，所述芯轴7的一端设置定位柱20，定位柱20的直径小于芯轴7的直径，定位柱与定位孔5插接配合；

支撑芯轴1上安装第一定位圈2和第一挡环3，第一挡环3位于第一定位圈2靠近定位孔5的一侧，所述第一定位圈2上设置第一定位顶丝19；

支撑芯轴1和芯轴7之间设置第一壳体封头4，第一壳体封头4上开设与芯轴7端部的定位柱20配合的通孔17，定位柱从通孔内穿过；

芯轴7上安装拼接式内模6、第二壳体封头8、第二挡环9和第二定位圈18，拼接式内模6位于第一壳体封头4和第二壳体封头8之间，拼接式内模6由多个围绕芯轴7排布的模块拼接组成，第二挡环9位于第二壳体封头8和第二定位圈18之间，第二定位圈18上设置第二定位顶丝10；如图4和5所示，所述第一定位圈2和第二定位圈18上均设置至少3个调整螺栓11，调整螺栓11轴向穿过定位圈，并与定位圈螺纹配合，各调整螺栓均沿各自对应的定位圈周圈均匀分布；

组装带不对称封头的模具的具体过程如下：

将第一定位圈2安装在支撑芯轴1上，连接第一挡环3，旋紧第一定位顶丝19将第一定位圈2固定在支撑芯轴1上；

在芯轴7端部的定位柱上安装第一壳体封头4，将定位柱安装在定位孔5内，然后将拼接式内模6组装到芯轴7上；

在芯轴7上安装第二壳体封头8、第二挡环9和第二定位圈18，旋紧一定位螺栓10，将第二定位圈18固定在芯轴7上；

所述第二定位圈2上设置数个第四定位螺栓20，所述第一定位圈18上设置数个第三定位螺栓11；

②制作耐烧蚀层：将脱模剂涂到模具上，然后在模具上缠一层四氟带，在四氟带上涂一层脱模剂，然后依次在模具上均匀涂刷硼酚醛树脂，铺一层高硅氧玻璃纤维布，再用毛刷将硼酚醛树脂胶液涂刷到高硅氧玻璃纤维布上，在上面缠绕一层浸润硼酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维纱，放入固化炉中，先在85℃下固化1小时，升温至165℃下固化2小时，得到耐烧蚀层；

所述脱模剂由二甲基硅油、液体石蜡和甲苯按照质量比5∶3∶4混合得到；

所述硼酚醛树脂胶液由硼酚醛树脂、云母、KH550偶联剂和工业酒精按照质量比8∶3∶0.3∶10混合得到；

③缠绕成型及固化：将模具安装到缠绕机上，在胶槽内倒入中温固化树脂胶液，将高强玻璃纤维纱从张力器中引出，穿过浸胶槽，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上时，开动缠绕程序开始缠绕，纱片宽10mm，张力150N，纵向缠绕角650，3切点；缠绕厚度1.5mm后；调整工艺参数为纱片宽10mm，张力120N，环向缠绕，缠绕厚度1.5mm后；调整工艺参数为纱片宽12mm，张力100N，纵向缠绕角550，5切点，缠绕厚度1.5mm后；调整工艺参数为纱片宽12mm，张力80N，环向缠绕，直至缠绕到预期厚度5mm；

所述中温固化树脂胶液由AG-80环氧树脂、E-51环氧树脂、701阻燃剂、三氧化二锑和二氨基二苯甲烷改性双氰胺按照质量比8∶5∶2∶2∶7混合得到；

所述二氨基二苯甲烷改性双氰胺是由质量比为20∶27的二氨基二苯甲烷和双氰胺在125℃下反应5小时得到；

将缠绕好的壳体放入固化炉内，通过固化炉内的联接结构，将模具与固化炉内的旋转装置联接，关闭炉盖，开动缠绕机，旋转固化得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体；固化参数为旋转固化过程的旋转速度为50转/分钟，固化时先在85℃下固化1.5小时，升温至125℃下固化2小时；

④脱模得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体，具体的脱模过程包括以下步骤：松开第二定位螺栓10，将第二挡环9和第二定位圈18从芯轴7上取下，然后取下芯轴7；松开第一定位顶丝19、取下第二定位圈2、第二挡环3、支撑芯轴1；将拼接式内模6从芯轴7抽出后形成的内孔中拆散取出，得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体。

实施例4

一种内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体成型方法，包括以下步骤：

①组装带不对称封头的模具：

如图1所示，所述带不对称封头的模具包括支撑芯轴1和芯轴7，支撑芯轴1一端开设定位孔5，所述芯轴7的一端设置定位柱20，定位柱20的直径小于芯轴7的直径，定位柱与定位孔5插接配合；支撑芯轴1上安装第一定位圈2和第一挡环3，第一挡环3位于第一定位圈2靠近定位孔5的一侧，所述第一定位圈2上设置第一定位顶丝19；支撑芯轴1和芯轴7之间设置第一壳体封头4，第一壳体封头4上开设与芯轴7端部的定位柱20配合的通孔17，定位柱从通孔内穿过；芯轴7上安装拼接式内模6、第二壳体封头8、第二挡环9和第二定位圈18，拼接式内模6位于第一壳体封头4和第二壳体封头8之间，拼接式内模6由多个围绕芯轴7排布的模块拼接组成，第二挡环9位于第二壳体封头8和第二定位圈18之间，第二定位圈18上设置第二定位顶丝10；

组装带不对称封头的模具的具体过程如下：

将第一定位圈2安装在支撑芯轴1上，连接第一挡环3，旋紧第一定位顶丝19将第一定位圈2固定在支撑芯轴1上；在芯轴7端部的定位柱上安装第一壳体封头4，将定位柱安装在定位孔5内，然后将拼接式内模6组装到芯轴7上；在芯轴7上安装第二壳体封头8、第二挡环9和第二定位圈18，旋紧一定位螺栓10，将第二定位圈18固定在芯轴7上；

所述第二定位圈2上设置数个第四定位螺栓20，所述第一定位圈18上设置数个第三定位螺栓11；

②制作耐烧蚀层：将脱模剂涂到模具上，然后在模具上缠一层四氟带，在四氟带上涂一层脱模剂，然后依次在模具上均匀涂刷硼酚醛树脂，铺一层高硅氧玻璃纤维布，再用毛刷将硼酚醛树脂胶液涂刷到高硅氧玻璃纤维布上，在上面缠绕一层浸润硼酚醛树脂的高硅氧玻璃纤维纱，放入固化炉中，先在85℃下固化1小时，升温至165℃下固化2小时，得到耐烧蚀层；

所述脱模剂由二甲基硅油、液体石蜡和甲苯按照质量比5∶2∶3混合得到；

所述硼酚醛树脂胶液由硼酚醛树脂、云母、KH550偶联剂和工业酒精按照质量比8∶2∶0.2∶10混合得到；

③缠绕成型及固化：将模具安装到缠绕机上，在胶槽内倒入中温固化树脂胶液，将高强玻璃纤维纱从张力器中引出，穿过浸胶槽，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上，经过缠绕小车分丝束缠绕到模具芯模上时，开动缠绕程序开始缠绕，纱片宽10mm，张力150N，纵向缠绕角650，3切点；缠绕厚度1.5mm后；调整工艺参数为纱片宽10mm，张力120N，环向缠绕，缠绕厚度1.5mm后；调整工艺参数为纱片宽12mm，张力100N，纵向缠绕角550，5切点，缠绕厚度1.5mm后；调整工艺参数为纱片宽12mm，张力80N，环向缠绕，直至缠绕到预期厚度5mm；

所述中温固化树脂胶液由AG-80环氧树脂、E-51环氧树脂、701阻燃剂、三氧化二锑和二氨基二苯甲烷改性双氰胺按照质量比7∶5∶1.5∶1.5∶6混合得到；

所述二氨基二苯甲烷改性双氰胺是由质量比为1∶1的二氨基二苯甲烷和双氰胺在120℃下反应4.5小时得到；

将缠绕好的壳体放入固化炉内，通过固化炉内的联接结构，将模具与固化炉内的旋转装置联接，关闭炉盖，开动缠绕机，旋转固化得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体；固化参数为旋转固化过程的旋转速度为50转/分钟，固化时先在85℃下固化1.5小时，升温至125℃下固化2小时；

④脱模得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体，具体的脱模过程包括以下步骤：松开第二定位螺栓10，将第二挡环9和第二定位圈18从芯轴7上取下，然后取下芯轴7；松开第一定位顶丝19、取下第二定位圈2、第二挡环3、支撑芯轴1；将拼接式内模6从芯轴7抽出后形成的内孔中拆散取出，得到内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体。

实施例1～4采用相同的模具制备得到，壳体参数如下：壳体内径

对实施例1～4所得内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体进行承压强度等进行检测，对比例为高强铝金属内衬，内表面涂抗烧蚀涂料的耐烧蚀壳体，结果如表2所示。

实施例2～4中硼酚醛树脂胶液的性能如表1所示，烧蚀试验参照GJB323A-96进行。

表1实施例2～4中硼酚醛树脂胶液性能结果表

可以看出，实施例2～4的硼酚醛树脂胶液的性能优异，能够满足技术要求。

表2实施例1～4所得内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体的检测结果表

本发明所得内表面有耐烧蚀层且带不对称封头的壳体，厚度均匀，内表面光洁度好，无鼓泡现象，采用特定的脱模剂容易脱模，尤其适用于不对称结构的模具脱模，由表2的结果可以看出，本发明所得内表面有烧蚀层且带不对称封头的壳体重量轻、承压强度大、耐烧蚀性能优异。