[發(fā)明專利]一種抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道及其成型方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310176239.3
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN116336265A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳林志;姚莉麗;魏光濤;周一梁;林壯;盧良;于國財(cái);吳同華;王信濤;錢強(qiáng);靳洋;王成楊
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué);江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F16L9/14
• 分類號(hào): F16L9/14;F16L57/02;F16L59/02;F16L57/04;B29C43/00
• 代理公司: 青島橡膠谷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37341
• 代理人: 韓靜

本發(fā)明涉及復(fù)合材料管道技術(shù)領(lǐng)域，提供一種抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道，其由內(nèi)而外依次包括內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層、隔熱層、防火層，其中所述結(jié)構(gòu)層為纖維增強(qiáng)樹脂組成的密度梯度結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層的密度及剛度從外到內(nèi)依次增強(qiáng)。本發(fā)明制備的抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道，結(jié)構(gòu)層呈密度梯度結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層的剛度從外到內(nèi)依次增強(qiáng)，從而提高復(fù)合材料管道的抗沖擊強(qiáng)度；相比同質(zhì)量碳纖維復(fù)合材料管道，在相同沖擊載荷下，管道內(nèi)壁的撓度減小30％以上，傳遞至管道內(nèi)壁的壓力降低30％以上。本發(fā)明制備的抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道，可適用于海水系管道嚴(yán)苛的環(huán)境，延長管道的壽命，從而提高艦船的在航率和安全性，同時(shí)降低維修保養(yǎng)費(fèi)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料管道技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道及其成型方法。

背景技術(shù)

海水在艦船上擔(dān)負(fù)著沖洗、動(dòng)力、消防、冷卻和壓載等及其關(guān)鍵的任務(wù)，相應(yīng)的海水管路分布與艦船的各個(gè)位置。目前艦船海水管路常用的是不銹鋼管或銅鎳合金，但依然存在腐蝕穿孔的問題，影響在航率和人員的安全性，此外還存在重量高和后期維修費(fèi)高的問題。

非金屬復(fù)合材料管道是一種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合管，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電葉片、航空航天上具有廣泛的應(yīng)用背景，但在船舶制造等海洋工程中應(yīng)用還較為局限。目前用量較大的復(fù)合材料為玻璃鋼制品，其主要以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂等為基本材料，以石英砂及碳酸鈣等無機(jī)非金屬顆粒材料為填料。但是，目前不飽和聚酯樹脂或者環(huán)氧樹脂的斷裂延伸率通常為3％左右，最高約5％。在內(nèi)、外部硬物沖擊下，即管道在運(yùn)輸、安裝、吊裝中的磕碰、管內(nèi)行走及管線運(yùn)行中內(nèi)部介質(zhì)攜帶的異物及其他外物撞擊下，玻璃鋼管道內(nèi)外表面易開裂，管道內(nèi)部介質(zhì)易滲透管壁，引起滲漏，造成管線失效。

此外，不飽和聚脂樹脂和環(huán)氧樹脂的熱分解溫度通常不高于200℃，采用此類樹脂基體制成的玻璃鋼管道通常存在耐熱性差的缺點(diǎn)。目前提高玻璃鋼管道耐火性的主要方法有:在基體中添加無機(jī)填料作為阻燃劑；或?qū)渲M(jìn)行阻燃改性。前者增大阻燃效果的同時(shí)，增加了材料的脆性；后者改性步驟復(fù)雜而且成本增加。

因此，為避免玻璃鋼管道在內(nèi)外部沖擊下出現(xiàn)開裂、滲漏現(xiàn)象，提高玻璃鋼管道的耐火性能，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道及其成型方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道，其由內(nèi)而外依次包括內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層、隔熱層、防火層，其中所述結(jié)構(gòu)層為纖維增強(qiáng)樹脂層及夾芯層組成的密度梯度結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層的密度及剛度從外到內(nèi)依次增強(qiáng)。

優(yōu)選的方案中，所述內(nèi)襯層由聚氨酯或者聚脲材料制成。

優(yōu)選的方案中，所述纖維增強(qiáng)樹脂層采用不同類型纖維增強(qiáng)不同密度耐高溫樹脂，纖維采用碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的一種或多種；耐高溫樹脂采用聚酰亞胺、酚醛、雙馬來酰亞胺、有機(jī)硅樹脂、氰酸酯樹脂、呋喃樹脂、耐高溫環(huán)氧樹脂的一種或多種。

優(yōu)選的方案中，所述結(jié)構(gòu)層從外到內(nèi)依次為外層、中層、內(nèi)層，所述外層、中層、內(nèi)層經(jīng)纏繞、熱壓后成型。且，所述外層、中層、內(nèi)層均采用不同密度的、多孔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的芯材，所述芯材形狀為實(shí)心、三角形蜂窩、四邊形蜂窩、六邊形蜂窩、八邊形蜂窩的一種或多種。

優(yōu)選的方案中，所述隔熱層材料為礦物棉、聚合物泡沫、氣凝膠、陶瓷微珠的一種或多種。

優(yōu)選的方案中，所述防火層材料為橡膠、無溶劑的雙組分涂料、多晶絲、陶瓷纖維布的一種或多種。

抗沖擊耐高溫復(fù)合材料海水管道的成型方法，將內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層，隔熱層和防火層，在成型模具上依次纏繞，并在層間涂敷熱壓膠，纏繞完畢后，用可移動(dòng)模具移動(dòng)熱壓成型。

優(yōu)選的方案中，熱壓成型的模具內(nèi)部表面的脫模材料采用聚四氟乙烯薄膜。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果為：