纤维缠绕壳体的成型工艺

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1、2001年2月航天工艺第1期纤维缠绕壳体的成型工艺湖北三江航天集团江北机械厂张兴宏赵珂陈刚文摘主要针对纤维缠绕壳体试验缩比件的成型工艺包括芯模制作容器缠绕成型以及缠绕工艺参数的合理选择进行了初步探讨主题词缠绕工艺工艺参数复合材料1引言件进行纤维缠绕壳体的成型工艺探索缠绕工艺设计内容包括纤维缠绕壳体由于具有高的比强度和比模a.根据设计要求技术质量指标进行缠绕量而成为二三级固体火箭发动机壳体最理想线型设计和芯模设计及强度设计的复合材料结构件众所周知复合材料既是一b.选择原材料种材料又是一种结构因此复合材料成型工艺的c.根据选

2、定的工艺方法确定缠绕成型工特殊性就是具有可设计性其成型工艺包括原材艺确定工艺流程及工艺参数料设计及结构设计同时与设备的选型也很有关d.根据缠绕工艺选择缠绕设备及辅助设备系本文结合国内同行业的缠绕工艺技术拟对e.原材料及产品的质量检测发动壳体缩比件纤维缠绕成型工艺方法及工艺参数的合理选择进行初步探讨并通过试验进一3缠绕壳体试验件的结构和主要技术要求步摸索缠绕工艺及工艺参数3.1纤维缠绕壳体缩比件的结构2缠绕成型工艺设计的内容纤维缠绕壳体一般由纵向缠绕层环向缠绕层前后接头前后连接裙和内绝热层等组成缠绕成型工艺通常分为干法和湿

3、法及半干法缠绕壳体的结构如图1所示三种应根据制品的设计要求设备条件原材料性能等因素综合考虑结合工厂工艺技术条收稿日期2000-10-24162001年2月航天工艺第1期3.2主要技术要求的应达到要求的力学性能和物理性能纤维缠绕件外表面不允许有气泡凸出物流胶碰伤或划伤固化后前后接头连接裙4缠绕工艺流程绝热层与缠绕复合材料之间不允许脱粘固化后工艺流程见图2裙座加工贴弹性衬层芯模制备贴绝热层刷胶裙内侧缠绕上裙集束纱团浸胶张力控制胶液配裙外侧缠绕后固化修整固化脱模制品水压试验图2缠绕工艺流程5芯模芯模骨架组装5.1芯模的结构芯模

4、结构初步选择石膏面层金属骨架组合石膏配制芯模刮制芯模其芯模由芯轴预制石膏板铝管及石膏面层等部分构成两端是铝合金接头芯模表面芯模烘干包覆生橡胶片5.2芯模的制作工艺流程制作工艺流程见图3橡胶绝热层粘贴芯模5.3芯模制作工艺参数工艺参数见表1图3芯模制作工艺流程表1芯模制作工艺参数6原材料选择组分石膏比例1:16.1树脂基体烘干温度63°65°升温时间68树脂基体在缠绕容器中起着粘接固定纤维恒温时间1618传递载荷的作用纤维与树脂体系匹配的好坏直冷却时间24172001年2月航天工艺第1期接影响到成带质量缠绕成型工艺和容器的

5、性纱片的纤维股数J纵向缠绕总循环数M纵能为此树脂体系应满足下列要求向缠绕一个循环在横截面内为两层交叉纤维的a.良好的力学性能总纱片条数K纵向纤维强度利用系数b.与纤维有良好的匹配性能使胶带有较好缠绕角PB缠绕件的爆破压力R缠绕壳体的成带性的内半径f设计系数c.使用期要长以保证缠绕容器具有较好的7.2环向缠绕层数的设算n环整体性能2RPB(2-tga)缠绕试验容器所用的树脂为E-51环氧树n环=#2N1fm脂-953006.2增强纤维式中缠绕容器性能的好坏主要取决于增强纤m环向缠绕纱布密度公式中其它符号与上相维在选择增强纤

6、维时应注意以下问题同a.性能和价格7.3缠绕件筒身段总厚度b.满足缠绕容器的性能要求0.75pBRkff21c.浸透性和粘接性要好tc=[](2-tga+)sbkksd.张力要均匀不起毛不断头成带好式中缠绕壳体拟采用高强2号玻璃纤维规格为80支/2股/绽股纱强度为3136MPa模量为tc壳体筒身段总厚度;kf=1/VfVf为纤维体4积百分数ks纤维应力平衡因子;[sb]纤维8.23´10MPa拉伸强度6.3环氧体系配方7.4缠绕张力的设计与计算初步确定缠绕试验容器的树脂体系配方为:#a.环向缠绕张力计算-95300E-5

7、1环氧树脂MDA孟烷二EA胺MPDA间苯二胺促进剂M(´tA+tGq+tGa´sina平)´sGi´AEGT环j=EA7强度计算´tA+j´tGq+(j-1)´tGa´sina平E11G缠绕强度设计的目的是确定试验件在所规b.纵向缠绕张力计算定的载荷下长期工作的最低纤维铺设量也就是要通过受力分析计算出环向和纵向纤维的缠EA(´tA+tGq+tGa´sina平)´sGi´A绕层数强度计算目前主要采用网格理论进行强EGT纵=度设计EA´tA+i´tGq2+i´tGa2´sina平7.1纵向缠绕层数的设算n纵EG2pRPBc.

8、最佳预应力的计算J=KMN2fcosa最佳预应力是指在缠绕过程中所施加的张力对玻璃纤维所产生的张应力最佳预应力的确n=2J纵定主要考虑玻璃钢纤维的强度和制品含胶量的控式中制计算公式如下f每股纤维的平均强N1N2环向和纵向缠绕182001年2月航天工艺第1期sp´tA(8´sG-3KG´PB模压预成型用于制作封头段绝热