一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，包括內(nèi)膽體、隔熱層、復(fù)合材料層和防護環(huán)；內(nèi)膽體為不銹鋼薄壁筒，內(nèi)膽體的外圓周依次為隔熱層和復(fù)合材料層；復(fù)合材料層包括纏繞在隔熱層外圓周的斜紋纖維布以及纏繞在所述斜紋纖維布外圓周的芳綸纖維布；在所述復(fù)合材料層的外圓周沿軸向均勻分布有兩個以上防護環(huán)。該殼體能在250℃高溫條件下可靠地工作而不發(fā)生明顯變形。
【專利說明】一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種復(fù)合材料殼體，具體涉及一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]為維護國家海洋戰(zhàn)略權(quán)益，發(fā)展軍民兼用的海洋高技術(shù)裝備是當(dāng)務(wù)之急。從近年國內(nèi)外發(fā)展形勢來分析，研發(fā)一種能在水下設(shè)定深度具有探測能力、用于偵察危險水域或?qū)λ挛ｋU目標(biāo)進行打擊的裝備是非常重要。
[0003]此外，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，現(xiàn)代探測與干擾、偵察與反偵察的手段也日趨成熟，為了保證國家海洋主權(quán)，有必要開發(fā)出一種在水下航行靈活，具有較長續(xù)航能力，且在探測、偵察的同時又能隱蔽自身，免遭打擊，這就要求裝備自身具備體積小、重量輕、運動靈活等特性。因此在設(shè)計階段需對各部件的使用功能進行分析，在滿足性能指標(biāo)的情況下作到體積和重量最最小，特別是對于水下航行體的上層結(jié)構(gòu)，因為上層結(jié)構(gòu)體積和重量設(shè)計的大，不但導(dǎo)致整體重量增加，而且航行速度降低、航行時的靈活性也將受到制約與限制。鑒于水下航行體上層結(jié)構(gòu)通常是作為排氣管和通訊天線基座的安裝平臺，要求其具備一定抗沖擊和耐高溫特性，有必要開發(fā)出一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以滿足航行體技術(shù)性能的要求。
實用新型內(nèi)容
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，該復(fù)合材料殼體，能夠在250°C工況下，承受一定的外力沖擊而不發(fā)生明顯變形，且能可靠地工作。
[0005]所述耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，其特征在于，包括:內(nèi)膽體、隔熱層、復(fù)合材料層和防護環(huán)。所述內(nèi)膽體為不銹鋼薄壁筒，內(nèi)膽體的外圓周依次為隔熱層和復(fù)合材料層；所述復(fù)合材料層包括依次纏繞在隔熱層外圓周的無捻粗沙布、斜紋纖維布以及芳綸纖維布；在所述復(fù)合材料層的外圓周沿軸向均勻分布有兩個以上防護環(huán)。
[0006]在所述內(nèi)膽體的兩端分別焊接有法蘭。
[0007]將所述兩個法蘭加工為圓錐形結(jié)構(gòu)，其小端面相對，且兩個法蘭與內(nèi)膽體焊接處的壁厚與內(nèi)膽體的壁厚一致。
[0008]所述隔熱層外圓周面上無捻粗沙布的層數(shù)為2?3層。
[0009]所述復(fù)合材料層中的斜紋纖維布采用2/2斜紋布。
[0010]所述復(fù)合材料層中芳綸纖維布纏繞的層數(shù)為2?3層。
[0011]有益效果:
[0012](I)上述結(jié)構(gòu)形式殼體的內(nèi)部能承受250°C高溫氣流的作用而不影響整體結(jié)構(gòu)的性能；由于殼體在制作時采用了多種具備不同性能的材料組合而成，且在其外表面采用了耐壓防護層，因而能承受一定的外力沖擊。
[0013](2)用金屬件作為內(nèi)膽體，通過恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計，采用硬、軟不同的材料組合成復(fù)合材料，既提高了構(gòu)件的整體強度和剛度，又具備一定的抗沖擊能力。[0014](3)將隔熱材料封裝在金屬內(nèi)膽體與復(fù)合材料之間，這樣既能承受內(nèi)膽體內(nèi)250°C高溫氣流的作用，又能隔絕內(nèi)部高溫傳至結(jié)構(gòu)體外表面；由于復(fù)合材料采用了多種具備不同性能的材料組合而成，且在其外表面采用了耐壓防護層，因而能承受一定的外力沖擊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為所述耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0016]圖2是用本實用新型耐高溫抗沖擊復(fù)合殼體制作的桅桿的具體應(yīng)用示意圖。
[0017]其中:1_桅桿、2-大端連接法蘭、3-內(nèi)膽體、4-隔熱層、5-復(fù)合材料層、6-耐壓防護環(huán)、7-小端連接法蘭
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0019]本實施例提供一種采用耐高溫抗沖擊的復(fù)合材料制造的桅桿，圖2顯示了該桅桿在水下航行器上的安裝位置。桅桿為水下航行器內(nèi)部動力源排放廢氣的通道，同時還兼做通訊天線基座的安裝平臺。本實施例中桅桿總長5m、通徑150_，工作時其大部分在水面下隨航行器運動。航行器在運動過程中，要求桅桿在承受一定沖擊力及內(nèi)部250°C氣流的條件下，仍然能夠正常工作；同時應(yīng)在滿足使用強度和剛度的條件下，使其重量達到最小。
[0020]為使桅桿能夠滿足上述使用要求，本實施例提供如圖1所示的桅桿結(jié)構(gòu)，包括大端連接法蘭2、內(nèi)膽體3、隔熱層4、復(fù)合材料層5、耐壓防護環(huán)6和小端連接法蘭7。采用的工藝流程為:大、小端連接法蘭加工一內(nèi)膽體加工一金屬件焊接、整形及消應(yīng)力處理一隔熱層、耐壓防護層加工與修整一金屬件涂膠一隔熱層粘接一復(fù)合材料制作一耐壓防護層裝配。
[0021]具體為:為使加工后的桅桿I在工作過程中內(nèi)部能夠流通250°C高溫的氣體，桅桿I中的內(nèi)膽體3選用不銹鋼薄壁筒，以提高其耐高溫的能力。為便于裝配，在內(nèi)膽體3的兩端分別用焊接工藝連接大端連接法蘭2和小端連接法蘭7。為提高焊接成型后，大端連接法蘭2和小端連接法蘭7與內(nèi)膽體3連接處的強度，將所述兩個法蘭與內(nèi)膽體3的連接端加工為圓錐形結(jié)構(gòu)，且兩個法蘭與內(nèi)膽體3焊接處的壁厚與內(nèi)膽體3的壁厚相同。這樣設(shè)計不僅增強了焊接處的焊接強度，降低了該處的應(yīng)力集中；還簡化了后續(xù)工藝的實施。為使兩個法蘭在過渡處具備一定的抗彎強度，將其過渡面設(shè)計成圓弧過渡，同時盡量將大端連接法蘭2和小端連接法蘭7與內(nèi)膽體3的焊縫位置遠離過渡面，以達到避免過渡面應(yīng)力集中之目的，這樣即可確保過渡面的抗彎強度，又易于鋪覆復(fù)合材料層。
[0022]為使內(nèi)膽體3在工作過程中保持內(nèi)外表面的溫度一致，阻斷外界海水對其的影響，在內(nèi)膽體3的外圓周面上包敷設(shè)定厚度的隔熱層4(如耐熱纖維層)。其操作工藝是:首先將柔韌性能好，溫度交變膨脹率小的柔韌型環(huán)氧膠均勻涂覆在內(nèi)膽體3的外圓周面上，待其呈半干狀時，將復(fù)合型隔熱層4包覆在內(nèi)膽體3的外圓周面上；然后在隔熱層4的外圓周面上用無捻粗沙布纏繞2?3層，在纏繞過程中一是對被纏繞的無捻粗紗布施以設(shè)定的拉力(保證其纏繞均勻)，二是邊浸潰環(huán)氧樹脂膠邊纏繞；以確保隔熱層4能夠緊貼在內(nèi)膽體3的外圓周面，同時增強復(fù)合型隔熱層4的連接強度，提高整體構(gòu)件的剛度。
[0023]為進一步提高桅桿I的整體強度與剛度，采用的方法是:待隔熱層4與內(nèi)膽體3間的柔韌型環(huán)氧膠完全固化后，再在上述無捻粗沙布外纏繞設(shè)定層數(shù)的浸透過環(huán)氧樹脂膠的斜紋纖維布中的2/2斜紋布。這種斜紋布的特點是鋪覆性好，適合于形狀較復(fù)雜的制品。待室溫下固化24h，依次用60#或120#砂紙對外其外表面進行打磨修整。為使整體具備一定的抗沖擊能力，在上述2/2斜紋布外表面再纏繞2?3層芳綸纖維布，具體為:對芳綸纖維布施以恒定拉力的條件下，邊浸潰環(huán)氧樹脂膠邊纏繞，目的是利用芳綸纖維自身具有的抗沖擊性，高的疲勞壽命和抗紫外線的作用。待其完全固化后，用60#或120#砂紙打磨，最后用360#水砂拋光，由此完成了復(fù)合材料層5的制作。
[0024]為進一步提高桅桿I的抗沖擊能力，在復(fù)合材料層5的外圓周面上沿軸向均勻設(shè)置有若干耐壓防護環(huán)6，耐壓防護環(huán)6的材料選用耐海水、耐臭氧老化性能強的橡膠。
[0025]所述桅桿I在航行器上的安裝形式如圖1所示:將桅桿大端連接法蘭2上的耳環(huán)通過標(biāo)準(zhǔn)軸銷與航行器殼體12的相應(yīng)構(gòu)件連接，形成可做旋轉(zhuǎn)運動的絞支。位于航行器內(nèi)部的驅(qū)動單元8中的驅(qū)動缸一端與大端連接法蘭2上的耳環(huán)采用球絞結(jié)構(gòu)連接，另一端與航行器殼體12采用絞支結(jié)構(gòu)相連；這樣桅桿I在做放倒或豎立運動時，由于與大端連接法蘭2相連的三個支點中有兩點采用的是球絞結(jié)構(gòu)，因而在工作時可提高連接處的強度。由于桅桿I的功能一是航行器殼體12內(nèi)部動力源排放廢氣的通道，二是作為通訊天線基座的安裝平臺，為此，在桅桿I的小端連接法蘭7上裝配有防浪閥9，防浪閥9頂部作為通訊天線10的安裝平臺，防浪閥9的另一功能是在保證動力源排放廢氣量的同時，當(dāng)遇涌浪能阻止海水大量進入通氣口。
[0026]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，其特征在于，包括:內(nèi)膽體(3)、隔熱層(4)、復(fù)合材料層(5)和防護環(huán)(6);所述內(nèi)膽體(3)為不銹鋼薄壁筒，內(nèi)膽體(3)的外圓周依次為隔熱層(4)和復(fù)合材料層(5);所述復(fù)合材料層(5)包括依次纏繞在隔熱層(4)外圓周的無捻粗沙布、斜紋纖維布以及芳綸纖維布；在所述復(fù)合材料層(5)的外圓周沿軸向均勻分布有兩個以上防護環(huán)(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，其特征在于，在所述內(nèi)膽體(3)的兩端分別焊接有法蘭。
3.如權(quán)利要求2所述的耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，其特征在于，將所述兩個法蘭加工為圓錐形結(jié)構(gòu)，其小端面相對，且兩個法蘭與內(nèi)膽體(3)焊接處的壁厚與內(nèi)膽體(3)的壁厚一致。
4.如權(quán)利要求1所述的耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，其特征在于，所述隔熱層(4)外圓周面上無捻粗沙布的層數(shù)為2?3層。
5.如權(quán)利要求1所述的耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體,其特征在于,所述復(fù)合材料層(5)中的斜紋纖維布采用2/2斜紋布。
6.如權(quán)利要求1所述的耐高溫抗沖擊復(fù)合材料殼體，其特征在于，所述復(fù)合材料層(5)中芳綸纖維布纏繞的層數(shù)為2?3層。
【文檔編號】B29C70/68GK203680821SQ201320635722
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】劉金標(biāo), 高頻, 裴武波 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所