[發(fā)明專利]一種碳纖維高分子復(fù)合材料耐壓艙體及其制作工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610057814.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN105620693B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春玲;徐聰;王榮剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南騰飛高分子復(fù)合材料股份有限公司
• 主分類號(hào): B63C11/36
• 分類號(hào): B63C11/36;B63B3/13;B63B9/06
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種碳纖維高分子復(fù)合材料耐壓艙體，該耐壓艙體包括圓筒狀的艙體和位于艙體兩端的端蓋(7)兩個(gè)部分，其特征在于：所述的艙體由內(nèi)至外依次為內(nèi)防護(hù)層(1)、碳纖維筒體(2)、防滲層(3)、外防護(hù)層(4)，艙體兩端通過(guò)連接件(5)和密封圈(6)與端蓋(7)密封連接，且艙體與連接件(5)膠接，所述的端蓋(7)為橢球形端蓋，所述橢球形端蓋的長(zhǎng)短軸比為2，所述碳纖維筒體(2)為由T700S和M40J兩種材料纏繞制備而成，所述的內(nèi)防護(hù)層(1)材料為丁晴橡膠改性的環(huán)氧樹脂和外防護(hù)層(4)的材質(zhì)為超高分子量聚乙烯材質(zhì)，其厚度為2～3mm，防滲層(3)的材質(zhì)為經(jīng)過(guò)丁晴橡膠改性的環(huán)氧樹脂或聚氨酯彈性體中的一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維高分子復(fù)合材料耐壓艙體，其特征在于：所述的端蓋(7)的材質(zhì)為鈦合金或鋁合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維高分子復(fù)合材料耐壓艙體，其特征在于：所述的端蓋(7)的材質(zhì)為七系鋁合金7505-T6。

4.一種碳纖維高分子復(fù)合材料耐壓艙體的制作工藝，其特征在于該制作工藝包括以下步驟：

A、模具準(zhǔn)備：首先根據(jù)艙體的圖紙要求，加工耐壓艙體用的碳纖維桶體的模具，模具為碳鋼經(jīng)機(jī)械加工、磨削而成；然后將模具安裝至全自動(dòng)四軸碳纖維纏繞機(jī)上，模具外表面噴涂液體石蠟作為隔離劑；

B、膠料配制：按照環(huán)氧樹脂：固化劑：添加劑＝100:80～90:0.6～0.8的重量比，依次將環(huán)氧樹脂、固化劑、添加劑投入到混料機(jī)中，用攪拌器按照200-300轉(zhuǎn)/分鐘進(jìn)行連續(xù)定向勻速攪拌10-15分鐘，得到混合膠體；

C、碳纖維筒體纏繞：將步驟B中制得的混合膠體緩慢投入到水浴加熱的浸膠槽內(nèi)，混合膠體溫度控制在50-60℃；在張力器的作用下，將碳纖維絲通過(guò)浸膠槽，使膠液充分浸潤(rùn)到纖維內(nèi)，按照力學(xué)要求和增強(qiáng)纖維的鋪層設(shè)計(jì)，將浸好混合膠體的碳纖維T700S和M40J按照不同的角度，螺旋、環(huán)向的混合形式纏繞在步驟A的模具上，達(dá)到一定層數(shù)和厚度；其中，在纏繞過(guò)程中的張力控制在100-200N,并根據(jù)鋪層厚度逐漸遞減，以保證整個(gè)殼體含膠量為25-30％；

D、碳纖維筒體的固化：將步驟C纏繞完成的碳纖維筒體連同模具一起放入固化爐內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)離心固化，其整個(gè)固化過(guò)程中的模具及工件為離心旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，離心速率為75-100轉(zhuǎn)/分鐘，勻速狀態(tài)，并提供熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)，其固化步驟如下:

(1)在30-40分鐘內(nèi)將固化爐溫度升至80-90℃,并在此溫度下固化100-120分鐘；

(2)在30分鐘內(nèi)將固化爐溫度升至120-130℃，保溫100-120分鐘后，將固化爐溫度升至160℃，保溫240分鐘；

(3)自然降溫到80℃后，脫模備用；

E、碳纖維筒體與連接件的膠接：將步驟D固化好的碳纖維筒體通過(guò)機(jī)械加工達(dá)到圖紙要求的尺寸，然后將事先按技術(shù)要求加工完成的連接件膠接面進(jìn)行噴砂處理，用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑將殼體與兩端連接進(jìn)行膠接固化，并至固化后將膠接件按照?qǐng)D紙加工到所需尺寸；

F、碳纖維筒體防滲層的加工：首先將加工好的碳纖維筒體表面用100目細(xì)砂輪磨削，再用二氯甲烷溶劑清洗后，然后用去離子水清洗，并在60-70℃環(huán)境下烘干后，在碳纖維筒體表面涂刷偶聯(lián)劑，室溫下停放20-30分鐘使表面偶聯(lián)劑揮發(fā)干燥，最后將經(jīng)過(guò)丁晴橡膠改性的環(huán)氧樹脂或聚氨酯彈性體中的一種材質(zhì)噴涂、固化在耐壓筒體表面，形成防滲層，并進(jìn)行氣密性試驗(yàn)；

G、碳纖維筒體防護(hù)層的加工：將超高分子量聚乙烯根據(jù)需要加工成管材，管材內(nèi)徑比耐壓艙筒體外徑小2-3mm，管材內(nèi)表面進(jìn)行電暈活化處理，將步驟F通過(guò)氣密試驗(yàn)合格的碳纖維桶體清洗干凈后和高分子聚乙烯管材放到熱風(fēng)循環(huán)的烘箱內(nèi)加熱，烘箱溫度控制在70-80℃,加熱至超高分子聚乙烯管膨脹未變形，然后將碳纖維筒體表面涂刷粘膠劑，將熱膨脹的超高分子聚乙烯管材套在耐壓殼體表面，放入烘箱內(nèi)固化110-120℃，旋轉(zhuǎn)保溫40分鐘，自然降溫至常溫，超高分子聚乙烯管冷卻收縮使其與碳纖維桶體緊密結(jié)合；按圖紙加工到所需尺寸；

H、碳纖維筒體內(nèi)防護(hù)層的加工：將組裝好的筒體，經(jīng)加熱爐加熱到50-60℃.將經(jīng)丁晴橡膠改性的環(huán)氧樹脂均勻地噴涂到筒體內(nèi)壁，厚度為0.5-0.6mm，在80℃溫度下固化40-60分鐘，形成內(nèi)防護(hù)層；

I、裝配端蓋：將端蓋通過(guò)連接件裝配到碳纖維桶體上，端蓋與連接件之間設(shè)置多個(gè)密封圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種碳纖維高分子復(fù)合材料耐壓艙體的制作工藝，其特征在于：步驟B中的環(huán)氧樹脂為E51，固化劑為甲基四氫苯酐，添加劑為DMP-30促進(jìn)劑，其質(zhì)量配比為：E51：甲基四氫苯酐：DMP-30＝100:80～90:0.6～0.8。