纏繞成型應用于碳纖維貯運發射箱體制造中

  江蘇博實科技:軍事國防是國家力量的根本,集貯存、運輸、發射為一體的箱式發射技術已經成為目前彈箭武器研究領域的重點,碳纖維復合材料擁有質輕高強、耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊等優勢,可將其用于導彈貯運發射箱的制作中。貯運發射箱箱體最初采用手糊工藝制造,存在原材料利用率低、生產效率低、制造成本高等缺點,我們可以根據這些將碳纖維箱體的成型工藝改為纏繞成型工藝。
  1、設計準備
 
  碳纖維復合材料發射箱箱體纏繞成型工藝所用材料主要有碳纖維增強材料、樹脂基體、固化劑、功能材料、脫模劑及其他助劑。博實采用整體化設計方法,將防潮阻隔、電磁屏蔽等功能融于結構設計之中,根據剛強度要求,通過有限元分析優化出最佳箱體結構。再以質量為控制目標,將材料參數代入成熟的數學計算公式,推導出箱體的纖維含量和鋪層層數,從而實現箱體結構與功能一體化設計,最終發射箱箱體設計為矩形。根據以往手糊工藝的缺點,我們采用纖維纏繞成型,纖維纏繞成型是在纏繞機上,將浸漬樹脂的纖維均勻的、有規律的纏繞在一個轉動的芯模上,最后固化,除去芯模獲得制件。
  2、纏繞工藝
 
  (1)內層纏繞。將纖維從紗架上引出,使其經過浸膠槽、張力控制系統、導向環,最后搭接到芯模上。開啟纏繞機,按照設定程序進行纏繞,用卡尺測量壁厚達到設計要求后,停止運行,將纖維剪斷。復合材料箱體具有多種材料多層組合矩形截面薄壁結構特點,其纏繞張力控制對于箱體的致密性與壁厚均勻性至關重要。設計研究利于纖維纏繞的逐層張力遞減制度。由于纖維是一層一層纏繞到芯模上,每纏繞一層均對前一層的纖維產生壓力,從而使前一層變松,為了保證各層纖維的最后張力相同,使之共同受力,通過研究張力與纏繞芯模的剛度、纏繞制品的厚度、纖維的強度和含量、纏繞線型等之間的影響關系,優化確定纏繞張力控制參數。
 
  (2)功能層鋪放。研究設計專用的功能層材料鋪放復合機構,采用在線涂膠壓合工藝實現材料復合鋪放。鋪放過程中首先在預固化的內層坯體表面均勻涂刷一層環氧膠液,然后將裁剪好的阻隔層薄膜材料通過鋪放結構上的供料卷沿長度方向進行鋪放,并用膠輥進行壓實和排除層間氣泡,預固化一定時間。在充分壓實并完全排除層間氣泡的阻隔層薄膜表面,均勻涂刷一層環氧膠液,將導電屏蔽層材料沿長度方向鋪放、壓實,同時在其外表面涂刷一層環氧膠液進行封閉,然后固化一定時間再進行后續纖維結構層的纏繞。
 
  (3)外層纏繞。將纖維搭接到箱體上,按照纏繞內層的方法纏繞外層,直至達到設計厚度。
  3、性能檢驗
 
  為驗證纏繞成型的碳纖維發射箱體是否滿足設計技術要求,博實對樣件按照國軍標的要求進行了試驗驗證,試驗項目有尺寸、材料力學性能、透濕率、耐燒蝕性等。試驗結果表面箱體各項性能均滿足指標要求。目前該箱體已正式投產,并批量使用。
  4、總結
 
  通過纏繞成型制造的碳纖維復合材料箱體,相比傳統手糊成型工藝,具有原材料利用率高、制造效率高、制造成本低等優點。通過螺旋纏繞方式制造碳纖維復合材料箱體,能夠突破矩形截面箱體纏繞張力控制與功能層快速鋪放等關鍵技術,實現發射箱箱體近零拔模斜度成型,各項性能均滿足指標要求,解決了碳纖維復合材料箱體質量與成本的控制難題。
 
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