一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝的制作方法
【專利摘要】一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，本發(fā)明涉及一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱的制備和脫模工藝領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的金屬材料藥柱芯模在固化成型后不易脫模及脫模過(guò)程中易爆炸的問(wèn)題。本發(fā)明的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進(jìn)行：一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料的前處理；二、制備內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)的芯模；三、芯?？焖倜撃?。本發(fā)明的藥柱制備及安全快速脫模技術(shù)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱。
【專利說(shuō)明】
一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱的制備和脫模工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]藥柱的燃燒將為固體火箭的發(fā)射提供推力，是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)有的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱制備技術(shù)多為金屬芯模，在裝藥固化成型后，存在內(nèi)部芯模不易脫模，以及在脫模過(guò)程中內(nèi)部金屬芯模與藥柱產(chǎn)生摩擦，使藥柱燃燒，產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的金屬材料藥柱芯模在固化成型后不易脫模及脫模過(guò)程中易爆炸的問(wèn)題，而提供一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝。應(yīng)用形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料制備藥柱芯模，通過(guò)形狀記憶聚合物的形狀記憶過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)藥柱的成型和芯模的脫模工藝。
[0004]本發(fā)明的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進(jìn)行:
[0005]—、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料的前處理:調(diào)節(jié)形狀記憶聚合物組分比例或向形狀記憶聚合物內(nèi)加入增強(qiáng)材料，使得形狀記憶聚合物材料或形狀記憶聚合物復(fù)合材料在40°C_48°C可以保持臨時(shí)形狀，在52°C-60°C可以回復(fù)最初形狀(當(dāng)溫度在40°C-48°C內(nèi)，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料可以保持最終的藥柱芯模工作狀態(tài)不回復(fù)；當(dāng)溫度在52°C_60°C內(nèi)，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料無(wú)法保持最終的藥柱芯模工作狀態(tài)不回復(fù)，芯模逐漸回復(fù)到最初的直筒狀態(tài)，便于脫模)，變形能力不小于50%，芯模壁厚在2-10mm之間；加入增強(qiáng)材料的含量占總質(zhì)量的3%?10%，得到改進(jìn)的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料；
[0006]二、制備內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)的芯模:將步驟一得到的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料采用澆注工藝固化成固態(tài)的內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)芯模的初始形狀，通常為直筒型；進(jìn)而，將溫度升高至75°C-10(TC，借助于外部輔助剛性模具作用(其內(nèi)腔為藥柱芯模臨時(shí)工作狀態(tài))，施加壓力0.02MPa-0.1MPa變形至最終狀態(tài)的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去外在壓力0.02MPa-0.1MPa，模具保持為臨時(shí)工作形態(tài)，即藥柱結(jié)構(gòu)的最終工作狀態(tài)；
[0007]三、芯模快速脫模:將步驟二制備的芯模進(jìn)行熱空氣加熱(高溫干燥箱、熱壓罐、熱風(fēng)槍)、紅外光(波長(zhǎng)在100-SOOOnm之間)或電阻膜(電阻在1-500歐姆之間)加熱刺激，溫度上升至52°C_6(TC，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料藥柱芯模由最終工作狀態(tài)恢復(fù)成初始直筒狀態(tài)，模具表面與固化的藥柱表面產(chǎn)生脫離，從而實(shí)現(xiàn)芯模的快速脫模。
[0008]所述形狀記憶聚合物材料可以為聚氨酯形狀記憶聚合物、環(huán)氧類的形狀記憶聚合物、苯乙烯類形狀記憶聚合物、氰酸酯類形狀記憶聚合物、雙馬來(lái)酰亞胺形狀記憶聚合物、聚酰亞胺形狀記憶聚合物中的一種或多種。
[0009]所述增強(qiáng)材料為碳納米顆粒、炭黑、短纖維、聚氨酯類纖維、高彈性纖維或織物。
[0010]所述芯模為圓管形，星形或壓力瓶形(中間直徑大，兩端直徑小)。
[0011]所述芯模為一個(gè)或多個(gè)相互不連通的芯模的組合。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下有益效果:本發(fā)明基于形狀記憶聚合物良好的形狀固定能力、形狀回復(fù)能力、廣泛可調(diào)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度、不同溫度下的巨大剛度和強(qiáng)度差異等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱芯模，以達(dá)到縮短生產(chǎn)周期、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程、節(jié)約生產(chǎn)成本的效果。
[0013]本發(fā)明的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝能夠有效的降低固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱的制備成本、生產(chǎn)周期和簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，同時(shí)有效的降低了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在成型后脫模過(guò)程中，由于操作不當(dāng)造成的爆炸等危險(xiǎn)，有效的提高了工作人員的人身安全。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為實(shí)施例1固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱形狀記憶聚合物芯模的初始形狀示意圖；
[0015]圖2為實(shí)施例1固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱形狀記憶聚合物芯模的變形后臨時(shí)形狀示意圖；
[0016]圖3為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱形狀記憶聚合物藥柱的裝配示意圖；其中I為上定位蓋，2為金屬外殼，3為藥柱填充材料，4為芯模，5為下定位蓋；
[0017]圖4為實(shí)施例1固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱形狀記憶聚合物芯模的加熱回復(fù)初始形狀示意圖；
[0018]圖5為實(shí)施例2固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱形狀記憶聚合物電加熱芯模示意圖，其中I為芯模，2為電熱膜。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進(jìn)行:
[0021]—、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料的前處理:調(diào)節(jié)形狀記憶聚合物組分比例或向形狀記憶聚合物內(nèi)加入增強(qiáng)材料，加入增強(qiáng)材料的含量占總質(zhì)量的3 %?10%，得到改進(jìn)的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料；
[0022]二、制備內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)的芯模:將步驟一得到的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料采用澆注工藝固化成固態(tài)的內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)芯模的初始形狀;進(jìn)而，將溫度升高至75°C_100°C，借助于外部輔助剛性模具作用，施加壓力0.02MPa-0.1MPa變形至最終狀態(tài)的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去壓力，模具保持為臨時(shí)工作形態(tài)，即藥柱結(jié)構(gòu)的最終工作狀態(tài)；
[0023]三、芯?？焖倜撃?將步驟二制備的芯模進(jìn)行加熱刺激或光刺激，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料藥柱芯模由最終工作狀態(tài)恢復(fù)成初始狀態(tài)，模具表面與固化的藥柱表面產(chǎn)生脫離，從而實(shí)現(xiàn)芯模的快速脫模。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟一得到的改進(jìn)的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料具有以下性質(zhì):在40°C_48°C可以保持臨時(shí)形狀，在52°C_60°C可以回復(fù)最初形狀，變形能力不小于50%，芯模壁厚在2-10mm之間。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟一所述的形狀記憶聚合物材料為聚氨酯形狀記憶聚合物、環(huán)氧類的形狀記憶聚合物、苯乙烯類形狀記憶聚合物、氰酸酯類形狀記憶聚合物、雙馬來(lái)酰亞胺形狀記憶聚合物、聚酰亞胺形狀記憶聚合物中的一種或多種。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟一所述的增強(qiáng)材料為碳納米顆粒、炭黑、短纖維、聚氨酯類纖維、高彈性纖維或織物。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，所述芯模為圓管形、星形或壓力瓶形。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟三加熱刺激為熱空氣加熱或電加熱刺激;所述熱空氣加熱的溫度為52 °C-60 °C，電加熱刺激為經(jīng)電阻在I歐姆-500歐姆之間的電阻膜加熱至溫度為52°C_60°C的刺激。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是，所述熱空氣加熱為利用高溫干燥箱、熱壓罐或熱風(fēng)槍進(jìn)行加熱。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟三光刺激為波長(zhǎng)在1000nm-8000nm之間的紅外光刺激。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0031 ]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，當(dāng)藥柱成型溫度位于40 °C-80 °C，使用聚氨酯形狀記憶聚合物、環(huán)氧類的形狀記憶聚合物或苯乙烯類形狀記憶聚合物；當(dāng)藥柱成型溫度位于120°C-20(TC，使用氰酸酯類形狀記憶聚合物、雙馬來(lái)酰亞胺形狀記憶聚合物或聚酰亞胺形狀記憶聚合物。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，所述芯模為一個(gè)或多個(gè)相互不連通的芯模的組合。其他步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]實(shí)施例1
[0034]本實(shí)施例的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進(jìn)行:
[0035]一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料的前處理:調(diào)節(jié)苯乙烯形狀記憶聚合物組分比例，得到改進(jìn)的苯乙烯形狀記憶聚合物；
[0036]二、制備內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)的芯模:將改進(jìn)的苯乙烯形狀記憶聚合物倒入輔助金屬模具中，放入高溫干燥箱，采用70°C的溫度，固化時(shí)間20h_24h，獲得固化后的形狀記憶聚合物材料芯模初始直筒形狀，如圖1所示;進(jìn)而，將溫度升高至80°C，借助于外部輔助剛性模具作用(其內(nèi)腔為藥柱芯模臨時(shí)工作狀態(tài))，如圖2所示，施加壓力0.1MPa變形至最終狀態(tài)的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去外在壓力0.1MPa，模具保持為臨時(shí)工作形態(tài)，即藥柱結(jié)構(gòu)的最終工作狀態(tài)；
[0037]三、芯?？焖倜撃?將藥物固化后的藥柱整體組裝結(jié)構(gòu)升溫至60°C，形狀記憶聚合物材料藥柱芯?；貜?fù)如圖4所示的最初形狀，依次拆除上定位蓋、下定位蓋，藥柱芯模，模具表面與固化的藥柱表面產(chǎn)生脫離，從而實(shí)現(xiàn)芯模的快速脫模。
[0038]實(shí)施例2
[0039]本實(shí)施例的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進(jìn)行:
[0040]一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料的前處理:調(diào)節(jié)苯乙烯形狀記憶聚合物組分比例，得到改進(jìn)的苯乙烯形狀記憶聚合物；
[0041]二、制備內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)的芯模:將改進(jìn)的苯乙烯形狀記憶聚合物倒入輔助金屬模具中，放入高溫干燥箱，采用70°C的溫度，固化時(shí)間20h_24h，獲得固化后的苯乙烯形狀記憶聚合物材料芯模初始直筒形狀;進(jìn)而，將溫度升高至80°C，借助于外部輔助剛性模具作用(其內(nèi)腔為藥柱芯模臨時(shí)工作狀態(tài))，施加壓力0.1MPa變形至最終狀態(tài)的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去外在壓力0.1MPa，模具保持為臨時(shí)工作形態(tài)，即藥柱結(jié)構(gòu)的最終工作狀態(tài)；
[0042]三、芯?？焖倜撃?將藥物固化后的藥柱整體組裝結(jié)構(gòu)經(jīng)電阻200歐姆的電阻膜加熱至溫度為60°C，如圖5示意圖所示，苯乙烯形狀記憶聚合物材料藥柱芯?；貜?fù)最初形狀，依次拆除上定位蓋、下定位蓋，藥柱芯模，模具表面與固化的藥柱表面產(chǎn)生脫離，從而實(shí)現(xiàn)芯模的快速脫模。
[0043]通過(guò)實(shí)施例1和實(shí)施例2的方法均實(shí)現(xiàn)了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模的過(guò)程，有效的降低了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在成型后脫模過(guò)程中，由于操作不當(dāng)造成爆炸的危險(xiǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:按以下步驟進(jìn)行: 一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料的前處理:調(diào)節(jié)形狀記憶聚合物組分比例或向形狀記憶聚合物內(nèi)加入增強(qiáng)材料，加入增強(qiáng)材料的含量占總質(zhì)量的3 %?1 %，得到改進(jìn)的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料； 二、制備內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)的芯模:將步驟一得到的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料采用澆注工藝固化成固態(tài)的內(nèi)孔燃燒藥柱結(jié)構(gòu)芯模的初始形狀;進(jìn)而，將溫度升高至75°C_100°C，借助于外部輔助剛性模具作用，施加壓力0.02MPa-0.1MPa變形至最終狀態(tài)的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去壓力，模具保持為臨時(shí)工作形態(tài)，即藥柱結(jié)構(gòu)的最終工作狀態(tài)； 三、芯?？焖倜撃?將步驟二制備的芯模進(jìn)行加熱刺激或光刺激，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料藥柱芯模由最終工作狀態(tài)恢復(fù)成初始狀態(tài)，模具表面與固化的藥柱表面產(chǎn)生脫離，從而實(shí)現(xiàn)芯模的快速脫模。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:步驟一得到的改進(jìn)的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復(fù)合材料具有以下性質(zhì):在40°C_48°C可以保持臨時(shí)形狀，在52°C_60°C可以回復(fù)最初形狀，變形能力不小于50%，芯模壁厚在2-1 Omm之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:所述的形狀記憶聚合物材料為聚氨酯形狀記憶聚合物、環(huán)氧類的形狀記憶聚合物、苯乙烯類形狀記憶聚合物、氰酸酯類形狀記憶聚合物、雙馬來(lái)酰亞胺形狀記憶聚合物、聚酰亞胺形狀記憶聚合物中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:步驟一所述的增強(qiáng)材料為碳納米顆粒、炭黑、短纖維、聚氨酯類纖維、高彈性纖維或織物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:所述芯模為圓管形、星形或壓力瓶形。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:步驟三加熱刺激為熱空氣加熱或電加熱刺激;所述熱空氣加熱的溫度為52°C_60°C，電加熱刺激為經(jīng)電阻在I歐姆-500歐姆之間的電阻膜加熱至溫度為52°C_60°C的刺激。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:所述熱空氣加熱為利用高溫干燥箱、熱壓罐或熱風(fēng)槍進(jìn)行加熱。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:步驟三光刺激為波長(zhǎng)在1000nm-8000nm之間的紅外光刺激。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:當(dāng)藥柱成型溫度位于40°C_80°C，使用聚氨酯形狀記憶聚合物、環(huán)氧類的形狀記憶聚合物或苯乙烯類形狀記憶聚合物；當(dāng)藥柱成型溫度位于120°C-200°C，使用氰酸酯類形狀記憶聚合物、雙馬來(lái)酰亞胺形狀記憶聚合物或聚酰亞胺形狀記憶聚合物。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工 藝，其特征在于:所述芯模為一個(gè)或多個(gè)相互不連通的芯模的組合。
【文檔編號(hào)】F02K9/24GK105840344SQ201610247810
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】劉彥菊, 冷勁松, 杜海洋, 劉立武
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)