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薄壁复合模压压制工艺对产品界面的影响浅析

作者:完美论文网  来源:www.wmlunwen.com  发布时间:2016/6/23 16:21:06  

1薄壁复合模压工艺试验方案

对于薄壁复合模压,根据固体火箭发动机喷管壳体绝热层的特点,利用绝热套模压模具,采取两种模压工艺方案进行试验。

1.1方案一

分别压制预固化的高硅氧玻纤/酚醛毛坯和预固化的碳纤维/酚醛毛坯,根据设计要求对高硅氧玻纤/酚醛毛坯和碳纤维/酚醛毛坯进行机加,然后将机加后的高硅氧玻纤/酚醛毛坯和碳纤维/酚醛毛坯配合后压制至固化态,最后再按照设计尺寸机加为正式产品。

按照图1所示的工艺流程进行方案一的工艺试验。

1.2方案二

先压制一个预成型态的高硅氧玻纤/酚醛毛坯,根据设计要求对高硅氧玻纤/酚醛毛坯进行机加,然后将机加后的高硅氧玻纤/酚醛毛坯放入模具中,再加入碳纤维预混料进行压制至固化态,最后按照设计尺寸机加为正式产品。

按照图2所示的工艺流程进行方案二的工艺试验。

2工艺试验

2.1方案一工艺试验

2.1.1高硅氧玻纤/酚醛毛坯的压制

称取一定量制备好的的高硅氧玻纤/酚醛预混料进行预热,在预混料进行预热的同时对模具进行预热,等预混料和模具预热后进行装模。

装模后执行的温度及压力制度如下:

温度制度:以一定范围的升温速率升至预成型,保温后自由降温;

压力制度:使用45t或100t压机进行加压。

加压时机:装完模后,压机加全压。若有降压,则进行补压

2.1.2碳纤维/酚醛毛坯的压制

称取一定量制备好的碳纤维/酚醛预混料进行预热,然后按照高硅氧玻纤/酚醛的压制方法压制碳纤维/酚醛毛坯。

2.1.3高硅氧玻纤/酚醛和碳纤维/酚醛毛坯的机加

将高硅氧玻纤维/酚醛毛坯件按照图3进行机加,碳纤维/酚醛毛坯按照图4进行机加。

2.1.4薄壁复合模压产品毛坯件的压制

将机加后的高硅氧玻纤/酚醛和碳纤维/酚醛进行产品的压制。先对模具预热进行预热,然后进行压制,压制的温度及压力制度如下:

温度制度:以一定范围的升温速率进行升温,然后保温,保温后继续升温,升温至固化态后进行保温,保温结束后进行自由降温;

压力制度:使用45t或100t压机进行加压。

加压时机:机加后的高硅氧玻纤/酚醛毛坯和碳纤维/酚醛毛坯装进模腔后,进行预热,达到一定的温度进行加全压。

2.2方案二工艺试验

2.2.1高硅氧玻纤/酚醛毛坯的压制

高硅氧玻纤/酚醛毛坯的压制方法同方案一高硅氧玻纤/酚醛毛坯的压制方法。

2.2.2高硅氧玻纤毛坯进行机加

按照图4对高硅氧玻纤毛坯进行机加。

2.2.3薄壁复合模压产品毛坯件的压制

称取一定量制备好的碳纤维/酚醛预混料进行预热,在进行预混料预热的同时将模具进行预热。预热后,将机加后的高硅氧玻纤毛坯和预热后的碳纤维/酚醛预混料装入阴模,装完模后按照方案一中薄壁复合模压产品毛坯件的压制方法进行压制和后续处理。

2.3性能检测结果

2.3.1产品的界面情况

⑴宏观界面。对两种工艺方案下所压制的产品进行了解剖,产品的碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛层界面均整齐且清晰,两者没有明显差异,方案一解剖后的情况见图5,方案二解剖后的情况见图6。

⑵微观界面。对两种方案下产品的碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛层界面进行电镜扫描,在10倍的放大系数下,两种方案下的界面结合情况均良好,随着放大倍数的增加,在50倍时,方案一的碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛层界面有了间隙,方案二的结合界面仍然结合良好,在200倍的情况下,方案一的结合界面则有了更为明显的间隙,方案二的界面结合良好,在200倍的扫描图片分别见图7~8。

对两种方案下产品的碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛层界面进行了光学显微试验,检测的结果分别见图9~10。由图可见,方案一的界面有间隙型裂纹存在,结合不紧密,而方案二的界面结合紧密,没有裂纹,与扫描电镜结果一致。

2.3.2热处理后的整体结构

对两种方案下压制的产品,切成10mm厚的薄片埋在碳粉中间,放在蜂窝炉中烧至700℃,然后保温15min之后进行自由降温。方案一压制的薄片碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛层分离,方案二压制的薄片碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛层结合完好,经过700℃的烧蚀后的情况分别如图11~12。采用方案一制备的产品烧蚀后碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛沿压制界面完全脱离,而采用方案二制备的产品烧蚀后碳纤维/酚醛层和高硅氧玻纤/酚醛界面结合良好,没有裂纹。采用方案二制备的产品烧蚀后界面的扫描电镜和光学显微镜照片分别见图13~14,可以看出烧后界面没有发生明显变化,结合完好。

3结论

⑴两种工艺方案所压制的薄壁复合模压产品界面清晰整齐,外观一致。

⑵在微观结构中,方案一所压制的产品高硅氧玻纤/酚醛和碳纤维/酚醛界面出现了裂痕,方案二所压制的产品高硅氧玻纤/酚醛和碳纤维/酚醛界面结合完好,呈现出齿状结合。

⑶对两种工艺方案下所压制的产品制样烧至700℃进行保温,15min后,方案一的高硅氧玻纤层和碳纤维层分离,方案二的高硅氧玻纤层和碳纤维层则仍然连接在一起,通过微观结构查看,方案二在烧后界面没有发生变化,结合完好。

通过以上两种工艺方案的试验和比较,方案一所压制的复合模压产品容易在高硅氧玻纤层和碳纤维层界面分层,方案二则界面结合良好,具有良好的耐高温性能。

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