[發明專利]一種燃料供應艙用輕質高強度活塞及其制備方法

在審

• 申請號: 202110060446.3
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112694712A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 王宏剛;劉文廣;高貴;任俊芳;陳生圣;趙更銳;楊生榮;張俊彥;馬小錄;馬曉勵;馮要飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所;中國船舶重工集團公司第七〇五研究所
• 主分類號: C08L61/16
• 分類號: C08L61/16;C08K7/14;C08K7/06;C08K3/04;C08G8/28;C08G8/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發明涉及一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，該活塞由下述重量百分比的組分制成：聚醚醚酮67%~84%、纖維粉末12%~28%、碳納米粒子1%~3%、活性漿料1%~3%。同時，本發明還公開了該活塞的制備方法。本發明加工后的活塞成品無變形，表面致密、無缺陷，不但可以大幅度降低燃料供應艙的自重，而且對于燃料擠代過程中的密封可靠性具有顯著提升，可滿足低壓差工況下的活塞結構強度和運行可靠性。

技術領域

本發明涉及水下渦輪增壓式發動機技術領域，尤其涉及一種燃料供應艙用輕質高強度活塞及其制備方法。

背景技術

渦輪增壓式發動機具有耗氣量低、焓降大以及結構簡單等特點，是作為提高水下航行器運行速度的動力推進系統的主要技術途徑之一。水下渦輪機動力推進系統主要由電控變排量燃料泵、燃燒室、燃料供應艙、推進器、轉速閉環控制器以及相關輔助機構等組成。其中燃料供應艙是儲存和供應燃料的重要裝置，其靜置儲存燃料的密封性和供應燃料的穩定性關乎水下推進系統的可靠性。隨著水下推進系統向小型化、強動力以及集成化等方向的發展，迫切需要發展空間緊湊型的擠代式燃料供應裝置與技術。

為了克服傳統OTTO-Ⅱ燃料面臨貧氧、燃燒不充分以及能量、比沖較低等缺點，高氯酸羥胺（HAP）與傳統OTTO-Ⅱ和海水組成的三組元推進劑具有較高的能量密度和使用安全性，已成為未來水下動力推進系統的重要反應燃料。其中OTTO-Ⅱ為燃燒劑，HAP為氧化劑，海水為冷卻劑，使得推進劑的氧平衡得到顯著改善，反應過程中燃燒較完全，能量密度可達719kW·h/m³。可是HAP三組元推進劑的化學特性會導致擠代式燃料供應裝置核心金屬運動部件的腐蝕與磨損，從而使得存儲與擠代過程中金屬活塞的運行可靠性顯著降低。因此，面臨著燃料供應艙對輕量化和存儲可靠性的技術需求，高性能輕質耐腐蝕活塞的研制與應用已成為制約水下動力推進系統的重要因素。

為了滿足燃料艙的減重需求，艙體與活塞大多采用鋁合金制造，然而HAP三組元推進劑對鋁合金與不銹鋼等都有較強的腐蝕作用。專利USP5104514報道了一種在鋁合金殼體和活塞表面防護材料的方法應用于水下推進系統中，具體方法如下：先將鋁合金殼體進行噴砂處理，然后浸泡在硫酸鈉溶液中施加電流進行陽極化處理，形成厚度為60~70μm的陽極氧化膜，再將其浸泡于重鉻酸鈉溶液后漂洗并風干，靜電噴涂環氧樹脂粉末，固化后在鋁合金陽極氧化膜表面生成120μm左右的環氧樹脂涂層。試驗證明，該保護涂層與鋁合金殼體有良好的結合力、耐腐蝕性能及耐磨性能。

此外，據報道美國已經采用凈成型模注法制造高分子復合材料推進器結構部件，以取代原有的鍛造鋁合金。該部件采用了液體模壓成型技術，在模具中注入玻璃纖維增強不飽和聚樹脂，脫模固化后利用精密加工成型制備相關結構部件，其中玻璃纖維含量為30%~60%，獲得了良好的使用效果。可是針對玻璃纖維增強不飽和聚樹脂在HAP三組元推進劑中的耐腐蝕性和運行可靠性并沒有相關數據報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種降低燃料供應艙自重、提升密封可靠性的燃料供應艙用輕質高強度活塞。

本發明所要解決的另一個技術問題是提供該燃料供應艙用輕質高強度活塞的制備方法。

為解決上述問題，本發明所述的一種燃料供應艙用輕質高強度活塞，其特征在于：該活塞由下述重量百分比的組分制成：聚醚醚酮67%~84%、纖維粉末12%~28%、碳納米粒子1%~3%、活性漿料1%~3%。

所述聚醚醚酮的重均分子量為65000~80000g/mol。

所述纖維粉末是指玻璃纖維粉末或碳纖維粉末；所述玻璃纖維粉末為無堿纖維，其長度為150~200μm，直徑為10~15μm，長徑比大于10；所述碳纖維粉末長度為120~150μm，其單絲直徑為5~10μm，長徑比大于20。

所述纖維粉末的表面含有羧基基團。

所述碳納米粒子是指石墨烯或碳納米管。