專利名稱：一種高溫高壓真空嘴及密封方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空嘴及密封方法，特別是涉及一種樹脂基復(fù)合材料熱壓罐成型 工藝用耐高溫高壓(溫度> 300°C、壓力> l.OMPa)真空袋密封用真空嘴及密封方法，屬于 熱壓罐成型技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
真空袋/熱壓罐成型工藝目前仍然是高質(zhì)量樹脂基復(fù)合材料構(gòu)件的成型工藝。真 空袋的可靠密封是該工藝中必備環(huán)節(jié)和前提條件。真空嘴是真空袋系統(tǒng)中的接頭部分，其 作用是將真空袋系統(tǒng)和熱壓罐的真空系統(tǒng)通過金屬真空管線連接起來，在真空袋外部高溫 高壓的狀態(tài)下保證真空袋系統(tǒng)內(nèi)維持指定的真空度，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件的有效壓實(shí)，減少 復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)部的孔隙，提高構(gòu)件質(zhì)量。這在航空航天價格昂貴的大型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的制 造中尤為重要，可以解決產(chǎn)品制造的工藝瓶頸難題，減少報(bào)廢率，保證交付時間節(jié)點(diǎn)。真空嘴一般由基板、密封墊、壓板和壓緊螺母組成，現(xiàn)有的真空嘴密封墊通常采用 硅橡膠板，旋緊壓緊螺母時，在壓力的作用下起到密封圈的作用。硅橡膠板的最高使用溫度 約為230°C。實(shí)踐表明，現(xiàn)有的真空嘴可以滿足環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料等構(gòu)件的成型，環(huán)氧的 固化溫度一般約為170°C，壓力約為0.6MPa。但是，對于雙馬樹脂、聚酰亞胺樹脂等耐高溫 樹脂基復(fù)合材料構(gòu)件的成型，必須采用300°C以上和l.OMPa以上的高溫高壓，才能克服樹 脂的摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)樹脂的軟化流動，最終將復(fù)合材料壓實(shí)，得到高質(zhì)量的復(fù)合材料及其構(gòu) 件?，F(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處是在長時間高溫高壓條件下硅橡膠板老化龜裂，失去必要的 強(qiáng)度和彈性，甚至形成貫通的穿孔，導(dǎo)致真空袋系統(tǒng)真空泄漏，不能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的壓實(shí)，最終 造成構(gòu)件的報(bào)廢。為了解決這一難題，需要設(shè)計(jì)制造一種新型的耐高溫高壓真空嘴，滿足聚 酰亞胺樹脂基復(fù)合材料構(gòu)構(gòu)件的熱壓罐成型工藝要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能耐300°C以上高溫 和l.OMPa以上壓力的耐高溫高壓真空嘴及密封方法，實(shí)現(xiàn)真空袋與真空系統(tǒng)的可靠連接， 滿足雙馬樹脂、聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料構(gòu)構(gòu)件的熱壓罐成型工藝要求。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種高溫高壓真空嘴，包括緊固螺母、壓環(huán)、管接頭和 基板，所述的基板為圓臺結(jié)構(gòu)，上表面加工1、2或3道環(huán)形凹槽，壓環(huán)下表面加工有與環(huán)形 凹槽配合的凸榫，在基板和壓環(huán)的配合面之間放置若干層薄膜墊片，薄膜墊片為中間帶孔 的片狀結(jié)構(gòu)，厚度為0. 05 0. 1mm，材質(zhì)為尼龍、氟塑料或聚酰亞胺。所述的薄膜墊片中間孔直徑大于管接頭外徑且小于最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽的內(nèi)徑。所述的薄膜墊片為圓形或方形，最大尺寸大于最外側(cè)環(huán)形凹槽外徑的10 20mm。所述的環(huán)形凹槽之間的間隔不小于5mm，環(huán)形凹槽的直徑為3 5mm，最內(nèi)側(cè)環(huán)形 凹槽距離基板中心孔的距離為10 20mm。所述的凸榫與環(huán)形凹槽的配合誤差為0. 1 0. 2mm,即凸榫的直徑小于環(huán)形凹槽直徑的0. 1 0. 2mm。所述的薄膜墊片為1 6層。一種利用高溫高壓真空嘴的密封方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，在基板上表面加工1 3道環(huán)形凹槽，在壓環(huán)下表面相應(yīng)加工與環(huán)形凹槽 配合的凸榫；第二步，加工薄膜墊片，薄膜墊片為中間帶孔的圓形或方形的片形結(jié)構(gòu)，厚度為 0. 05 0. 1mm，中間的孔直徑大于管接頭外徑且小于最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽的內(nèi)徑，最大尺寸大 于最外側(cè)環(huán)形凹槽外徑的10 20mm ；第三步，在加工了環(huán)形凹槽的基板上放置1 3層薄膜墊片；第四步，在薄膜墊片上放置要密封的真空袋；第五步，在真空袋的上放置1 3層薄膜墊片；第六步，在第五步得到薄膜墊片上安裝壓環(huán)；第七步，將壓環(huán)上安裝緊固螺母，擰緊，將基板、薄膜墊片、真空袋和壓環(huán)壓緊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明采用在基板圓臺上表面加工1 3道密封凹槽，同時在壓環(huán)下表面配合 加工凸榫，再利用柔性的薄膜墊片在壓緊力的作用下發(fā)生必要的形變，起到了密封墊的作 用，通過螺母的壓緊力和薄膜的形變可以實(shí)現(xiàn)壓環(huán)與基板之間的機(jī)械密封，使本發(fā)明能耐 300°C以上高溫和1. OMPa以上壓力；(2)本發(fā)明采用的真空嘴的材質(zhì)為金屬材料，薄膜墊片選用的材質(zhì)的耐溫等級高 于真空袋薄膜材料或與真空袋薄膜相同，可以滿足耐高溫復(fù)合材料熱壓罐成型工藝的要 求；(3)本發(fā)明到目前為止進(jìn)行了 30次以上聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料真空袋/熱壓罐 工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為氣壓1. 5MPa、空氣溫度400°C，時間不少于12小時，無真空泄漏現(xiàn)象 發(fā)生，試驗(yàn)結(jié)果表明該真空嘴可以解決高溫高壓復(fù)合材料熱壓罐成型工藝的真空袋與真空 系統(tǒng)的可靠連接，保證了耐高溫先進(jìn)復(fù)合材料的成型制造；(4)本發(fā)明確定的加工尺寸，在保證密封性的前提下，保證了加工安裝時的操作 性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明基板底部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2A-A、B_B方向的局部放大圖；圖4為本發(fā)明基板三種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為與圖4中基板配合的壓板結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明如圖1所示，包括緊固螺母1、壓環(huán)2、管接頭3和基板4，基板4為圓臺結(jié) 構(gòu)，上表面加工1 3道環(huán)形凹槽41，壓環(huán)2下表面加工有與環(huán)形凹槽41配合的凸榫21，凸榫21的數(shù)量與環(huán)形凹槽41 一致，在基板4和壓環(huán)2的配合面之間放置若干層薄膜墊片。基板4上表面加工1 3道密封凹槽，基板4的底部還需要如圖2、3所示，加工相 互與中心孔42連通的十字形的導(dǎo)氣槽43，也可以是除十字形外的任意形狀，且與中心孔42 連通。壓環(huán)2和基板4可以如圖3、4所示選擇1道(a型)、2道(b型)和3道(c型) 任意一種形式。壓環(huán)2材質(zhì)可以是普通鋼、鋁、銅等金屬材料。真空嘴材質(zhì)可以是普通鋼、鋁、銅等金屬材料。薄膜墊片為中間帶孔的片狀結(jié)構(gòu)，厚度為0. 05 0. 1mm。薄膜墊片中間孔直徑大 于管接頭外徑且小于最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽的內(nèi)徑。薄膜墊片為圓形或方形，最大尺寸大于最外 側(cè)環(huán)形凹槽外徑的10 20mm。薄膜墊片為1 6層，薄膜墊片可以選擇真空袋薄膜同質(zhì)材 料，也可以選擇耐溫等級更高的尼龍、氟塑料，聚酰亞胺制作的薄膜，最好選擇真空袋薄膜 同質(zhì)材料，真空袋封裝時得的邊角料即可，方便易得。環(huán)形凹槽41之間的間隔不小于5mm，環(huán)形凹槽的直徑為3 5mm，最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽 距離基板中心孔的距離為10 20mm。凸榫與環(huán)形凹槽的配合誤差為0. 1 0. 2mm,即凸榫的直徑小于環(huán)形凹槽直徑的 0. 1 0. 2mm。密封方法真空袋封裝時，在基板上放置一層或多層帶孔的薄膜墊片，孔徑略大于 管接頭外徑，然后在真空袋薄膜上加工一個直徑略大于管接頭外徑的圓孔，將真空袋薄膜 通過管接頭放置在基板上，再將一層或多層同薄膜墊片放置在基板上，接著裝上壓環(huán)，再用 螺母將上述各部分壓緊。最后用真空金屬管與真空系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)真空嘴與真空系統(tǒng)的 可靠連接。上述薄膜可以選擇真空袋薄膜同質(zhì)材料，也可以選擇耐溫等級更高的尼龍、氟塑 料，聚酰亞胺制作的薄膜，厚度選擇0. 05mm 0. Imm,最好選擇真空袋薄膜同質(zhì)材料，真空 袋邊角料即可，方便易得。具體步驟如圖4所示，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)1、在基板上表面加工1 3道環(huán)形凹槽，在壓環(huán)下表面相應(yīng)加工與環(huán)形凹槽配合 的凸榫；2、加工薄膜墊片，薄膜墊片為中間帶孔的圓形或方形的片形結(jié)構(gòu)，厚度為0.05 0. 1mm，中間的孔直徑大于管接頭外徑且小于最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽的內(nèi)徑，最大尺寸大于最外側(cè) 環(huán)形凹槽外徑的10 20mm ；3、在加工了環(huán)形凹槽的基板上放置1 3層薄膜墊片；4、在薄膜墊片上放置要密封的真空袋；5、在真空袋的上放置1 3層薄膜墊片；6、在上一步的薄膜墊片上安裝壓環(huán)；7、將壓環(huán)上安裝緊固螺母，擰緊，將基板、薄膜墊片、真空袋和壓環(huán)壓緊。以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明實(shí)施例1聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的成型，真空袋薄膜選用0. 05mm厚聚酰亞胺薄膜，密封 膠條選用SM5160。真空嘴的基板、管接頭、螺母均采用鋼Q235-A級，壓環(huán)可以選用鋼Q235-A 級制造。結(jié)構(gòu)選擇a型。
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真空袋封裝時，在基板上放置一層帶孔的薄膜墊片，孔徑略大于管接頭外徑，然后 在真空袋薄膜上加工一個直徑略大于管接頭外徑的圓孔，將真空袋薄膜通過管接頭放置在 基板上，再將一層同薄膜墊片放置在基板上，接著裝上壓環(huán)，再用螺母將上述各部分壓緊。 最后用真空金屬管與真空系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)真空嘴與真空系統(tǒng)的可靠連接。試驗(yàn)條件熱 壓罐氣壓1. 5MPa，空氣溫度399°C，時間20小時。試驗(yàn)結(jié)果真空嘴密封完好，真空袋無泄 漏O實(shí)施例2聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的成型，真空袋薄膜選用0. 05mm厚聚酰亞胺薄膜，密封 膠條選用SM5160。真空嘴的基板、管接頭、螺母均采用鋼Q235-A級，壓環(huán)選用鋁1035制造， 結(jié)構(gòu)選擇b型。真空袋封裝時，在基板上放置兩層帶孔的薄膜墊片，孔徑略大于管接頭外徑，然后 在真空袋薄膜上加工一個直徑略大于管接頭外徑的圓孔，將真空袋薄膜通過管接頭放置在 基板上，再將兩層薄膜墊片放置在基板上，接著裝上壓環(huán)，再用螺母將上述各部分壓緊。最 后用真空金屬管與真空系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)真空嘴與真空系統(tǒng)的可靠連接。試驗(yàn)條件熱壓 罐氣壓1. 5MPa,空氣溫度399°C，時間20小時。試驗(yàn)結(jié)果真空嘴密封完好，真空袋無泄漏。實(shí)施例3聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的成型，真空袋薄膜選用0.075mm厚聚酰亞胺薄膜，密 封膠條選用SM5160。真空嘴的基板、管接頭、螺母和壓環(huán)均采用鋼Q235-A級，結(jié)構(gòu)選擇c型。真空袋封裝時，在基板上放置兩層帶孔的薄膜墊片，孔徑略大于管接頭外徑，然后 在真空袋薄膜上加工一個直徑略大于管接頭外徑的圓孔，將真空袋薄膜通過管接頭放置在 基板上，再將兩層薄膜墊片放置在基板上，接著裝上壓環(huán)，再用螺母將上述各部分壓緊。最 后用真空金屬管與真空系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)真空嘴與真空系統(tǒng)的可靠連接。試驗(yàn)條件熱壓 罐氣壓1. 5MPa,空氣溫度399°C，時間20小時。試驗(yàn)結(jié)果真空嘴密封完好，真空袋無泄漏。實(shí)施例4雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的成型，真空袋薄膜選用0. 05mm厚聚酰亞胺薄膜， 密封膠條選用SM5160。真空嘴的基板、管接頭、螺母均采用鋼Q235-A級，結(jié)構(gòu)選用a型。真空袋封裝時，在基板上放置兩層帶孔的薄膜墊片，孔徑略大于管接頭外徑，然后 在真空袋薄膜上加工一個直徑略大于管接頭外徑的圓孔，將真空袋薄膜通過管接頭放置在 基板上，再將兩層薄膜墊片放置在基板上，接著裝上壓環(huán)，再用螺母將上述各部分壓緊。最 后用真空金屬管與真空系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)真空嘴與真空系統(tǒng)的可靠連接。試驗(yàn)條件熱壓 罐氣壓1. OMPa,空氣溫度300°C，時間16小時。試驗(yàn)結(jié)果真空嘴密封完好，真空袋無泄漏。實(shí)施例5環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的成型，真空袋薄膜選用0. 075mm厚HS6262尼龍薄膜，密封 膠條選用SM9151。真空嘴的基板、管接頭、螺母均采用鋼Q235-A級，壓環(huán)可以選用鋁1035 制造，結(jié)構(gòu)選用a型。真空袋封裝時，在基板上放置兩層帶孔的薄膜墊片，孔徑略大于管接頭外徑，然后 在真空袋薄膜上加工一個直徑略大于管接頭外徑的圓孔，將真空袋薄膜通過管接頭放置在 基板上，再將兩層薄膜墊片放置在基板上，接著裝上壓環(huán)，再用螺母將上述各部分壓緊。最后用真空金屬管與真空系統(tǒng)連接即可實(shí)現(xiàn)真空嘴與真空系統(tǒng)的可靠連接。試驗(yàn)條件熱壓 罐氣壓0. 6MPa，空氣溫度200°C，時間10小時。試驗(yàn)結(jié)果真空嘴密封完好，真空袋無泄漏。
本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓真空嘴，包括緊固螺母(1)、壓環(huán)O)、管接頭C3)和基板G)，其特征 在于所述的基板(4)為圓臺結(jié)構(gòu)，上表面加工1 3道環(huán)形凹槽(41)，壓環(huán)(2)下表面加 工有與環(huán)形凹槽Gl)配合的凸榫(21)，在基板(4)和壓環(huán)( 的配合面之間放置若干層薄 膜墊片，薄膜墊片為中間帶孔的片狀結(jié)構(gòu)，厚度為0. 05 0. 1mm，材質(zhì)為尼龍、氟塑料或聚 酰亞胺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓真空嘴，其特征在于所述的薄膜墊片中間孔 直徑大于管接頭(3)外徑且小于最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽Gl)的內(nèi)徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓真空嘴，其特征在于所述的薄膜墊片為圓形 或方形，最大尺寸大于最外側(cè)環(huán)形凹槽外徑的10 20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓真空嘴，其特征在于所述的環(huán)形凹槽Gl)之 間的間隔不小于5mm，環(huán)形凹槽的直徑為3 5mm，最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽距離基板(4)中心孔的 距離為10 20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓真空嘴，其特征在于所述的凸榫與環(huán)形 凹槽Gl)的配合誤差為0. 1 0. 2mm,即凸榫Ql)的直徑小于環(huán)形凹槽直徑的0. 1 0. 2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓真空嘴，其特征在于所述的薄膜墊片為1 6層。
7.一種利用權(quán)利要求1所述的高溫高壓真空嘴的密封方法，其特征在于通過以下步驟 實(shí)現(xiàn)第一步，在基板(4)上表面加工1 3道環(huán)形凹槽Gl)，在壓環(huán)( 下表面相應(yīng)加工與 環(huán)形凹槽配合的凸榫；第二步，加工薄膜墊片，薄膜墊片為中間帶孔的圓形或方形的片形結(jié)構(gòu)，厚度為 0. 05 0. 1mm，中間的孔直徑大于管接頭(3)外徑且小于最內(nèi)側(cè)環(huán)形凹槽的內(nèi)徑，最 大尺寸大于最外側(cè)環(huán)形凹槽外徑的10 20mm ；第三步，在加工了環(huán)形凹槽Gl)的基板(4)上放置1 3層薄膜墊片； 第四步，在薄膜墊片上放置要密封的真空袋； 第五步，在真空袋的上放置1 3層薄膜墊片； 第六步，在第五步的薄膜墊片上安裝壓環(huán)O)；第七步，將壓環(huán)上安裝緊固螺母(1)，擰緊，將基板G)、薄膜墊片、真空袋和壓環(huán)(2)壓緊。
全文摘要
一種高溫高壓真空嘴及密封方法，包括緊固螺母、壓環(huán)、管接頭和基板，基板為圓臺結(jié)構(gòu)，上表面加工1、2或3道環(huán)形凹槽，壓環(huán)下表面加工有與環(huán)形凹槽配合的凸榫，在基板和壓環(huán)的配合面之間放置若干層薄膜墊片，薄膜墊片為中間帶孔的片狀結(jié)構(gòu)，厚度為0.05～0.1mm，材質(zhì)為尼龍、氟塑料或聚酰亞胺。本發(fā)明采用在基板圓臺上表面加工1～3道密封凹槽，同時在壓環(huán)下表面配合加工凸榫，再利用柔性的薄膜墊片在壓緊力的作用下發(fā)生必要的形變，起到了密封墊的作用，通過螺母的壓緊力和薄膜的形變可以實(shí)現(xiàn)壓環(huán)與基板之間的機(jī)械密封，使本發(fā)明能耐300℃以上高溫和1.0MPa以上壓力；本發(fā)明采用的真空嘴的材質(zhì)為金屬材料，薄膜墊片選用的材質(zhì)的耐溫等級高于真空袋薄膜材料或與真空袋薄膜相同，可以滿足耐高溫復(fù)合材料熱壓罐成型工藝的要求。
文檔編號B29K77/00GK102092137SQ20101054353
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者蔣文革, 蔡勇, 趙偉棟 申請人:航天材料及工藝研究所