本發(fā)明屬于水下設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種智能監(jiān)控三維復(fù)合材料水下航行器殼體及其制備方法，尤其涉及一種智能監(jiān)控的三維復(fù)合材料材質(zhì)的水下航行器殼體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

水下航行器是一種無纜式水下機(jī)器人，自身可攜帶多種電子設(shè)備和能源，可以實現(xiàn)智能控制和自主導(dǎo)航，是一種先進(jìn)的水下勘察設(shè)備，尤其適用于對于地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深水海域的海底工程勘察作業(yè)。

傳統(tǒng)的水下航行器為了保證深海域環(huán)境的巨大艙內(nèi)外壓差，均要采用閉式密封結(jié)構(gòu)，這就要求外殼材料必須為金屬材質(zhì)而且要具有一定的厚度，而厚度較大的金屬外殼極大增加了水下航行器的自重，同時，水下航行器的續(xù)航時間和航行方向控制是其重要的性能指標(biāo)，能源和動力問題將是影響性能指標(biāo)的主要因素，在自重較大的情況下，水下航行器往往需要配制更大的動力，其能源消耗也大，因此目前的金屬殼體水下航行器的續(xù)航時間較短，航向控制遲緩。

此外，海洋勘探開發(fā)逐漸向深海地區(qū)推進(jìn)，要適應(yīng)目前復(fù)雜的深海航行環(huán)境、提高水下航行器的工作壽命，實現(xiàn)航行器服役過程中耐壓及沖擊條件的實時監(jiān)控尤為重要，這往往需要在水下航行器的結(jié)構(gòu)特定部位引入壓力、應(yīng)變等感應(yīng)裝置，而這也是金屬材質(zhì)結(jié)構(gòu)所無法解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明在水下航行器的制備材質(zhì)及結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行革新和優(yōu)化，選用一種新穎的材質(zhì)來替代原有的金屬材質(zhì)制備水下航行器殼體，降低其自重，以達(dá)到配備更大容量的電池提高續(xù)航能力的目的。

本發(fā)明的目的之一在于提供一種智能監(jiān)控三維復(fù)合材料水下航行器殼體結(jié)構(gòu)，該殼體結(jié)構(gòu)在保證整個殼體的良好力學(xué)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，有效的降低自重，并實現(xiàn)了整個殼體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)內(nèi)層在高外壓條件下微小應(yīng)變的有效感知。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種智能監(jiān)控三維復(fù)合材料水下航行器殼體結(jié)構(gòu)的制備方法，通過材料和結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，達(dá)到水下航行器的性能需求，尤其是適用于不同類型的復(fù)雜水體環(huán)境。

本發(fā)明的目的還包括一種采用上述殼體結(jié)構(gòu)的水下航行器及其應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，具體的，本發(fā)明涉及以下技術(shù)方案：

首先，本發(fā)明公開了一種智能監(jiān)控三維復(fù)合材料水下航行器殼體結(jié)構(gòu)，其采用多層結(jié)構(gòu)組成，由外到內(nèi)依次為耐腐蝕層、耐沖擊層、剛性層和金屬密封層，

耐腐蝕層由短切纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制成，樹脂基為改性熱固性樹脂；

耐沖擊層由第一三維編織復(fù)合材料預(yù)制體和熱塑性樹脂基體復(fù)合成型；

剛性層第二三維編織復(fù)合材料預(yù)制體和熱固性樹脂基體復(fù)合成型；

金屬密封層由金屬或合金制成；

耐沖擊層和/剛性層中置入一個或多個應(yīng)變感應(yīng)裝置。

為實現(xiàn)水下航行器良好性能的使用，本發(fā)明對于水下航行器殼體進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)輔以材料的優(yōu)化設(shè)計。通過由外到內(nèi)依次耐腐蝕層、耐沖擊層、剛性層和金屬密封層的設(shè)置，使得整個殼體結(jié)構(gòu)有效的相互配合支撐，不僅降低了純金屬殼體水下航行器的自重，而且有利于保持水下航行器殼體良好的力學(xué)穩(wěn)定性；填充短切纖維的耐腐蝕層，不僅滿足了水下航行器必要的防海水侵蝕性能需求，而且利用短切纖維的隨機(jī)取向特性，可以滿足殼體的不同受力狀態(tài)要求，同時短切纖維還可以增強(qiáng)耐腐蝕層的結(jié)合強(qiáng)度；通過耐沖擊層和剛性層的設(shè)計，充分考慮海洋水體復(fù)雜壓力環(huán)境，充分的保證水下航行器殼體可以適應(yīng)不同復(fù)雜的水下環(huán)境作業(yè)的需要；通過耐腐蝕層、耐沖擊層、剛性層中纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的使用，不僅可以有效的降低水下航行器的自重，而且其材料本身性能優(yōu)異，有效的提高了水下航行器殼體的穩(wěn)定性能；進(jìn)一步的，考慮到水下航行器壓力應(yīng)變實時監(jiān)控的必要性，以及纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的使用，本發(fā)明將智能感應(yīng)裝置一體化引入到水下航行器殼體結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)了兩者性能的有效結(jié)合。

本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，水下航行器殼體的基本外型為圓筒狀。

本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述的耐腐蝕層由短切纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制成，樹脂基為改性熱固性樹脂，改性熱固性樹脂中填充短切纖維。優(yōu)選的，耐腐蝕層中樹脂含量為40-60％。

優(yōu)選的，短切纖維選用碳纖維、玻璃纖維、碳化硅纖維、氮化硼纖維、氧化鋁纖維、玄武巖纖維中的一種的或多種組合，其中采用多種組合的混雜纖維時，不同短切纖維混雜比例根據(jù)表面耐腐蝕層增強(qiáng)效果靈活調(diào)整。優(yōu)選的，短切纖維的長度為10-50mm。

優(yōu)選的，改性熱固性樹脂為熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂。進(jìn)一步優(yōu)選的實施方案中，熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂中，熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種。熱塑性樹脂選用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一種。更為優(yōu)選的，熱塑性樹脂與熱固性樹脂共混比例，根據(jù)耐腐蝕層的使用要求靈活調(diào)整。

本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述的耐沖擊層采用的第一三維編織復(fù)合材料預(yù)制體中，三維編織所用的纖維為長絲纖維。優(yōu)選的，采用高韌性纖維進(jìn)行編織或采用高韌性纖維為主配合高強(qiáng)度纖維為輔的混雜編織結(jié)構(gòu)。高韌性纖維選自uhmwpe纖維、芳綸纖維中的一種或多種。高強(qiáng)度纖維選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、碳化硅纖維中的一種或多種，如高強(qiáng)度碳纖維，選用t300及以上的碳纖維，包括但不限于t300、t700、t800。采用混雜纖維結(jié)構(gòu)時，則高強(qiáng)度纖維與高韌性纖維的混雜比例為2:1-10:1。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，第一三維編織復(fù)合材料預(yù)制體中，采用的編織結(jié)構(gòu)可選用三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或多種編織結(jié)構(gòu)。更為優(yōu)選的，在靠近耐腐蝕層和剛性層的接觸界面上，選擇維度較大的編織結(jié)構(gòu)以強(qiáng)化界面接觸。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述耐沖擊層中，熱塑性樹脂選用聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮中的任意一種。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，耐沖擊層的三維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的樹脂含量為30-60％。

本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述的剛性層采用第二三維編織復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)，所用的纖維為長絲纖維。優(yōu)選的，三維編織結(jié)構(gòu)中選用高強(qiáng)度纖維和/高剛性纖維進(jìn)行編織，如采用高強(qiáng)度碳纖維、高模量碳纖維、玻璃纖維、碳化硅纖維、玄武巖纖維、氧化鋁纖維、氮化硼纖維中任意一種或多種組合進(jìn)行混雜編織。優(yōu)選的，采用混雜纖維進(jìn)行第二三維編織復(fù)合材料預(yù)制體制備時，混雜比例根據(jù)剛性要求可任意靈活調(diào)整。

優(yōu)選的，所述的剛性層中，熱固性樹脂可選用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種。

優(yōu)選的，剛性層中的樹脂含量控制在30-60％之間，可靈活調(diào)整。

優(yōu)選的，剛性層中第二三維編織復(fù)合材料預(yù)制體，采用的編織結(jié)構(gòu)可選用三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或其中的多維度編織結(jié)構(gòu)混雜。更優(yōu)選的，在靠近耐沖擊層和金屬密封層的接觸界面上，選擇維度較大的編織結(jié)構(gòu)以強(qiáng)化界面接觸。

本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述金屬密封層的材質(zhì)為高強(qiáng)不銹鋼、鋁合金、鈦合金等其中的任意一種。

優(yōu)選的，金屬密封層的厚度根據(jù)密封要求靈活調(diào)整。

優(yōu)選的，金屬密封層的表面設(shè)有螺紋狀粗糙表面。通過在金屬密封層與剛性層接觸的界面進(jìn)行螺紋狀粗糙化處理，可以有效增強(qiáng)金屬密封層與剛性層接觸界面的結(jié)合強(qiáng)度與密封性。更優(yōu)選的，螺紋裝粗糙表面，螺紋深度控制在1-2mm范圍內(nèi)。

本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述的應(yīng)變感應(yīng)裝置為應(yīng)變式傳感器。

優(yōu)選的，應(yīng)變感應(yīng)裝置置入耐沖擊層和/或者剛性層中，置入形式可選用光纖混雜三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)的編織方式，或者選用應(yīng)變片、光柵、磁柵等任意一種預(yù)埋方式實現(xiàn)。

優(yōu)選的，應(yīng)變感應(yīng)裝置采用預(yù)埋方式實現(xiàn)時，應(yīng)變感應(yīng)裝置的數(shù)量可選用多組。更優(yōu)選的，水下航行器殼體的基本外型為圓筒狀時，應(yīng)變感應(yīng)裝置埋入位置沿著水下航行器筒狀殼體的長度以及截面圓形進(jìn)行均勻分布。

所述的應(yīng)變感應(yīng)裝置主要用以實時監(jiān)控水下航行器殼體在水下服役工作過程中，在不同水壓變化或者水下沖擊變化復(fù)雜情況下的殼體應(yīng)變變化，采用一個或多個應(yīng)變感應(yīng)器引入到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，通過殼體在工作過程中的微小變形感知，以控制監(jiān)控殼體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

其次，本發(fā)明公開了一種智能監(jiān)控三維復(fù)合材料水下航行器殼體的制備方法，包括：

(1)采用金屬或合金制備金屬密封層；

(2)在金屬密封層表面采用高強(qiáng)度纖維和/高剛性纖維進(jìn)行三維編織復(fù)合材料預(yù)制體的制備，然后將三維編織復(fù)合材料預(yù)制體與熱固性樹脂浸漬復(fù)合成型，在金屬密封層外圍制備出剛性層；

(3)在剛性層表面采用采用高韌性纖維進(jìn)行編織或采用高韌性纖維為主配合高強(qiáng)度纖維為輔的混雜纖維進(jìn)行三維編織復(fù)合材料預(yù)制體的制備，然后將三維編織復(fù)合材料預(yù)制體與熱塑性樹脂浸漬復(fù)合成型，在剛性層外圍制備出耐沖擊層；

(4)在耐沖擊層表面，選用短切纖維、采用熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂為基體，通過注射或手糊成型制備耐腐蝕層；

步驟(2)、(3)中采用光纖混雜三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)的編織方式，或者選用應(yīng)變片、光柵、磁柵等任意一種預(yù)埋方式進(jìn)行應(yīng)變感應(yīng)裝置的置入。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述水下航行器殼體基本外型為圓筒狀。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，步驟(1)中，金屬密封層進(jìn)行螺紋狀粗糙化處理。優(yōu)選的，螺紋深度為1-2mm。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，步驟(2)中，三維編織中選用高強(qiáng)度纖維和/高剛性纖維進(jìn)行編織，如采用高強(qiáng)度碳纖維、高模量碳纖維、玻璃纖維、碳化硅纖維、玄武巖纖維、氧化鋁纖維、氮化硼纖維中任意一種或多種組合進(jìn)行混雜編織。優(yōu)選的，采用混雜纖維進(jìn)行三維編織復(fù)合材料預(yù)制體制備時，混雜比例根據(jù)剛性要求可任意靈活調(diào)整。

優(yōu)選的，所述的剛性層中，熱固性樹脂可選用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種。

優(yōu)選的，剛性層中的樹脂含量控制在30-60％之間，可靈活調(diào)整。

優(yōu)選的，剛性層中三維編織復(fù)合材料預(yù)制體，采用的編織結(jié)構(gòu)可選用三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或其中的多維度編織結(jié)構(gòu)混雜。更優(yōu)選的，在靠近耐沖擊層和金屬密封層的接觸界面上，選擇維度較大的編織結(jié)構(gòu)以強(qiáng)化界面接觸。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，步驟(3)中，高韌性纖維選自uhmwpe纖維、芳綸纖維中的一種或多種。高強(qiáng)度纖維選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、碳化硅纖維中的一種或多種，如高強(qiáng)度碳纖維，選用t300及以上的碳纖維，包括但不限于t300、t700、t800。采用混雜纖維結(jié)構(gòu)時，則高強(qiáng)度纖維與高韌性纖維的混雜比例為2:1-10:1。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，耐沖擊層中三維編織復(fù)合材料預(yù)制體中，采用的編織結(jié)構(gòu)可選用三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或多種編織結(jié)構(gòu)。更為優(yōu)選的，在靠近耐腐蝕層和剛性層的接觸界面上，選擇維度較大的編織結(jié)構(gòu)以強(qiáng)化界面接觸。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述耐沖擊層中，熱塑性樹脂選用聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮中的任意一種。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，耐沖擊層的三維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的樹脂含量為30-60％。

此外，采用上述殼體結(jié)構(gòu)的水下航行器也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開了所述水下航行器在海洋工程勘察作業(yè)中的應(yīng)用。

通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明取得了以下有益效果：

(1)本發(fā)明水下航行器殼體采用三維或多維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，同時在由外到內(nèi)的不同層進(jìn)行的多種纖維的組合設(shè)置，三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)保證了整個殼體的力學(xué)穩(wěn)定性，同時通過耐沖擊層和剛性層的設(shè)置，使得復(fù)合材料水下航行器殼體可以適應(yīng)不同復(fù)雜的水下環(huán)境。

(2)本發(fā)明水下航行器殼體表面采用了短切纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料耐腐蝕層的設(shè)計。通過短切纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料，使得表面不僅具有耐海水腐蝕的特點，同時通過短切纖維的增強(qiáng)作用也是得該耐腐蝕層的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到提升，有效保證使用壽命。

(3)本發(fā)明采用智能感應(yīng)裝置的一體化引入技術(shù)，通過三維編織預(yù)制體耐沖擊層和剛性層結(jié)構(gòu)中的光纖或應(yīng)變片等不同形式的應(yīng)變感應(yīng)器的嵌入使用，可有效感知整個殼體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)內(nèi)層在高外壓條件下的微小應(yīng)變，達(dá)到實時監(jiān)控水下航行器殼體的服役狀態(tài)變化，對復(fù)雜壓力和沖擊條件下的殼體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)測的目的，延長整個航行器殼體結(jié)構(gòu)的使用壽命。

附圖說明

圖1是一種智能監(jiān)控三維復(fù)合材料水下航行器殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。包括內(nèi)部金屬密封層1、三維編織復(fù)合材料剛性層2、三維編織復(fù)合材料耐沖擊層3、表面耐腐蝕層4，其中耐沖擊層中預(yù)埋入應(yīng)變片5，剛性層內(nèi)帶有應(yīng)變感應(yīng)光纖6。

具體實施方式

實施例1

采用厚度為3mm的高強(qiáng)不銹鋼制備圓筒狀金屬密封層，整個圓筒長度為1m。金屬密封筒的表面制備深度在1mm的螺紋。

之后在金屬密封套筒表面制備剛性層，采用高強(qiáng)度碳纖維為主體纖維，輔助玻璃纖維，混雜纖維中碳纖維與輔助纖維的比例控制在5:1范圍內(nèi)，選用三維四向的編織結(jié)構(gòu)，在剛性層預(yù)制體3mm的厚度的中間位置埋入6組應(yīng)變感應(yīng)片，應(yīng)變感應(yīng)片采用沿著圓筒長度均勻布置的形式，在截面圓上按角度均勻分布。在剛性層預(yù)制體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外兩表面采用三維五向編織技術(shù)。將制備好的剛性層三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)通過真空導(dǎo)入工藝浸漬含量在30％的環(huán)氧樹脂，經(jīng)過熱固化成型，剛性層厚度為6mm。

在剛性層制備完畢后在其表面制備耐沖擊層，耐沖擊層選用高韌性纖維的uhmwpe纖維為主體纖維，輔助高強(qiáng)度的碳纖維，主體纖維與輔助纖維的混雜比例為2:1。選用三維四向編織結(jié)構(gòu)，在耐沖擊層的3mm的厚度中間位置的混雜纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)中引入光纖應(yīng)變感應(yīng)裝置，在耐沖擊層的內(nèi)外兩表面采用三維五向編織結(jié)構(gòu)。采用真空導(dǎo)入工藝將耐沖擊層的三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)浸漬聚氨酯，樹脂含量為30％，耐沖擊層厚度為6mm。

在耐沖擊層表面制備耐腐蝕層，耐腐蝕層選用短切長度為15mm的碳纖維，選用聚氨酯共混改性熱固性環(huán)氧樹脂為基體，其中改性樹脂與熱固性本體樹脂的混合比例為1:6，最終的樹脂含量為40％，整個耐腐蝕層采用注射或手糊成型制備，耐腐蝕層厚度為2mm。

實施例2

采用厚度為3mm的鋁合金制備圓筒狀金屬密封層，整個圓筒長度為1.6m。金屬密封筒的表面制備深度在1mm的螺紋。

之后在金屬密封套筒表面制備剛性層，采用高模量碳纖維為主體纖維，輔助玻璃纖維，混雜纖維中碳纖維與輔助纖維的比例控制在5:1范圍內(nèi)，選用三維五向的編織結(jié)構(gòu)，在剛性層預(yù)制體4mm的厚度的中間位置埋入8組應(yīng)變感應(yīng)片，應(yīng)變感應(yīng)片采用沿著圓筒長度均勻布置的形式，在截面圓上按角度均勻分布。在剛性層預(yù)制體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外兩表面采用三維七向編織技術(shù)。將制備好的剛性層三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)通過真空導(dǎo)入工藝浸漬含量在38％的環(huán)氧樹脂，經(jīng)過熱固化成型，剛性層厚度為8mm。

在剛性層制備完畢后在其表面制備耐沖擊層，耐沖擊層選用高韌性纖維的芳綸纖維為主體纖維，輔助高強(qiáng)度的玻璃纖維，主體纖維與輔助纖維的混雜比例為5:1。選用三維六向編織結(jié)構(gòu)，在耐沖擊層的2mm的厚度中間位置的混雜纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)中引入光纖應(yīng)變感應(yīng)裝置，在耐沖擊層的內(nèi)外兩表面采用三維七向編織結(jié)構(gòu)。采用真空導(dǎo)入工藝將耐沖擊層的三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)浸漬聚苯硫醚，樹脂含量為38％，耐沖擊層厚度為4mm。

在耐沖擊層表面制備耐腐蝕層，耐腐蝕層選用短切長度為30mm的碳纖維，選用聚苯硫醚共混改性熱固性酚醛樹脂為基體，其中改性樹脂與熱固性本體樹脂的混合比例為1:7，最終的樹脂含量為43％，整個耐腐蝕層采用注射或手糊成型制備，耐腐蝕層厚度為2mm。

實施例3

采用厚度為2mm的鈦合金制備圓筒狀金屬密封層，整個圓筒長度為2m。金屬密封筒的表面制備深度在1mm的螺紋。

之后在金屬密封套筒表面制備剛性層，采用高模量碳纖維為主體纖維，輔助玄武巖纖維，混雜纖維中碳纖維與輔助纖維的比例控制在6:1范圍內(nèi)，選用三維五向的編織結(jié)構(gòu)，在剛性層預(yù)制體2mm的厚度的中間位置埋入10組應(yīng)變感應(yīng)片，應(yīng)變感應(yīng)片采用沿著圓筒長度均勻布置的形式，在截面圓上按角度均勻分布。在剛性層預(yù)制體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外兩表面采用三維七向編織技術(shù)。將制備好的剛性層三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)通過真空導(dǎo)入工藝浸漬含量在40％的環(huán)氧樹脂，經(jīng)過熱固化成型，剛性層厚度為4mm。

在剛性層制備完畢后在其表面制備耐沖擊層，耐沖擊層選用高韌性纖維的uhmwpe纖維為主體纖維，輔助高強(qiáng)度的玻璃纖維，主體纖維與輔助纖維的混雜比例為7:1。選用三維四向編織結(jié)構(gòu)，在耐沖擊層的3mm的厚度中間位置的混雜纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)中引入光纖應(yīng)變感應(yīng)裝置，在耐沖擊層的內(nèi)外兩表面采用三維七向編織結(jié)構(gòu)。采用真空導(dǎo)入工藝將耐沖擊層的三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)浸漬聚醚醚酮樹脂，樹脂含量為50％，耐沖擊層厚度為6mm。

在耐沖擊層表面制備耐腐蝕層，耐腐蝕層選用短切長度為30mm的碳化硅纖維，選用聚氨酯共混改性熱固性不飽和聚酯樹脂為基體，其中改性樹脂與熱固性本體樹脂的混合比例為1:3，最終的樹脂含量為45％，整個耐腐蝕層采用注射或手糊成型制備，耐腐蝕層厚度為2mm。

實施例4

采用厚度為5mm的鈦合金制備圓筒狀金屬密封層，整個圓筒長度為1m。金屬密封筒的表面制備深度在2mm的螺紋。

之后在金屬密封套筒表面制備剛性層，采用高強(qiáng)度碳纖維為主體纖維，輔助氮化硼纖維，混雜纖維中碳纖維與輔助纖維的比例控制在5:1范圍內(nèi)，選用三維四向的編織結(jié)構(gòu)，在剛性層預(yù)制體3mm的厚度的中間位置埋入5組應(yīng)變感應(yīng)片，應(yīng)變感應(yīng)片采用沿著圓筒長度均勻布置的形式，在截面圓上按角度均勻分布。在剛性層預(yù)制體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外兩表面采用三維四向三維五向編織技術(shù)。將制備好的剛性層三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)通過真空導(dǎo)入工藝浸漬含量在37％的環(huán)氧樹脂，經(jīng)過熱固化成型，剛性層厚度為6mm。

在剛性層制備完畢后在其表面制備耐沖擊層，耐沖擊層選用高韌性纖維的uhmwpe纖維為主體纖維，輔助高強(qiáng)度的碳化硅纖維，主體纖維與輔助纖維的混雜比例為9:1。選用三維四向編織結(jié)構(gòu)，在耐沖擊層的3mm的厚度中間位置的混雜纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)中引入光纖應(yīng)變感應(yīng)裝置，在耐沖擊層的內(nèi)外兩表面采用三維七向編織結(jié)構(gòu)。采用真空導(dǎo)入工藝將耐沖擊層的三維預(yù)制體結(jié)構(gòu)浸漬聚氨酯樹脂，樹脂含量為40％，耐沖擊層厚度為6mm。

在耐沖擊層表面制備耐腐蝕層，耐腐蝕層選用短切長度為20mm的碳纖維，選用聚氨酯共混改性熱固性酚醛樹脂為基體，其中改性樹脂與熱固性本體樹脂的混合比例為1:8，最終的樹脂含量為40％，整個耐腐蝕層采用注射或手糊成型制備，耐腐蝕層厚度為2mm。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。