高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注装置及工艺的制作方法

本发明属于绝热包覆层领域，涉及高粘度高固含量绝热包覆层领域，具体涉及一种高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注装置及工艺。

背景技术：

高固含量高粘态绝热包覆层常见应用领域为推进剂产品的绝热包覆层。这种绝热包覆层材料内部含有有机填料、碳纤维材料等固相成分，固相含量一般在10％-60％。高固相填料使该种绝热包覆层粘度极高、流动性极差，现阶段的生产方式主要为全手工操作，首先将粘结剂和固相填料采用捏合机和三辊压延机混合成为甲组分；在使用时，将甲组分和乙组分分别放置在加热的真空箱内进行抽真空，抽真空时间为30min左右，然后将甲组分和乙组分按照配比倒入容器内，同时加入催化剂采用人工手持搅拌棒进行搅拌，搅拌时间为1min左右。因为加入催化剂后，甲组分和乙组分会发生固化反应，因此搅拌越来越困难。且因为搅拌过程中，混合物直接和空气接触，将空气内的水分带入到混合物内部，二空气内的水分会和甲组分中成分发生反应生成二氧化碳，二氧化碳气体在混合物内部产生气孔，导致产品含有气孔，影响产品的质量。

搅拌完成后，在通过人工将搅拌的混合物浇注到模具中，因为搅拌时间较长，导致甲组分和乙组分反应时间长，粘度增大，浇注困难；浇注过程中裹入混合物的工艺气泡无法顺利溢出。

基于该高固含量高粘态绝热包覆层材料的特性，其加工工艺主要存在工艺周期长、工艺环节多、工艺过程产生的气泡导致产品成品率低；在湿度较大的夏季天气，产品成品率甚至不足60％。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注装置及工艺，通过浇注过程的连续化，实现除水、混合和浇注的自动化、连续化和水分隔绝化，提高生产效率，减少因水分带入引起的反应气孔和工艺气孔，提升产品成品率。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注装置，该装置用于将含固相填料的甲组份和乙组分混合浇注得到高粘态含填料绝热包覆层，该绝热包覆层固相含量为10％-60％；该装置包括放置甲组份的混合罐i和放置乙组份的混合罐ii；

所述混合罐i内设有搅拌桨i且搅拌桨i伸出混合罐i顶部，混合罐i外壁套有夹套i且夹套i连有甲组份控温单元；混合罐i顶部还设有真空口i和氮气口i，真空口i连有真空管路i且在真空管路i上设有第一电磁阀i，氮气口i连有氮气管路i且在氮气管路i上依次设有第二电磁阀i和调压阀i；混合罐i底部设有出料口i且出料口i连有出料管路i，出料管路i上设有甲组份计量泵，出料管路i末端连接三通电磁阀i的进口i，三通电磁阀i的第一出口i连有回流管i且回流管i末端连至混合罐i内，三通电磁阀i的第二出口i连有管路i且在管路i上设有第三电磁阀i；管路i末端接至连续混合头；

所述混合罐ii内设有搅拌桨ii且搅拌桨ii伸出混合罐ii顶部，混合罐ii外壁套有夹套ii且夹套ii连有乙组份控温单元；混合罐ii顶部还设有真空口ii和氮气口ii，真空口ii连有真空管路ii且在真空管路ii上设有第一电磁阀ii，氮气口ii连有氮气管路ii且在氮气管路ii上依次设有第二电磁阀ii和调压阀ii；混合罐ii底部设有出料口ii且出料口ii连有出料管路ii，出料管路ii上设有乙组份计量泵，出料管路ii末端连接三通电磁阀ii的进口ii，三通电磁阀ii的第一出口ii连有回流管ii且回流管ii末端连至混合罐ii内，三通电磁阀ii的第二出口ii连有管路ii且在管路ii上设有第三电磁阀ii；管路ii末端接至所述连续混合头；

所述第一电磁阀i、第二电磁阀i、第三电磁阀i、调压阀i、甲组份计量泵、甲组份控温单元、第一电磁阀ii、第二电磁阀ii、第三电磁阀ii、调压阀ii、乙组份计量泵、乙组份控温单元以及连续混合头均通过计算机控制程序控制。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述第三电磁阀i和第三电磁阀ii均紧靠连续混合头。

具体的，所述出料管路i、回流管i和管路i外表面均覆盖夹套；所述出料管路ii、回流管ii和管路ii外表面均覆盖夹套。

具体的，回流管i与混合罐i连接的部位高于混合罐i内的液面，回流管ii与混合罐ii连接的部位高于混合罐ii内的液面。

具体的，所述氮气管路i和氮气管路ii连至氮气瓶。

一种高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注工艺，包括：

a、除水：混合罐i内加入甲组分和催化剂，混合罐ii内加入乙组分；第三电磁阀i和第三电磁阀ii关闭；三通电磁阀i的进口i和第一出口i打开，第二出口i关闭，三通电磁阀ii的进口ii和第一出口ii打开，第二出口ii关闭；此回路设置保证在出口关闭的情况下，混合罐i及其回流管i中的甲组分可循环，混合罐ii及其回流管ii中的乙组分可循环；

氮气口i的第二电磁阀i和氮气口ii的第二电磁阀ii关闭；真空口i的第一电磁阀i和真空口ii的第一电磁阀ii打开抽真空；搅拌桨i和搅拌桨ii工作；夹套i和夹套ii加热；物料温度达到设定温度后，甲组分计量泵和乙组分计量泵打开；甲组分和乙组分在搅拌循环的条件下，采用抽真空形式将其内部水分除去，除水时间为10-30min；

b、连续混合浇注：先关闭真空口i的第一电磁阀i和真空口ii的第一电磁阀ii，然后打开氮气口i的第二电磁阀i和氮气口ii的第二电磁阀ii，设定调压阀i和调压阀i的压力；然后打开三通电磁阀i的第二出口i和三通电磁阀ii的第二出口ii；设定浇注速度；

通过计算机控制连续混合头旋转；连续混合头旋转后0.5s-1s内，第三电磁阀i和第三电磁阀ii同时打开；浇注完成后连续混合头停止旋转；

c、间断式连续混合浇注：通过对物料密度的计算，设置单发产品浇注时间t和浇注间隔时间△t；第三电磁阀i和第三电磁阀ii打开和关闭以及连续混合头旋转和停止的控制程序和步骤b相同；第三电磁阀i和第三电磁阀ii打开到关闭的时间为t；第三电磁阀i和第三电磁阀ii关闭到打开的时间为△t。

所述步骤a中：

甲组分为含固相填料粘稠态，固相填料质量占比为20％-80％，粘度为10-200pa.s；

乙组分为单一组分液体，粘度为2-20pa.s；

甲组分和乙组分的质量比为(1-3):1；

催化剂含量为占甲乙组分总质量的0.05％-0.2％。

所述步骤a中：

抽真空至真空度为-85kpa到-100kpa；

搅拌桨i和搅拌桨ii的转速分别为10-40rpm和10-100rpm；

夹套i和夹套ii内的温度分别为50-75℃和40-60℃；

甲组分计量泵和乙组分计量泵流量均为0.5l-5l/min。

所述步骤b中，调压阀i和调压阀i的压力为100kpa-120kpa；设定浇注速度为0.5l-10l/min；连续混合头旋转的转速为1000-3000rpm。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(1)工艺全程自动化和连续化，相比传统人工混合浇注工艺，效率提升600％以上；(2)隔绝工艺环节水分，产品合格率从不足60％提升到95％以上。

附图说明

图1为本发明高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注装置及工艺流程示意图。

附图标号含义：101.混合罐i，102.搅拌桨i，103.夹套i，104.甲组份控温单元，105.真空口i，106.氮气口i，107.第一电磁阀i，108.第二电磁阀i，109.调压阀i，110.出料口i，111.甲组份计量泵，112.三通电磁阀i，113.进口i，114.第一出口i，115.回流管i，116.第二出口i，117.第三电磁阀i；

201.混合罐ii，202.搅拌桨ii，203.夹套ii，204.乙组份控温单元，205.真空口ii，206.氮气口ii，207.第一电磁阀ii，208.第二电磁阀ii，209.调压阀ii，210.出料口ii，211.乙组份计量泵，212.三通电磁阀ii，213.进口ii，214.第一出口ii，215.回流管ii，216.第二出口ii，217.第三电磁阀ii；

300.连续混合头，400.氮气瓶。

具体实施方式

本发明根据高固含量绝热包覆层的产品特性，对装备和工艺进行了改进，使其生产过程自动化和连续化，减少工艺环节、杜绝工艺过程中物料和空气的接触，隔绝水分，提高产品质量，且提高工艺效率，减小人工劳动强度。

一种高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注装置，该装置用于将含固相填料的甲组份和乙组分混合浇注得到高粘态含填料绝热包覆层，该绝热包覆层固相含量为10％-60％；该装置包括放置甲组份的混合罐i101和放置乙组份的混合罐ii201，且混合罐i101和混合罐ii201均密闭。

混合罐i101内设有搅拌桨i102且搅拌桨i102伸出混合罐i101顶部，混合罐i101外壁套有夹套i103且夹套i103连有甲组份控温单元104；混合罐i101顶部还设有真空口i105和氮气口i106，真空口i105连有真空管路i且在真空管路i上设有第一电磁阀i107，氮气口i106连有氮气管路i且在氮气管路i上依次设有第二电磁阀i108和调压阀i109；混合罐i101底部设有出料口i110且出料口i110连有出料管路i，出料管路i上设有甲组份计量泵111，出料管路i末端连接三通电磁阀i112的进口i113，三通电磁阀i112的第一出口i114连有回流管i115且回流管i115末端连至混合罐i101内，三通电磁阀i112的第二出口i116连有管路i且在管路i上设有第三电磁阀i117；管路i末端接至连续混合头300。

混合罐ii201内设有搅拌桨ii202且搅拌桨ii202伸出混合罐ii201顶部，混合罐ii201外壁套有夹套ii203且夹套ii203连有乙组份控温单元204；混合罐ii201顶部还设有真空口ii205和氮气口ii206，真空口ii205连有真空管路ii且在真空管路ii上设有第一电磁阀ii207，氮气口ii206连有氮气管路ii且在氮气管路ii上依次设有第二电磁阀ii208和调压阀ii209；混合罐ii201底部设有出料口ii210且出料口ii210连有出料管路ii，出料管路ii上设有乙组份计量泵211，出料管路ii末端连接三通电磁阀ii212的进口ii213，三通电磁阀ii212的第一出口ii214连有回流管ii215且回流管ii215末端连至混合罐ii201内，三通电磁阀ii212的第二出口ii216连有管路ii且在管路ii上设有第三电磁阀ii217；管路ii末端接至连续混合头300。

第一电磁阀i107、第二电磁阀i108、第三电磁阀i117、调压阀i109、甲组份计量泵111、甲组份控温单元104、第一电磁阀ii207、第二电磁阀ii208、第三电磁阀ii217、调压阀ii209、乙组份计量泵211、乙组份控温单元204以及连续混合头300均通过计算机控制程序控制。

第三电磁阀i117和第三电磁阀ii217均紧靠连续混合头300。具体的，第三电磁阀i和第三电磁阀ii距离连续混合头的距离均小于10cm。

出料管路i、回流管i115和管路i外表面均覆盖夹套；出料管路ii、回流管ii215和管路ii外表面均覆盖夹套。本实施例中，出料管路i、回流管i和管路i外表面覆盖的夹套内控温工质与夹套i相同；出料管路ii、回流管ii和管路ii外表面覆盖的夹套夹套内控温工质与夹套ii相同。

回流管i115与混合罐i101连接的部位高于混合罐i101内的液面，回流管ii215与混合罐ii201连接的部位高于混合罐ii201内的液面；辅助物料混合均匀。

氮气管路i和氮气管路ii连至氮气瓶400。

本实施方式还提供一种高粘态含填料绝热包覆层连续除水混合浇注工艺，包括：

a、除水：混合罐i内加入甲组分和催化剂，混合罐ii内加入乙组分；第三电磁阀i和第三电磁阀ii关闭；三通电磁阀i的进口i和第一出口i打开，第二出口i关闭，三通电磁阀ii的进口ii和第一出口ii打开，第二出口ii关闭；此回路设置保证在出口关闭的情况下，混合罐i及其回流管i中的甲组分可循环，混合罐ii及其回流管ii中的乙组分可循环；

氮气口i的第二电磁阀i和氮气口ii的第二电磁阀ii关闭；真空口i的第一电磁阀i和真空口ii的第一电磁阀ii打开抽真空；搅拌桨i和搅拌桨ii工作；夹套i和夹套ii加热；物料温度达到设定温度后，甲组分计量泵和乙组分计量泵打开；甲组分和乙组分在搅拌循环的条件下，采用抽真空形式将其内部水分除去，除水时间为10-30min；

本实施方式步骤a中：

甲组分为含固相填料粘稠态，固相填料质量占甲组份总质量的占比为20％-80％，粘度为10-200pa.s；

乙组分为单一组分液体，粘度为2-20pa.s；

甲组分和乙组分的质量比为(1-3):1；

催化剂含量为占甲乙组分总质量的0.05％-0.2％；

抽真空至真空度为-85kpa到-100kpa；

搅拌桨i和搅拌桨ii的转速分别为10-40rpm和10-100rpm；

夹套i和夹套ii内的温度分别为50-75℃和40-60℃；

甲组分计量泵和乙组分计量泵流量均为0.5l-5l/min。

b、连续混合浇注：先关闭真空口i的第一电磁阀i和真空口ii的第一电磁阀ii，然后打开氮气口i的第二电磁阀i和氮气口ii的第二电磁阀ii，设定调压阀i和调压阀i的压力；然后打开三通电磁阀i的第二出口i和三通电磁阀ii的第二出口ii；设定浇注速度；

通过计算机控制连续混合头旋转；连续混合头旋转后0.5s-1s内，第三电磁阀i和第三电磁阀ii同时打开；浇注完成后连续混合头停止旋转；

步骤b中，调压阀i和调压阀i的压力为100kpa-120kpa；通过控制系统设定浇注速度为0.5l-10l/min，计量泵根据设定的浇注速度自适应转速，实现浇注；连续混合头旋转的转速为1000-3000rpm。

c、间断式连续混合浇注：通过对物料密度的计算，设置单发产品浇注时间t和浇注间隔时间△t；第三电磁阀i和第三电磁阀ii打开和关闭以及连续混合头旋转和停止的控制程序和步骤b相同；第三电磁阀i和第三电磁阀ii打开到关闭的时间为t；第三电磁阀i和第三电磁阀ii关闭到打开的时间为△t。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例为在该除水混合浇注装置上进行一种绝热包覆层的混合浇注，甲组分粘度为150pa.s(50℃条件下)，甲组分含有粒径为29um的固相填料40％质量分数以及含有粒径为13um的固相填料25％质量分数，甲组分中同时加入0.1％的催化剂；乙组分为单相，在50℃条件下的粘度为2.6pa.s。夹套i和夹套ii内的温度分别为55℃和50℃；待甲组分和乙组分温度分别达到45℃时，开启搅拌桨，搅拌桨i和搅拌桨ii的转速分别为20rpm和20rpm；甲组分混合罐i和乙组分混合罐ii在抽真空时，真空度均为-92kpa。

真空除水时间为20min；浇注速度设定为300g/10s，即浇注时间t为10s，对应的1.2l/min。甲组分和乙组分的质量配比为180:120。连续混合头转速为2800rpm；连续混合头8开始旋转后0.5s，第三电磁阀i和第三电磁阀ii同时打开进行混合浇注。

连续混合浇注产品40发，每发产品之间浇注间隔时间△t为10s用于切换模具，所得浇注重量如下表1所示。

表1浇注产品质量

40发产品平均装药质量为300.52g，精度达到0.18％，满足产品设计要求；总耗时为40×10s+40×10s＝800s。传统工艺单发产品手工混合时间为100s，手工浇注时间为40s,中间模具切换时间为10s,生产40发产品的实际耗时为6000s,连续混合浇注工艺相比传统工艺效率提升750％。所得产品固化后经过检测，完全合格为38发，需要修补为2发，成品率为95％。