阅读说明：本技术 基于碳纤维复合基材料的发射筒、制作方法 (Launch canister based on carbon fiber composite base material and manufacturing method ) 是由 高露露 仇亚萍 孟梦 陈明新 刘伟 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于碳纤维复合基材料的发射筒、制作方法,所述发射筒包括发射筒体,所述的发射筒体包括自内向外依次设置的耐烧蚀预浸层、耐烧蚀层、第一阻燃增韧层和第二阻燃增韧层,在所述的耐烧蚀预浸层和所述耐烧蚀层之间还铺设有沿着发射筒体长度方向铺设的导向板。本发明的制作方法简单、易行,工艺可操作性强,充分利用不同型号碳纤维。通过采用本发明的方法,即便选用常见强度的碳纤维制作的发射筒的筒体依旧能够实现优异的力学性能,能够降低成本。同时所制作的发射筒的筒体,和现有的金属以及碳纤维、玻璃纤维等多种混合的多层结构相比,不仅能够降低重量,且具有界面连续性好,力学性能优异,满足轴向刚度和稳定性的需求。(The invention discloses a carbon fiber composite-based material-based launch barrel and a manufacturing method thereof, wherein the launch barrel comprises a launch barrel body, the launch barrel body comprises an ablation-resistant prepreg layer, an ablation-resistant layer, a first flame-retardant toughening layer and a second flame-retardant toughening layer which are sequentially arranged from inside to outside, and a guide plate laid along the length direction of the launch barrel body is also laid between the ablation-resistant prepreg layer and the ablation-resistant layer. The manufacturing method is simple and easy to implement, the process operability is strong, and different types of carbon fibers are fully utilized. By adopting the method, the barrel body of the launching barrel made of the carbon fiber with common strength can still realize excellent mechanical property, and the cost can be reduced. Compared with the existing multilayer structure of various mixtures of metal, carbon fiber, glass fiber and the like, the barrel body of the launch barrel can reduce the weight, has good interface continuity and excellent mechanical property, and meets the requirements on axial rigidity and stability.)

基于碳纤维复合基材料的发射筒、制作方法

技术领域

本发明属于发射筒制作领域，具体涉及一种基于碳纤维复合基材料的发射筒及其制作方法。

背景技术

机载设备轻量化在节能方面具有重要价值，目前机载设备多采用铝合金制造，产品重量较大，制造成本较高，贮存年限低。碳纤维复合材料相比其他材料具有重量轻、比强度和比模量高、耐腐蚀、抗疲劳、耐环境性好等特点，广泛应用于各个领域。因此复合材料发射筒应运而生。

现阶段复合材料发射筒筒体结构往往采用碳纤维、玻璃纤维、耐冲蚀橡胶等多种材料混合的多层结构，结构复杂、工艺实施繁琐、生产效率低，且制造和材料性质不连续，容易造成界面分层。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于碳纤维复合基材料的发射筒及其制作方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于碳纤维复合基材料的发射筒，包括发射筒体，所述的发射筒体包括自内向外依次设置的耐烧蚀预浸层、耐烧蚀层、第一阻燃增韧层和第二阻燃增韧层，在所述耐烧蚀预浸层和所述耐烧蚀层之间还铺设有沿着发射筒体长度方向设置的导向板。本发明所制作的发射筒位于内部的耐烧蚀预浸层和耐烧蚀层采用的是耐烧蚀树脂基体的碳纤维复合材料，能够使得发射筒达到耐高温燃气流的冲刷的使用要求，位于外部的两层阻燃增韧层通过采用阻燃增韧树脂基体的碳纤维复合材料，能够使得发射筒达到阻燃要求的同时还能保证筒体强度和刚度。

作为本发明的进一步改进，还包括附件结构单元，所述附件结构单元包括设置在发射筒体两端的前端金属环连接件、尾端金属环连接件和设置在发射筒体中间位置若干个金属固定环。

作为本发明的进一步改进，所述发射筒体的表面在对应设置所述金属固定环的位置设有向外突出的固定环限位部，在对应设置所述前端金属环连接件的位置设有向外突出的筒体前端加强部；在对应设置所述尾端金属环连接件的位置设有向外突出的安装平台加强部；所述的固定环限位部的剖面为“凹”字型，所述的筒体前端加强部的剖面为平台型，所述的安装平台加强部的剖面为直角梯形。

作为本发明的进一步改进，在所述发射筒体两端与前端金属环连接件的接触端面之间设有密封圈。

作为本发明的进一步改进，所述的前端金属环连接件和尾端金属环连接件的端部超出发射筒体的端部，超出的部分具有相互配合的螺纹结构。

作为本发明的进一步改进，在所述发射筒体的筒壁上还开设有通入筒体内部的检测口。

作为本发明的进一步改进，在所述的第一阻燃增韧层和所述第二阻燃增韧层之间，在对应于检测口的位置周边区域设有碳纤维平纹织物。

作为本发明的进一步改进，所述耐烧蚀预浸层的厚度为0.1-0.3mm，所述的耐烧蚀层的厚度为0.2-0.5mm，所述的第一阻燃增韧层的厚度为30％～50％的筒身厚度，所述的第二阻燃增韧层的厚度为50％～70％的筒身厚度，所述的耐烧蚀预浸层、耐烧蚀层或第一阻燃增韧层中的碳纤维按±20°～±30°螺旋缠绕，所述的第二阻燃增韧层中的碳纤维结合了±20°～±30°螺旋缠绕和89°～89.9°环向缠绕。

本发明还提供了一种制作所述的发射筒的方法，包括以下步骤：

采用酚醛树脂预浸料铺设成筒体的耐烧蚀预浸层；

在所述耐烧蚀预浸层的外侧沿着筒体的长度方向采用酚醛树脂预浸料铺设出条形导向板；

在耐烧蚀预浸层外表面上采用碳纤维湿法缠绕法依次制作耐烧蚀层、第一阻燃增韧层和第二阻燃增韧层，并在第一阻燃增韧层和第二阻燃增韧层之间铺贴碳纤维平纹织物，以及在第二阻燃增韧层的表面制作固定环限位部、筒体前端加强部和安装平台加强部。

作为本发明的进一步改进，采用预浸渍酚醛树脂的碳纤维，按±23°的角度进行螺旋缠绕，制作厚度为0.3mm～0.8mm的耐烧蚀层；

采用预浸渍阻燃增韧环氧树脂的碳纤维，按±23°的角度进行螺旋缠绕，制作厚度为30％～50％筒身厚度的第一阻燃增韧层；

在第一阻燃增韧层的表面对应于设置检测口的位置铺贴碳纤维平纹织物；

采用预浸渍阻燃增韧环氧树脂的碳纤维，先按±23°的角度进行螺旋缠绕，之后按±89.4°的角度进行环向缠绕，制作厚度为50％～70％筒身厚度的第二阻燃增韧层；

采用预浸渍阻燃增韧环氧树脂的碳纤维，按±89.4°的角度进行环向缠绕，制作固定环限位部和筒体前端加强部；将预浸渍阻燃增韧环氧树脂的碳纤维按±89.4°的角度进行环向缠绕并结合铺贴平纹织物制作安装平台加强部。本发明的发射筒筒体的制作主要使用缠绕工艺，这种工艺不仅成本低而且产品质量高而稳定，生产效率高。在制作过程中通过使用湿法缠绕法，通过控制缠绕的角度保证了所制作的发射筒沿筒体轴线方向的刚度，能够满足轴向的变形要求，从而提高筒体承受内压的能力。

本发明的有益效果：本发明的制作方法简单、易行，工艺可操作性强，充分利用不同型号碳纤维。通过采用本发明的方法，即便选用常见强度的碳纤维制作的发射筒的筒体依旧能够实现优异的力学性能，能够降低成本。同时所制作的发射筒的筒体，和现有的金属以及碳纤维、玻璃纤维等多种混合的多层结构相比，不仅能够降低重量，且具有界面连续性好，力学性能优异，满足轴向刚度和稳定性的需求。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的剖面结构示意图；

图3为发射筒体结构的铺层示意及其前后两端的连接示意图；

图4为导向板区域铺层示意；

图5为检测口区域铺层示意；

图6为发射筒体等厚区域截面铺层区域意图；

其中：1-发射筒体，2-前端金属环连接件，3-尾端金属环连接件，4-金属固定环，5-等厚区，6-矩形凸起，7-圆形凸起，8-螺钉，9-固定环限位部，11-筒体前端加强部，12-安装平台加强部，13-密封圈，14-耐烧蚀预浸层，15-导向板，16-耐烧蚀层，17-第一阻燃增韧层，18-第二阻燃增韧层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1，如图1-6所示的本发明所设计制作的发射筒，其主体结构发射筒体1包括自内向外依次设置的耐烧蚀预浸层14、耐烧蚀层16、第一阻燃增韧层17和第二阻燃增韧层18，在所述的耐烧蚀预浸层14和所述耐烧蚀层16之间还设有沿发射筒体1长度方向铺设的导向板15。

所述耐烧蚀预浸层14为酚醛树脂预浸层，所述的耐烧蚀层16、第一阻燃增韧层17以及第二阻燃增韧层18是通过采用碳纤维湿法缠绕法制作而成，耐烧蚀层16、第一阻燃增韧层17按±23°的角度进行螺旋缠绕，此外第二阻燃增韧层18内部也按±23°的角度进行螺旋缠绕，第二阻燃增韧层18外部按±89.4°的角度进行环向缠绕。在其他实施例中，缠绕角度可以根据需要进行调整，不局限于本实施例中的角度。

其附件结构单元包括设置在发射筒体1两端的前端金属环连接件2、尾端金属环连接件3和设置在发射筒体1中间位置若干个金属固定环4。所述发射筒体1的表面在对应设置所述金属固定环4的位置设有向外突出的固定环限位部9，在对应设置所述前端金属环连接件2的位置设有向外突出的筒体前端加强部11；在对应设置所述尾端金属环连接件3的位置设有向外突出的安装平台加强部12；所述的固定环限位部9的剖面为“凹”字型，所述的筒体前端加强部11的剖面为平台型，所述的安装平台加强部12的剖面为直角梯形。

另在所述发射筒体1两端与前端金属环连接件2的接触端面之间设有密封圈13。

所述的前端金属环连接件2和尾端金属环连接件3的端部超出发射筒体1的端部，超出的部分具有相互配合的螺纹结构，可用于多个独立的发射筒的连接。

在所述发射筒体1的筒壁上还开设有通入筒体内部的检测口，检测口的表面设有金属盖。在所述发射筒的内部，位于所述的第一阻燃增韧层17和所述第二阻燃增韧层18之间，在对应于检测口的位置周边区域设有碳纤维平纹织物。

所述发射筒体除了安装附件结构单元的筒壁厚度具有各个凸起的区域外，其它区域都为等厚区5，所述耐烧蚀预浸层14的厚度为0.15mm，所述的耐烧蚀层16的厚度为0.25mm，所述的第一阻燃增韧层17的厚度为1.25mm，所述的第二阻燃增韧层18的厚度为1.75mm。

发射筒的制作

一、原料准备

为了降低成本，制作本发明的原料主要选择江苏恒神股份有限公司自生产的材料，材料的性能如表1和表2所示。

表1：复合材料性能参数

表2：碳纤维材料性能对比

东丽纤维牌号	恒神公司牌号	拉伸强度(MPa)	模量(GPa)
				T300	HF10	3530～4000	221～242
T700	HF20	4000～4600	226～242
				T700S	HF30S	4600～5100	240～270
T800	HF40S	5100～5600	284～304

二、制作过程

第一步：采用江苏恒神股份有限公司的TF1726/HFW196PA-D6/50酚醛预浸料位于筒体最内层的耐烧蚀预浸层14。预压实后，使用酚醛预浸料TF1726/HFW196PA-D6/50铺设出沿筒体长度方向的导向板15。之后通过碳纤维湿法缠绕技术成型筒体的耐烧蚀层16，树脂选取江苏恒神股份有限公司的TF1726型号酚醛树脂，碳纤维选取江苏恒神股份有限公司的HF30S型号(相当于东丽T700S)纤维，缠绕角度为±23°，缠绕3层，耐烧蚀层16厚度为0.4mm。上述所使用的原料的参数性质如表1和表2所示。

第二步：通过碳纤维湿法缠绕技术螺旋缠绕10层±23°碳纤维成型筒身的第一阻燃增韧层17，碳纤维选取HF30S型号纤维，树脂选取江苏恒神股份有限公司的TF1725型号阻燃增韧环氧树脂，缠绕厚度1.25mm。

第三步：通过碳纤维湿法缠绕技术螺旋缠绕10层±23°增强碳纤维，然后环向缠绕2层±89.4°增强碳纤维，成型筒体的第二阻燃增韧层18结构层，树脂选取TF1725型号阻燃增韧环氧树脂，纤维使用江苏恒神股份有限公司的HF40S型号纤维，缠绕厚度1.75mm。区域14～18组成筒身等厚区域5，缠绕完成后，区域5总厚度为3.4mm，0.4mm耐烧蚀层16，3mm结构层。

第四步：根据设置检测口的位置，在检测口所在区域局部铺贴±45°的江苏恒神股份有限公司的HFW196PA-D6-1/1-1000碳纤维平纹织物。待下一步完成后，碳纤维平纹织物的位置凸起。根据需求本发明此处设置了两种形状的凸起，分别矩形凸起6和圆形凸起7，最终成型的发射筒体1对应这两处凸起位置的总厚度分别为14mm和12mm。

第五步：通过碳纤维湿法缠绕技术对筒身前端以及中间区域制作，采用碳纤维湿法缠绕法制作胶连基座，树脂选用TF1725型号阻燃环氧增韧树脂，碳纤维选取HF40S纤维，缠绕角度为±89.4°进行缠绕加厚。缠绕完成后，固定环限位部9最高点的总厚度为9mm，最低点总厚度为7mm，筒体前端加强部11的区域11总厚度为5mm。

第六步：在筒身尾端交替使用HF30S纤维/TF1725树脂±89.4°环向缠绕和±45°HFW196PA-D6-1/1-1000碳纤维平纹织物铺贴成型，制作总厚度为8mm的安装平台加强部12。

第七步：对在碳纤维筒体上矩形凸起6、圆形凸起7以及安装平台加强部12的位置加工出需要的形状。对于开设检测口的地方可以用车床等加工出圆形或矩形凸台以及若干孔，之后安装圆形口盖，需要时可打开安装或检测内部设备。安装平台加强部12可以用车床等设备加工出安装平面以及若干孔，用以安装内部设备。安装孔可为通孔或盲孔，要提供螺纹的可以胶接嵌入金属插销螺套，保证螺纹长期有效。

第八步：发射筒体1的前端嵌入密封圈13后，与前端金属环连接件2进行胶接，并湿安装螺钉8机械连接加固。

第九步：将发射筒体1和尾端金属环连接件3进行胶接，尾端金属环连接件3铝环分三等瓣与发射筒体1胶接，之后在凸出端面部分的外表面车出螺纹。

第十步：采用与安装尾端金属环连接件3相同的方法完成发射筒体1和金属固定环4。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别点在于：增大筒身螺旋缠绕角度，从而减少螺旋缠绕厚度比例，重量不变，筒体强度增强，抵抗内压的能力增加。

一种制作发射筒的方法，包括以下步骤：

第一步：采用江苏恒神股份有限公司的TF1726/HFW196PA-D6/50酚醛预浸料位于筒体最内层的耐烧蚀预浸层14。预压实后，使用酚醛预浸料TF1726/HFW196PA-D6/50铺设出沿筒体长度方向的导向板15。之后通过碳纤维湿法缠绕技术成型筒体的耐烧蚀层16，树脂选取江苏恒神股份有限公司的TF1726型号酚醛树脂，碳纤维选取江苏恒神股份有限公司的HF30S型号(相当于东丽T700S)纤维，缠绕角度为±30°，缠绕4层，耐烧蚀层16厚度为0.5mm。上述所使用的原料的参数性质如表1和表2所示。

第二步：通过碳纤维湿法缠绕技术螺旋缠绕8层±30°碳纤维成型筒身的第一阻燃增韧层17，碳纤维选取HF30S型号纤维，树脂选取江苏恒神股份有限公司的TF1725型号阻燃增韧环氧树脂，缠绕厚度1mm。

第三步：通过碳纤维湿法缠绕技术螺旋缠绕8层±30°增强碳纤维，然后环向缠绕6层±89.9°增强碳纤维，成型筒体的第二阻燃增韧层18结构层，树脂选取TF1725型号阻燃增韧环氧树脂，纤维使用江苏恒神股份有限公司的HF40S型号纤维，缠绕厚度1.75mm。区域14～18组成筒身等厚区域5，缠绕完成后，区域5总厚度为3.4mm，0.5mm耐烧蚀层16，2.9mm结构层。

第四步至第九步与实施例1步骤相同，在此不再描述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。