一種固體火箭發動機內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】一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，本發明涉及一種火箭發動機技術領域，特別是涉及一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱的制備和脫模工藝領域。本發明的目的是為了解決傳統的金屬材料藥柱芯模在固化成型后不易脫模及脫模過程中易爆炸的問題。本發明的固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進行：一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料的前處理；二、制備內孔燃燒藥柱結構的芯模；三、芯模快速脫模。本發明的藥柱制備及安全快速脫模技術用于固體火箭發動機內孔燃燒藥柱。
【專利說明】
一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝
技術領域
[0001]本發明涉及一種火箭發動機技術領域，特別是涉及一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱的制備和脫模工藝領域。
【背景技術】
[0002]藥柱的燃燒將為固體火箭的發射提供推力，是固體火箭發動機的關鍵技術之一。現有的固體火箭發動機藥柱制備技術多為金屬芯模，在裝藥固化成型后，存在內部芯模不易脫模，以及在脫模過程中內部金屬芯模與藥柱產生摩擦，使藥柱燃燒，產生爆炸的危險。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了解決傳統的金屬材料藥柱芯模在固化成型后不易脫模及脫模過程中易爆炸的問題，而提供一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝。應用形狀記憶聚合物及其復合材料制備藥柱芯模，通過形狀記憶聚合物的形狀記憶過程，從而實現藥柱的成型和芯模的脫模工藝。
[0004]本發明的固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進行:
[0005]—、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料的前處理:調節形狀記憶聚合物組分比例或向形狀記憶聚合物內加入增強材料，使得形狀記憶聚合物材料或形狀記憶聚合物復合材料在40°C_48°C可以保持臨時形狀，在52°C-60°C可以回復最初形狀(當溫度在40°C-48°C內，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料可以保持最終的藥柱芯模工作狀態不回復；當溫度在52°C_60°C內，形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料無法保持最終的藥柱芯模工作狀態不回復，芯模逐漸回復到最初的直筒狀態，便于脫模)，變形能力不小于50%，芯模壁厚在2-10mm之間；加入增強材料的含量占總質量的3%?10%，得到改進的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料；
[0006]二、制備內孔燃燒藥柱結構的芯模:將步驟一得到的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料采用澆注工藝固化成固態的內孔燃燒藥柱結構芯模的初始形狀，通常為直筒型；進而，將溫度升高至75°C-10(TC，借助于外部輔助剛性模具作用(其內腔為藥柱芯模臨時工作狀態)，施加壓力0.02MPa-0.1MPa變形至最終狀態的藥柱芯模形狀，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，模具保持為臨時工作形態，即藥柱結構的最終工作狀態；
[0007]三、芯模快速脫模:將步驟二制備的芯模進行熱空氣加熱(高溫干燥箱、熱壓罐、熱風槍)、紅外光(波長在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合材料藥柱芯模由最終工作狀態恢復成初始直筒狀態，模具表面與固化的藥柱表面產生脫離，從而實現芯模的快速脫模。
[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]所述芯模為一個或多個相互不連通的芯模的組合。
[0012]本發明與現有的技術相比具有以下有益效果:本發明基于形狀記憶聚合物良好的形狀固定能力、形狀回復能力、廣泛可調的玻璃轉化溫度、不同溫度下的巨大剛度和強度差異等優勢，將其應用于固體火箭發動機內孔燃燒藥柱芯模，以達到縮短生產周期、簡化生產流程、節約生產成本的效果。
[0013]本發明的固體火箭發動機內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動機藥柱的制備成本、生產周期和簡化生產流程，同時有效的降低了固體火箭發動機在成型后脫模過程中，由于操作不當造成的爆炸等危險，有效的提高了工作人員的人身安全。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1固體火箭發動機藥柱形狀記憶聚合物芯模的初始形狀示意圖；
[0015]圖2為實施例1固體火箭發動機藥柱形狀記憶聚合物芯模的變形后臨時形狀示意圖；
[0016]圖3為固體火箭發動機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為實施例1固體火箭發動機藥柱形狀記憶聚合物芯模的加熱回復初始形狀示意圖；
[0018]圖5為實施例2固體火箭發動機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。
【具體實施方式】
[0019]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式的固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進行:
[0021]—、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料的前處理:調節形狀記憶聚合物組分比例或向形狀記憶聚合物內加入增強材料，加入增強材料的含量占總質量的3 %?10%，得到改進的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料；
[0022]二、制備內孔燃燒藥柱結構的芯模:將步驟一得到的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料采用澆注工藝固化成固態的內孔燃燒藥柱結構芯模的初始形狀;進而，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，模具保持為臨時工作形態，即藥柱結構的最終工作狀態；
[0023]三、芯模快速脫模:將步驟二制備的芯模進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合材料藥柱芯模由最終工作狀態恢復成初始狀態，模具表面與固化的藥柱表面產生脫離，從而實現芯模的快速脫模。
[0024]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，步驟一得到的改進的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料具有以下性質:在40°C_48°C可以保持臨時形狀，在52°C_60°C可以回復最初形狀，變形能力不小于50%，芯模壁厚在2-10mm之間。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】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。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，步驟一所述的增強材料為碳納米顆粒、炭黑、短纖維、聚氨酯類纖維、高彈性纖維或織物。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述芯模為圓管形、星形或壓力瓶形。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0028]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】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。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0029]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】六不同的是，所述熱空氣加熱為利用高溫干燥箱、熱壓罐或熱風槍進行加熱。其他步驟與參數與【具體實施方式】六相同。
[0030]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，步驟三光刺激為波長在1000nm-8000nm之間的紅外光刺激。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0031 ]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，當藥柱成型溫度位于40 °C-80 °C，使用聚氨酯形狀記憶聚合物、環氧類的形狀記憶聚合物或苯乙烯類形狀記憶聚合物；當藥柱成型溫度位于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。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0032]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述芯模為一個或多個相互不連通的芯模的組合。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0033]實施例1
[0034]本實施例的固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進行:
[0035]一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料的前處理:調節苯乙烯形狀記憶聚合物組分比例，得到改進的苯乙烯形狀記憶聚合物；
[0036]二、制備內孔燃燒藥柱結構的芯模:將改進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;進而，將溫度升高至80°C，借助于外部輔助剛性模具作用(其內腔為藥柱芯模臨時工作狀態)，如圖2所示，施加壓力0.1MPa變形至最終狀態的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去外在壓力0.1MPa，模具保持為臨時工作形態，即藥柱結構的最終工作狀態；
[0037]三、芯模快速脫模:將藥物固化后的藥柱整體組裝結構升溫至60°C，形狀記憶聚合物材料藥柱芯模回復如圖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生脫離，從而實現芯模的快速脫模。
[0038]實施例2
[0039]本實施例的固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝按以下步驟進行:
[0040]一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料的前處理:調節苯乙烯形狀記憶聚合物組分比例，得到改進的苯乙烯形狀記憶聚合物；
[0041]二、制備內孔燃燒藥柱結構的芯模:將改進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;進而，將溫度升高至80°C，借助于外部輔助剛性模具作用(其內腔為藥柱芯模臨時工作狀態)，施加壓力0.1MPa變形至最終狀態的藥柱芯模形狀，保持壓力然后降溫;待溫度降為室溫后，撤去外在壓力0.1MPa，模具保持為臨時工作形態，即藥柱結構的最終工作狀態；
[0042]三、芯模快速脫模:將藥物固化后的藥柱整體組裝結構經電阻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模回復最初形狀，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生脫離，從而實現芯模的快速脫模。
[0043]通過實施例1和實施例2的方法均實現了固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模的過程，有效的降低了固體火箭發動機在成型后脫模過程中，由于操作不當造成爆炸的危險。
【主權項】
1.一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:按以下步驟進行: 一、形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料的前處理:調節形狀記憶聚合物組分比例或向形狀記憶聚合物內加入增強材料，加入增強材料的含量占總質量的3 %?1 %，得到改進的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料； 二、制備內孔燃燒藥柱結構的芯模:將步驟一得到的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料采用澆注工藝固化成固態的內孔燃燒藥柱結構芯模的初始形狀;進而，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，模具保持為臨時工作形態，即藥柱結構的最終工作狀態； 三、芯模快速脫模:將步驟二制備的芯模進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合材料藥柱芯模由最終工作狀態恢復成初始狀態，模具表面與固化的藥柱表面產生脫離，從而實現芯模的快速脫模。2.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:步驟一得到的改進的形狀記憶聚合物或形狀記憶聚合物復合材料具有以下性質:在40°C_48°C可以保持臨時形狀，在52°C_60°C可以回復最初形狀，變形能力不小于50%，芯模壁厚在2-1 Omm之間。3.根據權利要求1或2所述的一種固體火箭發動機內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.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內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.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內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.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內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.根據權利要求6所述的一種固體火箭發動機內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、熱壓罐或熱風槍進行加熱。8.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內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在1000nm-8000nm之間的紅外光刺激。9.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工藝，其特征在于:當藥柱成型溫度位于40°C_80°C，使用聚氨酯形狀記憶聚合物、環氧類的形狀記憶聚合物或苯乙烯類形狀記憶聚合物；當藥柱成型溫度位于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.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機內孔燃燒藥柱制備及安全快速脫模工 藝，其特征在于:所述芯模為一個或多個相互不連通的芯模的組合。
【文檔編號】F02K9/24GK105840344SQ201610247810
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】劉彥菊, 冷勁松, 杜海洋, 劉立武
【申請人】哈爾濱工業大學