CN109469816B - 一种复合材料壳体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料壳体及其制备方法，该复合材料壳体的内表面为内衬层，内衬层的外面上固化有由预浸带缠绕形成的复合材料层，在复合材料壳体的一端上设有至少一个接头，接头与复合材料壳体内部相连通。该复合材料的制备方法采用砂芯模结合预浸带缠绕工艺，并且增加加热系统，制备的壳体较传统的性能更优。

Description

一种复合材料壳体及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料壳体技术领域，且特别涉及一种复合材料壳体及其制备方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料，特别是碳纤维增强复合材料由于其具有较高的比强度与比模量，目前已经获得了广泛的应用，特别是对于主要承受内压的复合材料压力容器应用较为广泛。复合材料壳体最早应用于压力容器，主要为发动机壳体，采用橡胶内衬层结构，而后逐渐拓展为民用领域车载复合材料压力容器。

目前，民用领域车载复合材料压力容器有三型金属内衬层复合材料气瓶以及四型塑料内衬层复合材料气瓶，三型复合材料气瓶由于采用金属内衬层，重量较重，结构效率较低。而四型气瓶目前国内开始研究，尚未量产，并且塑料内衬层采用吹塑、滚塑或者注塑成型，材料选择方式有限，并且设备投入巨大，限制其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料壳体及其制备方法，该方法采用砂芯模表面喷涂工艺制备复合材料壳体的内衬层，然后采用预浸带缠绕成型工艺并结合热收缩带烘箱固化工艺制备复合材料壳体的复合材料层，制备的复合材料壳体具有较优的性能，并且内衬材料选择余地较大，具有广阔的应用前景。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种复合材料壳体，复合材料壳体的内表面为内衬层，内衬层的外面上固化有由预浸带缠绕形成的复合材料层，在复合材料壳体的一端上设有至少一个接头，接头与复合材料壳体内部相连通。

本发明还提出一种上述复合材料壳体的制备方法，包括以下步骤：

制备砂芯模基体，在砂芯模基体的一端上预埋至少一个接头，再与连接杆组装，制得砂芯模，

在砂芯模的外表面进行内衬层材料的喷涂，第一次加热固化、冷却，制得内衬层，

在内衬层外表面缠绕预浸带制得复合材料层，

在复合材料层的外表面缠绕热收缩带制得热收缩带层，第二次加热固化、冷却，

拆除表面热收缩带层，拆除连接杆，并且用热水冲洗内部砂芯模基体，制备得到复合材料壳体。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种复合材料壳体及其制备方法，本发明采用砂芯模外直接喷涂工艺制备内衬层，自动化程度较高，尺寸精度较好，可实现局部加强，设备投入较低，工艺适应性较好，并且喷涂材料选择性较多，可满足不同复合材料壳体的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1-6中的复合材料壳体的结构示意图；

图2为本发明实施例5-6中的砂芯模的模型图；

图3为本发明实施例5-6中的砂芯模喷涂后的模型图；

图4为本发明实施例5-6中的预浸带环向缠绕的模型图；

图5为本发明实施例5-6中的预浸带螺旋向缠绕的模型图；

图6为本发明实施例5-6中热收缩带缠绕的模型图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种复合材料壳体及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供一种复合材料壳体，复合材料壳体的内表面为内衬层，内衬层的外面上固化有由预浸带缠绕形成的复合材料层，在复合材料壳体的一端上设有至少一个接头，接头与复合材料壳体内部相连通。

本发明实施例提供一种复合材料壳体，复合材料壳体的内衬层是由高分子材料制成，具有很好的密封性。外部由预浸带缠绕而成的复合材料层，具有很好的承受载荷的作用和耐疲劳性，它解决了金属容器存在微小缺陷易发生低压破坏问题，而且即使容器内压力过大而发生破坏时，只是部分纤维断开，使容器内压力减小，不会产生杀伤性碎片。内衬层和复合材料层同金属相比还具有重量轻、成本低、制造容易等优点。

在一些实施方式中，接头设置于复合材料壳体的筒身段的至少一端上，复合材料壳体的筒身段为筒形回转体结构，由直筒段和直筒段两端的封头组合而成，封头的形面曲线包括椭圆、抛物线以及离散点曲线中的至少一种。

在一些实施方式中，内衬层材质选自聚脲、硅橡胶、聚氨酯以及环氧树脂中的至少一种，复合材料层由预浸带在内衬层上以连续环向及螺旋向交替缠绕方式构成。

在一些实施方式中，内衬层的筒身段处的厚度为2-5mm，接头处的厚度为3-7mm，复合材料层的厚度为2-40mm。

本发明实施例还提供一种上述复合材料壳体的制备方法，包括以下步骤：

制备砂芯模基体，在砂芯模基体的一端上预埋至少一个接头，再与连接杆组装，制得砂芯模，

在砂芯模的外表面进行内衬层材料的喷涂，第一次加热固化、冷却，制得内衬层，

在内衬层外表面缠绕预浸带制得复合材料层，

在复合材料层的外表面缠绕热收缩带制得热收缩带层，第二次加热固化、冷却，

拆除表面热收缩带层，拆除连接杆，并且用热水冲洗内部砂芯模基体，得到复合材料壳体。

本发明实施例提供一种复合材料壳体的制备方法，该方法包括以下步骤：制备砂芯模基体，在砂芯模基体的一端上预埋至少一个接头，再与连接杆组装，制得砂芯模，在砂芯模的外表面进行喷涂，然后加热固化，制得内衬层；然后在上述的内衬层的外面在缠绕预浸带形成复合材料层；在上述的复合材料层的外表面缠绕热收缩带形成热收缩带层，缠绕之后的整体再进行加热固化、冷却；最后，拆除表面热收缩带，并且用热水冲洗内部砂芯模，从而得到复合材料壳体。该方法采用砂芯模结合预浸带缠绕工艺，并且增加加热系统，制备的壳体较传统的性能较优，并且固化过程中采用热收缩带加压，避免了高昂的热压罐固化工艺。

本发明实施例中的内衬层采用喷涂方法制备得到，在砂芯模上喷涂高分子材料，加热固化、冷却后制得内衬层，该方法克服传统军工发动壳体手工内衬铺层方法，自动化程度提高，并且外形面尺寸精度大大提高，并且可根据要求进行内衬层的局部增厚。

在一些实施方式中，砂芯模的制备包括如下步骤：

将细沙或者木粉、聚乙烯醇和水按照质量比为100:2：6-7混合得到混合物，将混合物装入模具中，加热至90-110℃，保持4-6h，将水蒸发掉，脱模制得砂芯模基体；在砂芯模基体的一端上预埋至少一个接头；将连接杆穿过砂芯模基体内的预先留好的孔，连接杆的至少一端上紧固定螺纹；将接头外表面进行吹砂或者砂纸打磨的表面粗化处理，制得砂芯模。

本发明实施例中的接头为金属接头，金属材料优选6061铝合金、45#钢、30CrMnSi等，接头的内表面加工螺纹与密封槽，上述的螺纹和密封槽可以与外部零件进行连接，并实现密封，接头的外型面根据产品需求，进行机械加工。

在一些实施方式中，第一次加热固化的过程为边旋转边固化，旋转速度为1-5转/min，第一次加热固化的温度为80-120℃，时间为0.5-2h。

本发明实施例中的预浸带是采用预浸料分切工艺或单股纱线直接预浸工艺制成，预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。本发明实施例中的预浸带其由树脂与纤维经过复合得到，宽度可为4-8mm，树脂体系可优选为环氧树脂体系、双马树脂体系、聚酰亚胺树脂体系以及热塑性树脂体系中的一种。纤维可优选为玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维中的一种。预浸带制备成筒形卷，缠绕有效长度为1000-3000m。

本发明实施例中使用的预浸带在加热下，树脂粘度变大，利于后期复合材料的界面结合，缠绕过程中对预浸带施加一定的缠绕张力，施加张力范围为10-100N，可根据缠绕带宽进行调整。

在一些实施方式中，预浸带的缠绕包括以下步骤：使用宽度为3-8mm的预浸带，缠绕搭接宽度为1-2mm，缠绕张力为10-100N/股进行缠绕，且缠绕张力逐层递减，递减的幅度为1～4N/层，缠绕过程中在缠绕设备出纱嘴位置，采用热风或者红外加热方式，对缠绕的预浸带进行加热，加热温度为50-100℃，

预浸带的缠绕按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行，环向缠绕区域为直筒段区域，环向缠绕角为80-89度，螺旋向缠绕区域为筒身段区域，螺旋向缠绕角为10-70度。

本发明实施例中的预浸带按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行形成复合材料层，为保证环向与螺旋向缠绕的连续性，即实现小角度螺旋向缠绕到环向缠绕的直接过渡，借助复合材料壳体的两端封头，通过非测地线变角度基本理论，实现过渡线型的设计，通过以上所有程序的设计，可实现所有缠绕过程中的连续性，完全实现自动化缠绕。

在一些实施方式中，缠绕热收缩带包括以下步骤：使用宽度为3-15mmmm的热收缩带，缠绕搭接宽度为1-2mm，缠绕张力为10-50N/股进行缠绕，缠绕热收缩带在筒身段上环向缠绕一层，然后再螺旋向缠绕两层，螺旋向缠绕角度为10-70度，

热收缩带的缠绕按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行，环向缠绕区域为直筒段区域，环向缠绕角为80-89度，螺旋向缠绕区域为筒身段区域，螺旋向缠绕角为10-70度。

本发明实施例中使用的热收缩带主要成分为高分子塑料，其具有加热收缩的特性，其在加热固化过程中会对内部的复合材料施加一定的压力，从而增加内部复合材料产品的密实度，提高产品性能，本发明实施例中的固化过程中采用热收缩带加压，避免了高昂的热压罐固化工艺。

在一些实施方式中，第二次加热固化的过程为边旋转边固化，旋转速度为1-5转/min，以1-2℃/min的升温速度，升温至100-150℃保温1-3小时，然后以不大于2℃/min的降温速度，使得复合材料壳体冷却到40℃以下即完成第二次加热固化。

本发明实施例中采用热收缩带在复合材料层的表面进一步缠绕，热收缩带主要成分为高分子塑料，其具有加热收缩的特性，其在加热固化过程中会对内部的复合材料施加一定的压力，从而增加内部复合材料产品的密实度，提高产品性能。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种复合材料壳体

参见图1，复合材料壳体的结构包括：筒身段和筒身段一端上设置的至少一个用于介质进出的接头。其中，筒身段为筒形回转体结构，由直筒段和直筒段两端的封头组合而成，封头的形面曲线为椭圆。

上述的复合材料壳体的筒身段的组成包括：内部的内衬层和内衬层表面的复合材料层。其中，内衬层的材质为硅橡胶，内衬层的筒身段处的厚度为2mm，接头位置处的厚度为3mm，复合材料层是由预浸带在内衬层上以连续环向及螺旋向交替缠绕方式构成，复合材料层的厚度为2mm。

实施例2

一种复合材料壳体

参见图1，复合材料壳体的结构包括：筒身段和筒身段一端上设置的至少一个用于介质进出的接头。其中，筒身段为筒形回转体结构，由直筒段和直筒段两端的封头组合而成，封头的形面曲线为球形。

上述的复合材料壳体的筒身段的组成包括：内部的内衬层和内衬层表面的复合材料层。其中，内衬层的材质为环氧树脂，内衬层的筒身段处的厚度为3mm，接头位置处的厚度为5mm，复合材料层是由预浸带在内衬层上以连续环向及螺旋向交替缠绕方式构成，复合材料层的厚度为15mm。

实施例3

一种复合材料壳体

参见图1，复合材料壳体的结构包括：筒身段和筒身段一端上设置的至少一个用于介质进出的接头。其中，筒身段为筒形回转体结构，由直筒段和直筒段两端的封头组合而成，封头的形面曲线为抛物线。

上述的复合材料壳体的筒身段的组成包括：内部的内衬层和外部的复合材料层。其中，内衬层是由硅橡胶制成，内衬层的筒身段处的厚度为4mm，接头位置处的厚度为6mm，复合材料层是由预浸带在内衬层上以连续环向及螺旋向交替缠绕方式构成，复合材料层的厚度为30mm。

实施例4

一种复合材料壳体

参见图1，复合材料壳体的结构包括：筒身段和筒身段一端上设置的至少一个用于介质进出的接头。其中，筒身段为筒形回转体结构，由直筒段和直筒段两端的封头组合而成，封头的形面曲线为椭圆。筒身段直径为150mm，筒身段长度为300mm，两端采用椭圆封头，椭圆封头长轴半径/短轴半径＝2，两端金属封头的开口外直径为40mm。

上述的复合材料壳体的筒身段的组成包括：内部的内衬层和内衬层表面的复合材料层。其中，内衬层是由硅橡胶喷涂制成，内衬层的筒身段厚度为5mm，接头位置厚度为7mm，复合材料层是由预浸带在内衬层上以连续环向及螺旋向交替缠绕方式构成，复合材料层的厚度为40mm。

实施例5

制备砂芯模：

参见图2，首先，制备砂芯模基体：按照复合材料壳体的筒身段外型面加工模具，然后将洗净的细沙、聚乙烯醇(型号为D588)和水按下列质量比例混合：砂：聚乙烯醇：水＝100:2：6得到混合物。将混合物装在模具中，放入烘箱内升温至100℃，保持6h，将水蒸发掉，脱模制得砂芯模基体，

然后，在砂芯模基体的两端预埋金属接头：在砂芯模基体的两端预埋金属接头，其中，接头的金属材料优选6061铝合金，接头的内表面加工螺纹与密封槽，上述的螺纹和密封槽可以与外部零件进行连接，并实现密封，接头的外型面根据产品需求，进行机械加工。

再次，组装和预处理：将连接杆穿过砂芯模基体内的预先留好的孔，连接杆的两端上紧固定螺纹，将接头的外进行表面吹砂或者砂纸打磨处理的表面粗化处理以增加金属与喷涂材料的界面结合力，完成砂芯模的制备。

制备内衬层：

参见图3，在砂芯模的外表面喷涂制备内衬层：在上述砂芯模的外表面用喷枪喷涂聚脲，砂芯模外表面的筒身段的聚脲厚度为2mm，封头位置聚脲厚度为3mm，喷涂完成后在80℃下加热固化0.5h，冷却至室温，制得内衬层，内衬筒身段直径为160mm，筒身段长度为300mm，两端采用椭圆封头，椭圆封头长轴半径/短轴半径＝2，两端金属封头的开口外直径为40mm。

制备复合材料层：

参见图4和图5，预浸带的缠绕包括以下步骤：使用宽度为3mm的预浸带，缠绕张力为10N/股进行缠绕，且缠绕张力逐层递减，递减的幅度为1N/层，缠绕过程中在出纱嘴位置，采用热风或者红外加热方式，对缠绕的预浸带进行加热，加热温度为80摄氏度，。

缠绕预浸带按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行，环向缠绕区域为直筒段区域，环向缠绕角为80-89度，螺旋向缠绕区域为筒身段区域，螺旋向缠绕角为10-70度。预浸带采用环氧树脂/T700体系，单层厚度为0.15mm，预浸料纤维体积含量为50％，幅宽为4mm。其中，预浸带的缠绕顺序为：±89.9°/±15°/±15°/±89.9°/±15°/±15°/±89.9°。复合材料壳体的筒身段厚度为2.1mm。

制备收缩带层：

参见图6，在复合材料层外表面缠绕热收缩带形成收缩带层：使用宽度为3mm的热收缩带，搭接宽度为1mm，在10N/股缠绕张力下进行缠绕，缠绕热收缩带按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行。热收缩带的缠绕顺序为：±89.9°/±15°。

在上述缠绕工艺结束后，对整体进行固化，固化的过程中边旋转变固化，旋转速度为1转/min，以1℃/min的升温速度，至150℃保温3小时，最后以不大于2℃/min的降温速度，使得复合材料壳体冷却到室温即完成固化。

复合材料壳体的制备：

加热固化完成后，拆除表面热收缩带层，拆除连接杆，并且用热水冲洗内部砂芯模基体，进行水压爆破试验，爆破压力为20MPa，符合要求。从而得到复合材料壳体。

通过本发明实施例5可以看出，利用本发明实施例5中提供的制备方法制备的复合材料壳体，在进行水压试验，试验爆破压力为20MPa时，符合要求。可见，本发明实施例5制备的复合材料壳体具有优异的性能。

实施例6

一种上述复合材料壳体的制备方法，包括以下步骤：

制备砂芯模：

参见图2，首先，制备砂芯模基体：按照复合材料壳体的筒身段外型面加工模具，然后将洗净的木粉、聚乙烯醇(型号为D588)和水按下列比例混合：木粉：聚乙烯醇：水＝100:2：7。将混合物装在模具中，放入烘箱内升温至110℃，保持6h，将水蒸发掉，脱模制得砂芯模基体，

然后，在砂芯模基体的两端预埋金属接头：在砂芯模基体的两端预埋金属接头，其中，接头的金属材料为30CrMnSi，接头的内表面加工螺纹与密封槽，上述的螺纹和密封槽可以与外部零件进行连接，并实现密封，接头的外型面根据产品需求，进行机械加工。

再次，组装和预处理：将连接杆穿过砂芯模基体内的预先留好的孔，连接杆的两端上紧固定螺纹，将接头的外进行表面吹砂或者砂纸打磨处理的表面粗化处理以增加金属与喷涂材料的界面结合力，完成砂芯模的制备。

制备内衬层：

参见图3，在砂芯模的外表面喷涂制备内衬层：在上述砂芯模的外表面用喷枪喷涂聚氨酯，砂芯模外表面的筒身段的聚氨酯厚度为5mm，封头位置聚脲厚度为7mm，喷涂完成后在80℃下加热固化0.5h，冷却至室温，制得内衬层，内衬筒身段直径为340mm，筒身段长度为500mm，两端采用椭圆封头，椭圆封头长轴半径/短轴半径＝2，两端金属封头的开口外直径为80mm。

制备复合材料层：

参见图4和5，预浸带采用环氧树脂/T700碳纤维体系,单层厚度为0.4mm，纤维体积含量为60％。预浸带的缠绕包括以下步骤：使用宽度为8mm的预浸带，缠绕张力为80N/股进行缠绕，且缠绕张力逐层递减，递减的幅度为1N/层，缠绕过程中在出纱嘴位置，采用热风或者红外加热方式，对缠绕的预浸带进行加热，加热温度为100摄氏度。

缠绕预浸带按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行，环向缠绕区域为直筒段区域，环向缠绕角为80-89度，螺旋向缠绕区域为筒身段区域，螺旋向缠绕角为10-70度。其中，预浸带的缠绕顺序为：[±89.9°/±89.9°/±14°/±14°/±14°/±89.9°/±89.9°/±89.9°/±17°/±20°/±25°/±89.9°/±89.9°/±89.9°/±30°/±32°/±35°/±89.9°/±89.9°/±89.9°/±40°/±45°/±50°/±89.9°/±89.9°]s。复合材料壳体的筒身段厚度为40mm。

制备收缩带层：

参见图6，在复合材料层外表面缠绕热收缩带形成收缩带层：使用宽度为15mm的热收缩带，搭接宽度为2mm，在40N/股缠绕张力下进行缠绕，缠绕热收缩带按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行。热收缩带的缠绕顺序为：±89.9°/±14°。

在上述缠绕工艺结束后，对整体进行固化，固化的过程中边旋转变固化，旋转速度为1转/min，以1℃/min的升温速度，至150℃保温3小时，最后以不大于2℃/min的降温速度，使得复合材料壳体冷却到室温即完成固化。

复合材料壳体的制备：

加热固化完成后，拆除表面热收缩带层，拆除连接杆，并且用热水冲洗内部砂芯模基体，进行水压试验，试验爆破压力为100MPa，筒身段破坏，符合要求。

通过本发明实施例6可以看出，利用本发明实施例6中提供的制备方法制备的复合材料壳体，在进行水压试验，试验爆破压力为100时，可见，提高预浸带的铺层厚度可以提高复合材料壳体的承受压力，即可以通过改变预浸带的铺层厚度来改变复合材料壳体的承受压力，根据实际所需的承受压力来制备出所需复合材料壳体。

对比例1

制备砂芯模，然后在砂芯模表面用橡胶胶黏剂贴敷未硫化的橡胶片，橡胶片厚度为1mm，筒身段位置贴敷两层，为2mm.封头位置贴敷三层，为3mm，封头位置以及封头与筒身段位置允许进行局部搭接。铺完后采用聚乙烯薄膜进行整体包裹，进烘箱120℃硫化2h，降温冷却后，拆除聚乙烯薄膜即完成内衬的制备。

采用湿法缠绕在内衬上缠绕成型复合材料壳体，缠绕过程中纤维浸渍过树脂，然后在筒身段采用环向缠绕方式，而在整个筒体采用螺旋向缠绕。环向缠绕的缠绕角度为89°。复合材料壳体的缠绕顺序为：±89.9°±15°/±15°/±89.9°/±15°/±15°/±15°/±89.9°/±89.9°，缠绕起始张力为60N，每层递减1N。复合材料层厚度为2.4mm。

缠绕成型后进烘箱进行固化，工艺为：150℃/3h，升温速率为1℃/min。固化后拆除内部砂芯模。进行水压爆破试验，爆破压力为15MPa，筒身段破坏。

实施例7

以下表1为本发明实施例5与对比例1中的测试结果对比：

表1测试结果

由以上表1可以看出：从内衬质量、缠绕质量、复合材料层厚度、重量、壳体的爆破压力等5个方面进行测试，在上述的5个测试方面，本发明实施例5中的测试结果都优于对比例1中相应的测试结果，不但复合材料壳体的厚度和重量下降，而且复合材料壳体的整体的质量大大提升，因此本发明实施例5中的爆破压力为20MPa，而对比例1中仅为15MPa。同时，结合实施例6中的内容可知，进一步提高预浸带的铺层厚度可以提高复合材料壳体的承受压力，试验爆破压力为100MPa，筒身段才被破坏。可见，本发明实施例中制备的复合材料壳体较传统工艺具有较好的产品质量，并且结构效率较高，减重效果明显。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

采用砂芯模外直接喷涂工艺制备内衬，自动化程度较高，尺寸精度较好，可实现局部加强，并且设备投入较低，工艺适应性较好，并且喷涂材料选择性较多，可满足不同压力容器的需求。

砂芯模结合预浸带缠绕工艺，并且增加加热系统，制备的壳体较传统的性能较优，并且固化过程中采用热收缩带加压，避免了高昂的热压罐固化工艺。

通过设计过渡线型，实现整个复合材料壳体缠绕过程中连续自动化，适合于批量化制造。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种复合材料壳体的制备方法，其特征在于，

所述复合材料壳体的内表面为内衬层，所述内衬层的外面上固化有由预浸带缠绕形成的复合材料层，在所述复合材料壳体的一端上设有至少一个接头，所述接头与所述复合材料壳体内部相连通，所述复合材料壳体的制备包括以下步骤：

制备砂芯模基体，在所述砂芯模基体的一端上预埋至少一个所述接头，再与连接杆组装，制得砂芯模，

在所述砂芯模的外表面进行内衬层材料的喷涂，第一次加热固化、冷却，制得所述内衬层，

在所述内衬层外表面缠绕预浸带制得所述复合材料层，

在所述复合材料层的外表面缠绕热收缩带制得热收缩带层，第二次加热固化、冷却，

拆除表面所述热收缩带层，拆除所述连接杆，并且用热水冲洗内部所述砂芯模基体，制备得到所述复合材料壳体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料壳体的接头设置于所述复合材料壳体的筒身段的至少一端上，所述筒身段为筒形回转体结构，由直筒段和直筒段两端的封头组合而成，所述封头的形面曲线包括椭圆、抛物线以及离散点曲线中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料壳体的内衬层的材质选自聚脲、硅橡胶、聚氨酯以及环氧树脂中的至少一种，所述复合材料层由预浸带在所述内衬层上以连续环向及螺旋向交替缠绕方式制成。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料壳体的内衬层的筒身段处的厚度为2-5mm，接头处的厚度为3-7mm，所述复合材料层的厚度为2-40mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述砂芯模的制备包括以下步骤：

将细沙或者木粉、聚乙烯醇和水按照质量比为100:2：6-7混合得到混合物，将所述混合物装入模具中，加热至90-110℃，保持4-6h，将水蒸发掉，脱模制得所述砂芯模基体；在所述砂芯模基体的一端上预埋至少一个所述接头；将连接杆穿过所述砂芯模基体内的预先留好的孔，所述连接杆的至少一端上紧固定螺纹；将所述接头外表面进行吹砂或者砂纸打磨的表面粗化处理，制得所述砂芯模。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次加热固化的过程为边旋转边固化，旋转速度为1-5转/min，加热固化的温度为80-120℃，时间为0.5-2h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预浸带的缠绕包括以下步骤：使用宽度为3-8mm的预浸带，缠绕搭接宽度为1-2mm，缠绕张力为10-100N/股进行缠绕，且缠绕张力逐层递减，所述递减的幅度为1～4N/层，缠绕过程中在缠绕设备出纱嘴位置，采用热风或者红外加热方式，对缠绕的所述预浸带进行加热，加热温度为50-100℃，

所述预浸带的缠绕按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行，所述环向缠绕区域为直筒段区域，所述环向缠绕角为80-89度，所述螺旋向缠绕区域为筒身段区域，所述螺旋向缠绕角为10-70度。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热收缩带的缠绕包括以下步骤：使用宽度为3-15mm的热收缩带，缠绕搭接宽度为1-2mm，缠绕张力为10-50N/股进行缠绕，

所述热收缩带的缠绕按照环向与螺旋向交替缠绕方式进行，所述环向缠绕区域为直筒段区域，所述环向缠绕角为80-89度，所述螺旋向缠绕区域为筒身段区域，所述螺旋向缠绕角为10-70度。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次加热固化的过程为边旋转边固化，旋转速度为1-5转/min，以1-2℃/min的升温速度，升温至100-150℃保温1-3小时，然后以不大于2℃/min的降温速度，使得复合材料壳体冷却到40℃以下即完成第二次加热固化。

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