[发明专利]一种复合材料耐压壳体及其成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐压壳体及其成型方法，具体涉及一种复合材料耐压壳体成型及其方法。

背景技术

为维护国家海洋权益，发展军民兼用的海洋高技术装备是当务之急。从近几年国内外发展趋势来分析，研发一种能在水下几千米深度使用、具有对深海地表或地层进行探测、收集相关海洋数据的装备非常重要。

目前，世界各大浅海油田及大陆架油田得到了充分地开发，各国油气开发逐渐向深海地区推进，获得了很好的经济效益。然而我国海上勘探与开发主要在近海大陆架较浅的海域，因此为尽快进行深海海域勘探开发，大幅度增加海上油气产量势在必行。我国南海北部的大陆架和南沙海域，已勘探到有着丰富的油气资源，蕴藏量相当于目前我国沿海大陆架油气蕴藏量的1.5倍。从另一方面分析，就当前技术来说，由于水下航行器壳体承压能力的限制，我们还不具备走向深水的能力，与世界深水技术的发展相比还存在着很大差距。

为此有必要开发出一种能在水下具备探测、侦察与反侦察的航行器，同时要求其在水下运动灵活、自身隐蔽性强，且具备一定抗冲击能力。要求航行器壳体应具备重量轻，抗压能力强等特点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种复合材料耐压壳体及其成型方法，该耐压壳体能够在水下大深度下正常工作，且不发生明显形变，同时保证其在满足强度和刚度的条件下重量轻。

所述复合材料耐压壳体包括：由两个法兰、两个以上纵支撑肋和两个以上支撑环组成的金属骨架；以及依次布置在金属骨架外圆周的第一玻璃钢层、钛丝绕制层、第二玻璃钢层、碳纤维层和防护层；其中所述两个法兰同轴放置，在两个法兰之间沿周向均匀分布两个以上纵支撑肋，所述纵支撑肋的两端分别与两个法兰连接；在两个法兰之间沿均匀轴向分布两个以上支撑环，所述支撑环与纵支撑肋连接。

该复合材料耐压壳体的成型方法为：

步骤一、制作由法兰、纵支撑肋和支撑环组成的金属骨架；

所述法兰先采用锻造工艺制成半成品后，再采用机加工工艺制成成品；然后将两个法兰同轴布置，在两个法兰之间沿周向均匀布置两个以上纵支撑肋，所述纵支撑肋的两端分别与两个法兰连接；在纵支撑肋上沿轴向均匀布置两个以上支撑环，所述支撑环与纵支撑肋连接。

步骤二、将步骤一所形成的金属骨架安装在可做旋转运动的工装上，然后在其外圆周面上缠绕一层以上用环氧树脂胶浸渍后的玻璃纤维布，形成第一层玻璃钢层；在缠绕玻璃纤维布的过程中，对被缠绕的玻璃纤维布施以恒定张力，并匀速转动金属骨架；玻璃纤维布缠绕完成后，在室温下固化24h。

步骤三、在所述第一玻璃钢层的外圆周面上制作钛丝绕制层：首先将钛丝的一端固定在任意一个法兰上，然后边在钛丝上均匀涂覆环氧树脂胶边将钛丝绕制在第一玻璃钢层的外圆周面上，形成钛丝绕制层；绕制时对钛丝施以恒定张力。

步骤四、在所述钛丝绕制层的外表面均匀涂覆环氧树脂胶，然后在钛丝绕制层的外表面绕制一层以上用环氧树脂胶浸渍后的玻璃纤维布，形成第二玻璃钢层；在缠绕玻璃纤维布的过程中，对被缠绕的玻璃纤维布施以恒定张力，并匀速转动金属骨架。

步骤五、在所述第二玻璃钢层的外圆周面上制作碳纤维层，由此形成耐压壳体半成品：在第二玻璃钢层的外圆周面上均匀喷射树脂胶液，然后边匀速转动工装上的金属骨架边在第二玻璃钢层的外圆周面上缠绕碳纤维长丝；当缠绕完一层后，在其外表面喷射树脂胶液，再进行下一层的缠绕；碳纤维层制作完成后，将耐压壳体半成品从工装上卸下；

步骤六：在所述碳纤维层的外表面设置防护层，由此形成所需的耐压壳体。

在所述防护层的外圆周面上沿轴向设置两个以上碰撞环。

将所述两个法兰加工为圆锥形结构，其小端面相对。

在所述两个法兰的圆锥形外圆周面上，与第一玻璃钢层、钛丝绕制层、第二玻璃钢层、碳纤维层及防护层的相接触的位置分别加工有径向三角形环槽。

所述纵支撑肋与法兰及支撑环之间均采用铆接工艺连接。

所述步骤五中制作碳纤维层时，采用三组碳纤维长丝边按设定规律编制边缠绕。

所述步骤六中防护层的材料由聚酰胺脂和玻璃纤维复合而成，其中玻璃纤维的质量为聚酰胺脂质量的30％～35％。有益效果