專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳纖維/玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地指一種復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航天設(shè)備對(duì)材料的要求越來(lái)越高，輕質(zhì)化、高強(qiáng)度、高模量正逐漸成為其研究的熱點(diǎn)，復(fù)合材料因具備以上特點(diǎn)而成為首選。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接裙是殼體的整體延伸，用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈級(jí)間段連接或與其他部件的連接，要經(jīng)受軸壓、彎矩、剪切、內(nèi)壓等多種載荷，受力情況比較復(fù)雜，如何在不增加連接裙重量的情況下，簡(jiǎn)化成型工藝，并提高它的性能，對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體性能的提高至關(guān)重要?，F(xiàn)有的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接裙所需的復(fù)合材料構(gòu)件常采用纏繞成型，由于難以實(shí)現(xiàn)整體成型，構(gòu)件性能受連接處強(qiáng)度的制約。復(fù)合裙整體成型工藝是一種閉模工藝，該工藝雖然具有尺寸精度高的特點(diǎn)，但同時(shí)也無(wú)法對(duì)復(fù)合材料制品進(jìn)行加壓。如何通過(guò)提高復(fù)合材料制品纖維體積含量達(dá)到提高復(fù)合裙整體成型制品力學(xué)性能的目的，已經(jīng)成為航天設(shè)備復(fù)合材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，然而目前這方面的成功例子的報(bào)道還比較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種材料力學(xué)性能好、重量輕、成型工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具及制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，由如下重量百分比的原料制成:硅橡膠乳液15 85%、硫化劑1 10%、促進(jìn)劑0 2%、填料10 75%。其中，硅橡膠乳液在23°C攪拌后粘度 為5 X IO4HiPa.s,目測(cè)外觀(guān)為乳白色/半透明。作為優(yōu)選方案，所述模具由如下重量百分比的原料制成:硅橡膠乳液35飛5%、硫化劑4 8%、促進(jìn)劑I 2%、填料30 55%。再進(jìn)一步地，所述娃橡13父乳液為甲基娃燒、甲基乙稀基娃燒、甲基乙稀基苯基娃燒中的一種或其組合。還進(jìn)一步地，所述硫化劑為正硅酸乙酯。更進(jìn)一步地，所述促進(jìn)劑為二月桂酸丁基錫。更進(jìn)一步地，所述填料按重量由滑石粉f 3份、石英粉f 4份、硅微粉f 8份組成。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具的制備方法，包括以下步驟:I)按照所述比例稱(chēng)取硅橡膠乳液和硫化劑置于燒杯中，攪拌混合均勻，在1(T25°C的溫度條件下放入真空烘箱中，開(kāi)啟真空烘箱至烘箱真空度達(dá)到0.1(T0.15Mpa的設(shè)定值，進(jìn)行脫泡處理3(T60min至不再出現(xiàn)較大氣孔為止，待真空烘箱壓力卸除后取出燒杯；2)按所述比例稱(chēng)取促進(jìn)劑和填料，加入到硅橡膠乳液和硫化劑混合液中，快速攪拌均勻，然后重復(fù)步驟I)中的真空脫泡處理；
3)在根據(jù)復(fù)合裙的內(nèi)型面尺寸設(shè)計(jì)好的成型用外膜與剛性模之間注入經(jīng)過(guò)步驟
2)處理的混合液，在10-25°C的溫度條件下固化24 48h，獲得軟膜制品；4)先在9(Tl00°C的溫度條件下對(duì)步驟3)所得軟膜制品加熱1.(Tl.5h，然后在18(T20(TC的溫度條件下加熱1.(Tl.5h，最后脫除外模，獲得所述硅橡膠模具。作為優(yōu)選方案，所述步驟3)中，當(dāng)溫度為1(T15°C時(shí)，固化時(shí)間為4(T48h ;當(dāng)溫度為20 25°C時(shí)，固化時(shí)間為24 30h。本發(fā)明的工作原理是這樣的:由于具有一定的彈性，具有合適的熱膨脹率和膨脹力，且熱膨脹模所產(chǎn)生的壓力隨溫度的增加而逐漸增加，所以采用硅橡膠模具作為產(chǎn)品陽(yáng)模(即內(nèi)模)，制作硅橡膠模具時(shí)其外表面形狀尺寸與所要求制備的復(fù)合裙的內(nèi)表面型面一致，這是利用了硅橡膠加熱產(chǎn)生合適的膨脹力實(shí)現(xiàn)提高制品纖維體積含量和降低孔隙率的特點(diǎn)，使得硅橡膠模具能耐固化時(shí)較高的固化溫度，同時(shí)硅橡膠模具受熱膨脹產(chǎn)生的壓力與復(fù)合裙樹(shù)脂體系的凝膠點(diǎn)是相匹配的，在樹(shù)脂體系的凝膠點(diǎn)溫度下，硅橡膠模具膨脹材料能產(chǎn)生并達(dá)到復(fù)合裙成型時(shí)所需要的壓力，其中，硅橡膠乳液和硫化劑反應(yīng)生成硅橡膠模具，促進(jìn)劑起到加快硅橡膠乳液硫化速度的作用，而填料用于加強(qiáng)硅橡膠模具的強(qiáng)度，使其達(dá)到固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接裙所需的材料的要求。綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1、充分利用硅橡膠具有的合適的熱膨脹率和膨脹力，可在加熱條件下受熱膨脹對(duì)碳纖維復(fù)合材料施加壓力，獲得滿(mǎn)足力學(xué)性能且質(zhì)量更輕的復(fù)合材料制品；2、該成型方法具有價(jià)格低廉、成型工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，為未來(lái)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體復(fù)合裙乃至大型復(fù)合材料承力件的研制提供可靠的技術(shù)途徑。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:實(shí)施例1:將150克的硅橡膠乳液和100克的硫化劑混合，攪拌均勻并置于真空度為0.1OMPa真空烘箱中進(jìn)行60分鐘脫泡處理，并倒入2000ml燒杯中，加入250克的滑石粉、250克的石英粉和250克的硅微粉，充分?jǐn)噭?，然后置于真空度?.1MPa真空烘箱中進(jìn)行60分鐘脫泡處理，在10°C溫度下固化48小時(shí)，最后分別在90°C和180°C下分別加熱1.5小時(shí)。所制得的硅橡膠模具硬度為30°，在130°C受熱時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力為0.4MPa，在(T200°C的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為197X10_6/°C，彈性模量為3.2MPa，邵氏硬度為47，泊松比為0.492，體積模量為66.7MPa。實(shí)施例2:將20克的二月桂酸丁基錫加入到含350克的硅橡膠乳液和80克的硫化劑的混合液中，攪拌均勻并置于真空度為0.12MPa真空烘箱中進(jìn)行57分鐘脫泡處理，倒入2000ml燒杯中，加入110克的滑石粉、165克的石英粉和275克的硅微粉，充分?jǐn)噭?，然后置于真空度?.12MPa真空烘箱中進(jìn)行57分鐘脫泡處理，在12°C溫度下固化45小時(shí)，最后分別在92°C和185°C下分別加熱1.4小時(shí)。所制得的硅橡膠模具硬度為20°，在130°C受熱時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力為0.26MPa，在(T200°C的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為203X10_6/°C，彈性模量為8.4MPa，邵氏硬度為59，泊松比為0.484，體積模量為87.5MPa。實(shí)施例3:將15克的二月桂酸丁基錫加入到含485克的硅橡膠乳液和50克的硫化劑的混合液中，攪拌均勻并置于真空度為0.15MPa真空烘箱中進(jìn)行30分鐘脫泡處理，倒入2000ml燒杯中，加入90克的滑石粉、120克的石英粉和240克的硅微粉，充分?jǐn)噭?，然后置于真空度?.15MPa真空烘箱中進(jìn)行54分鐘脫泡處理，在15 °C溫度下固化40小時(shí)，最后分別在95 °C和190°C下均加熱1.3小時(shí)。所制得的硅橡膠模具硬度為26°，在130°C受熱時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力為0.33MPa，在(T200°C的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為208X10_6/°C，彈性模量為3.5MPa，邵氏硬度為45，泊松比為0.478，體積模量為26.5MPa。實(shí)施例4:將10克的二月桂酸丁基錫加入到含650克的硅橡膠乳液和40克的硫化劑的混合液中，攪拌均勻并置于真空度為0.13MPa真空烘箱中進(jìn)行45分鐘脫泡處理，倒入2000ml燒杯中，加入100克的滑石粉、100克的石英粉和100克的硅微粉，充分?jǐn)噭颍缓笾糜谡婵斩葹?.13MPa真空烘箱中進(jìn)行45分鐘脫泡處理，在20°C溫度下固化30小時(shí)，最后分別在97°C和193°C下均加熱1.2小時(shí)。

所制得的硅橡膠模具硬度為25。，在130°C受熱時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力為0.47MPa，在(T200°C的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為191X10_6/°C，彈性模量為7.8MPa，邵氏硬度為56，泊松比為0.506。實(shí)施例5:將20克的二月桂酸丁基錫加入到含850克的硅橡膠乳液和30克的硫化劑的混合液中，攪拌均勻并置于真空度為0.15MPa真空烘箱中進(jìn)行38分鐘脫泡處理，倒入2000ml燒杯中，加入20克的滑石粉、30克的石英粉和50克的硅微粉，充分?jǐn)噭?，然后置于真空度?.15MPa真空烘箱中進(jìn)行38分鐘脫泡處理，在22°C溫度下固化27小時(shí)，最后分別在98°C和195°C下均加熱1.1小時(shí)。所制得的硅橡膠模具硬度為34°，在130°C受熱時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力為0.56MPa，在(T200°C的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為241X10_6/°C，彈性模量為3.6MPa，邵氏硬度為53，泊松比為0.490，體積模量為60MPa。實(shí)施例6:將20克的二月桂酸丁基錫加入到含850克的硅橡膠乳液和10克的硫化劑的混合液中，攪拌均勻并置于真空度為0.1OMPa真空烘箱中進(jìn)行60分鐘脫泡處理，倒入2000ml燒杯中，加入24克的滑石粉、32克的石英粉和64克的硅微粉，充分?jǐn)噭?，然后置于真空度?.1OMPa真空烘箱中進(jìn)行60分鐘脫泡處理，在25°C溫度下固化24小時(shí)，最后分別在100°C和200°C下均加熱1小時(shí)。所制得的硅橡膠模具硬度為38°，在130°C受熱時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力為0.52MPa，在(T200°C的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為166X 10—7°C，彈性模量為9.6MPa，邵氏硬度為67，泊松比為
0.475，體積模量為64MPa。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述模具由如下重量百分比的原料制成:硅橡膠乳液15 85%、硫化劑I 10%、促進(jìn)劑0 2%、填料10 75%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述模具由如下重量百分比的原料制成:硅橡膠乳液35 65%、硫化劑4 8%、促進(jìn)劑I 2%、填料30 55%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述模具由如下重量百分比的原料制成:硅橡膠乳液48.5%、硫化劑5%、促進(jìn)劑1.5%、填料45%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述娃橡月父乳液為甲基娃燒、甲基乙稀基娃燒、甲基乙稀基苯基娃燒中的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述硫化劑為正硅酸乙酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述促進(jìn)劑為二月桂酸丁基錫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述填料按重量由滑石粉廣3份、 石英粉f 4份、硅微粉f 8份組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述填料按重量由滑石粉2份、石英粉3份、硅微粉5份組成。
9.一種權(quán)利要求1所述復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具的制備方法，包括以下步驟: 1)按照所述比例稱(chēng)取硅橡膠乳液和硫化劑置于燒杯中，攪拌混合均勻，在1(T25°C的溫度條件下放入真空烘箱中，開(kāi)啟真空烘箱至烘箱真空度達(dá)到0.1(T0.15Mpa的設(shè)定值，進(jìn)行脫泡處理3(T60min至不再出現(xiàn)較大氣孔為止，待真空烘箱壓力卸除后取出燒杯； 2)按所述比例稱(chēng)取促進(jìn)劑和填料，加入到硅橡膠乳液和硫化劑混合液中，快速攪拌均勻，然后重復(fù)步驟I)中的真空脫泡處理； 3)在根據(jù)復(fù)合裙的內(nèi)型面尺寸設(shè)計(jì)好的成型用外膜與剛性模之間注入經(jīng)過(guò)步驟2)處理的混合液，在1(T25°C的溫度條件下固化24 48h，獲得軟膜制品； 4)先在9(T10(TC的溫度條件下對(duì)步驟3)所得軟膜制品加熱1.(Tl.5h，然后在18(T20(TC的溫度條件下加熱1.(Tl.5h，最后脫除外模，獲得所述硅橡膠模具。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中，當(dāng)溫度為1(T15°C時(shí)，固化時(shí)間為4(T48h ;當(dāng)溫度為2(T25°C時(shí)，固化時(shí)間為24 30h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合裙整體成型用硅橡膠模具，由如下重量百分比的原料制成硅橡膠乳液15~85%、硫化劑1~10%、促進(jìn)劑0~2%、填料10~75%。所述模具的制備方法包括以下步驟1)稱(chēng)取硅橡膠本體乳液和硫化劑攪拌均勻并真空脫泡；2)稱(chēng)取促進(jìn)劑和填料，混入硅橡膠本體乳液和硫化劑并快速攪拌，再次真空脫泡；3)在外膜與剛性模之間注入混合液，在10℃~25℃溫度下固化24~48小時(shí)，獲得軟膜制品；4)分別在90~100℃和180~200℃的溫度條件下對(duì)軟膜制品加熱1.0~1.5h，最后脫除外模。本發(fā)明材料力學(xué)性能好、重量輕、成型工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，適于廣泛應(yīng)用于航天復(fù)合材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08K3/36GK103214847SQ20131008920
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者張國(guó)喜, 鄧德鳳, 劉聿成, 霍文靜, 曾甜甜 申請(qǐng)人:湖北三江航天江北機(jī)械工程有限公司