專利名稱：復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/玻璃纖維增強樹脂基復合材料領(lǐng)域，具體地指一種復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)備對材料的要求越來越高，輕質(zhì)化、高強度、高模量正逐漸成為其研究的熱點，復合材料因具備以上特點而成為首選。固體火箭發(fā)動機殼體連接裙是殼體的整體延伸，用于實現(xiàn)導彈級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，受力情況比較復雜，如何在不增加連接裙重量的情況下，簡化成型工藝，并提高它的性能，對整個發(fā)動機殼體性能的提高至關(guān)重要?，F(xiàn)有的固體火箭發(fā)動機殼體連接裙所需的復合材料構(gòu)件常采用纏繞成型，由于難以實現(xiàn)整體成型，構(gòu)件性能受連接處強度的制約。復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，但同時也無法對復合材料制品進行加壓。如何通過提高復合材料制品纖維體積含量達到提高復合裙整體成型制品力學性能的目的，已經(jīng)成為航天設(shè)備復合材料領(lǐng)域研究的熱點，然而目前這方面的成功例子的報道還比較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種材料力學性能好、重量輕、成型工藝簡單、價格低廉的復合裙整體成型用硅橡膠模具及制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的復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,目測外觀為乳白色/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%、促進劑I 2%、填料30 55%。再進一步地，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。還進一步地，所述硫化劑為正硅酸乙酯。更進一步地，所述促進劑為二月桂酸丁基錫。更進一步地，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。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的復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，開啟真空烘箱至烘箱真空度達到0.1(T0.15Mpa的設(shè)定值，進行脫泡處理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)按所述比例稱取促進劑和填料，加入到硅橡膠乳液和硫化劑混合液中，快速攪拌均勻，然后重復步驟I)中的真空脫泡處理；
3)在根據(jù)復合裙的內(nèi)型面尺寸設(shè)計好的成型用外膜與剛性模之間注入經(jīng)過步驟
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，當溫度為1(T15°C時，固化時間為4(T48h ;當溫度為20 25°C時，固化時間為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)品陽模(即內(nèi)模)，制作硅橡膠模具時其外表面形狀尺寸與所要求制備的復合裙的內(nèi)表面型面一致，這是利用了硅橡膠加熱產(chǎn)生合適的膨脹力實現(xiàn)提高制品纖維體積含量和降低孔隙率的特點，使得硅橡膠模具能耐固化時較高的固化溫度，同時硅橡膠模具受熱膨脹產(chǎn)生的壓力與復合裙樹脂體系的凝膠點是相匹配的，在樹脂體系的凝膠點溫度下，硅橡膠模具膨脹材料能產(chǎn)生并達到復合裙成型時所需要的壓力，其中，硅橡膠乳液和硫化劑反應(yīng)生成硅橡膠模具，促進劑起到加快硅橡膠乳液硫化速度的作用，而填料用于加強硅橡膠模具的強度，使其達到固體火箭發(fā)動機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碳纖維復合材料施加壓力，獲得滿足力學性能且質(zhì)量更輕的復合材料制品；2、該成型方法具有價格低廉、成型工藝簡單的特點，為未來固體火箭發(fā)動機殼體復合裙乃至大型復合材料承力件的研制提供可靠的技術(shù)途徑。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述:實施例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，充分攪勻，然后置于真空度為0.1MPa真空烘箱中進行60分鐘脫泡處理，在10°C溫度下固化48小時，最后分別在90°C和180°C下分別加熱1.5小時。所制得的硅橡膠模具硬度為30°，在130°C受熱時膨脹產(chǎn)生的壓力為0.4MPa，在(T200°C的平均線膨脹系數(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，充分攪勻，然后置于真空度為0.12MPa真空烘箱中進行57分鐘脫泡處理，在12°C溫度下固化45小時，最后分別在92°C和185°C下分別加熱1.4小時。所制得的硅橡膠模具硬度為20°，在130°C受熱時膨脹產(chǎn)生的壓力為0.26MPa，在(T200°C的平均線膨脹系數(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，充分攪勻，然后置于真空度為0.15MPa真空烘箱中進行54分鐘脫泡處理，在15 °C溫度下固化40小時，最后分別在95 °C和190°C下均加熱1.3小時。所制得的硅橡膠模具硬度為26°，在130°C受熱時膨脹產(chǎn)生的壓力為0.33MPa，在(T200°C的平均線膨脹系數(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，充分攪勻，然后置于真空度為0.13MPa真空烘箱中進行45分鐘脫泡處理，在20°C溫度下固化30小時，最后分別在97°C和193°C下均加熱1.2小時。

所制得的硅橡膠模具硬度為25。，在130°C受熱時膨脹產(chǎn)生的壓力為0.47MPa，在(T200°C的平均線膨脹系數(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，充分攪勻，然后置于真空度為0.15MPa真空烘箱中進行38分鐘脫泡處理，在22°C溫度下固化27小時，最后分別在98°C和195°C下均加熱1.1小時。所制得的硅橡膠模具硬度為34°，在130°C受熱時膨脹產(chǎn)生的壓力為0.56MPa，在(T200°C的平均線膨脹系數(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，充分攪勻，然后置于真空度為0.1OMPa真空烘箱中進行60分鐘脫泡處理，在25°C溫度下固化24小時，最后分別在100°C和200°C下均加熱1小時。所制得的硅橡膠模具硬度為38°，在130°C受熱時膨脹產(chǎn)生的壓力為0.52MPa，在(T200°C的平均線膨脹系數(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%、促進劑0 2%、填料10 75%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復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%、促進劑I 2%、填料30 55%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復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%、促進劑1.5%、填料45%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的復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所述的復合裙整體成型用硅橡膠模具，其特征在于:所述促進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，開啟真空烘箱至烘箱真空度達到0.1(T0.15Mpa的設(shè)定值，進行脫泡處理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)按所述比例稱取促進劑和填料，加入到硅橡膠乳液和硫化劑混合液中，快速攪拌均勻，然后重復步驟I)中的真空脫泡處理； 3)在根據(jù)復合裙的內(nèi)型面尺寸設(shè)計好的成型用外膜與剛性模之間注入經(jīng)過步驟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，當溫度為1(T15°C時，固化時間為4(T48h ;當溫度為2(T25°C時，固化時間為24 30h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復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%、促進劑0~2%、填料10~75%。所述模具的制備方法包括以下步驟1)稱取硅橡膠本體乳液和硫化劑攪拌均勻并真空脫泡；2)稱取促進劑和填料，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，獲得軟膜制品；4)分別在90~100℃和180~200℃的溫度條件下對軟膜制品加熱1.0~1.5h，最后脫除外模。本發(fā)明材料力學性能好、重量輕、成型工藝簡單、價格低廉，適于廣泛應(yīng)用于航天復合材料領(lǐng)域。
文檔編號C08K3/36GK103214847SQ20131008920
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者張國喜, 鄧德鳳, 劉聿成, 霍文靜, 曾甜甜 申請人:湖北三江航天江北機械工程有限公司