高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]海洋的勘測開發、科學研究以及水下武器裝備都離不開潛水外壓容器。尤其是一些大深度的潛水裝備，不僅要求提高其外壓容器的抗外壓性能，同時還要實現減重要求，此夕卜，有時還要求具有透波吸聲的功能，因此深潛外壓容器的材料選擇和結構設計成為近年來的研究熱點。
[0003]相對于傳統金屬材料，碳纖維復合材料具有較高的比強度、比剛度，用它制成的深潛外壓容器，其重量/排水量之比(W/D)可以降到0.4-0.6，幾乎比金屬材料(W/D=l.0左右)降低了一半。由此可見，用碳纖維復合材料制造耐外壓殼體其重量優勢是極為明顯的。
[0004]承受外壓的容器，不僅必須有足夠的強度，而且還必須有足以防止屈曲的剛度。采用高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料不僅可以滿足上述力學性能要求，而且可以進一步減輕重量。另一方面，碳纖維復合材料殼體可以透過聲波，而作為泡沫夾芯的吸聲材料可以吸收聲波，從而實現外壓容器的透波吸聲功能。
【發明內容】
[0005]針對上述存在的問題，本發明旨在提供一種高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器及其制備方法，提供具有較好的強度、剛度以及較好的吸聲效果的外壓容器，該外壓容器結構簡單、制備方法簡便，節省成本，節約資源。
[0006]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
一種高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器，該外壓容器由內蒙皮層、外蒙皮層、高強度吸聲泡沫夾芯層、碳纖維復合材料實心段、上部法蘭以及下部法蘭組成;所述內蒙皮層與所述外蒙皮層之間設置所述高強度吸聲泡沫夾芯層;所述內蒙皮層、外蒙皮層以及高強度吸聲泡沫夾芯層通過纏繞工藝一體成型為該外壓容器的圓柱體筒身;筒身頂端和底端也通過纏繞工藝一體成型為所述碳纖維復合材料實心段;并且通過螺釘的緊固連接分別可以將筒身頂端與所述上部法蘭之間、筒身底端與所述下部法蘭之間相互對應進行連接。
[0007]進一步的，所述內蒙皮層、外蒙皮層的纏繞角度為50-60°，所述碳纖維復合材料實心段的纏繞角度為65-90°。
[0008]進一步的，所述碳纖維復合材料實心段是由螺旋層、內蒙皮層、環向層以及外蒙皮層組成。
[0009]進一步的，所述高強度吸聲泡沫夾芯層兩端部均設有倒角。
[0010]制備高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器的方法，其特征在于，包括以下步驟:
通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型兩端實心段螺旋層，螺旋層按照65-90°的角度范圍纏繞;通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型內蒙皮層，內蒙皮層按照50-60°的角度范圍纏繞；內蒙皮層制備完成后，將高強度吸聲泡沫夾芯層置于制備好的內蒙皮層上;通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型兩端實心段螺旋層，螺旋層按照65-90°的角度范圍纏繞；
通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型兩端實心段環向層;通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型兩端實心段螺旋層，螺旋層按照65-90°的角度范圍纏繞;通過碳纖維干法纏繞成型工藝或碳纖維濕法纏繞成型工藝制備外蒙皮層，外蒙皮層按照50-60°的角度范圍纏繞;通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型兩端實心段螺旋層，螺旋層按照65-90°的角度范圍纏繞；
通過碳纖維干法纏繞工藝或碳纖維濕法纏繞工藝成型兩端實心段環向層，使實心段厚度和筒身厚度相同；按照一定的固化制度，放入烘箱旋轉固化;固化脫膜以后對碳纖維復合材料實心段進行切割打磨，并且將碳纖維復合材料實心段分別與上部法蘭、下部法蘭進行無膠裝配預打孔，并對孔口以及連接面進行打磨、除雜和清洗;清理完成后，先將下部法蘭凹槽內和碳纖維復合材料實心段一端涂抹結構膠膜進行膠接，然后再在螺釘上涂抹結構膠膜逐個進行固定，兩者連接完成以后，在室溫下固化24h;
最后按照步驟(13)的方法，完成上部法蘭和碳纖維復合材料實心段另一端的連接，最后，將碳纖維復合材料實心段與上部法蘭、下部法蘭的連接外邊緣以及螺釘邊緣涂抹一圈防水密封膠，形成防水密封膠環，完成外壓容器的制備。
[0011]優選的，所述碳纖維復合材料實心段的螺旋纏繞角度為65-90°，所述內蒙皮層、夕卜蒙皮層的纏繞角度為50-60°。
[0012]進一步的，所述高強度吸聲泡沫夾芯層為高強度無機物填充樹脂。
[0013]進一步的，所述高強度吸聲泡沫夾芯層的熱變形溫度為120°C。
[0014]進一步的，所述內蒙皮層、外蒙皮層和碳纖維復合材料實心段的樹脂基體均為熱固性樹脂，并且所述樹脂基體質量含量為28%-35%。
[0015]本發明的有益效果是:該種高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器，不僅能夠滿足深潛外壓容器在一定的靜水外壓作用下對材料強度和剛度的要求，而且能夠同時實現減重的目標。此外，通過在碳纖維復合材料內外蒙皮之間設置高強度無機物填充樹脂作為吸聲材料，實現了該種外壓容器透波吸聲的功能，使其在某些深潛特殊裝備上具有廣泛的應用;此外，采用本發明的制備方法，簡單、易行，可操作性強，而且節省成本，節約資源。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器結構示意圖。
[0017]圖2為本發明高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器局部連接示意圖。
[0018]圖3為本發明高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器筒身段結構示意圖。
[0019]其中:1-內蒙皮層，2-外蒙皮層，3-高強度吸聲泡沫夾芯層，4-碳纖維復合材料實心段，41?44-螺旋層，45?46-環向層，5-上部法蘭，6-下部法蘭，7-螺釘，8-結構膠膜，9-防水密封膠環，10-螺孔。
【具體實施方式】
[0020]為了使本領域的普通技術人員能更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的描述。
[0021]參照附圖1-3所示的一種高強度泡沫夾芯碳纖維復合材料外壓容器，該外壓容器由內蒙皮層1、外蒙皮層2、吸聲泡沫夾芯層3、碳纖維復合材料實心段4、上部法蘭5以及下部法蘭6組成;所述內蒙皮層I與所述外蒙皮層2之間設置所述高強度吸聲泡沫夾芯層3;所述內蒙皮層1、外蒙皮層2以及高強度吸聲泡沫夾芯層3通過纏繞工藝一體成型為該外壓容器的圓柱體筒身，所述高強度吸聲泡沫夾芯層兩端部均設有倒角，所述內蒙皮層、外蒙皮層的纏繞角度為50-60° ;筒身頂端和底端也通過纏繞工藝一體成型為所述碳纖維復合材料實心段4，所述碳纖維復合材料實心段的纏繞角度為65-90°，所述碳纖維復合材料實心段是由螺旋層、內蒙皮層、環向層以及外蒙皮層組成;并且通過所述螺釘7的緊固連接分別可以將筒身頂端與所述上部法蘭5之間、筒身底端與所述下部法蘭6之間相互對應連接。
[0022]上述外壓容器按照以下步驟制備: