CN109571990A - 一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层及其铺设方法 - Google Patents

一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层及其铺设方法 Download PDF

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管义锋
孙奔奔
陈智同
张祎
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Abstract

本发明属于船艇艇体材料制造方法领域，具体涉及一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层及其铺设方法。所述铺层材料包括环氧树脂和碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料为碳纤维毡和碳纤维布；所述铺层结构为层叠结构，包括依次层叠的环氧树脂层、碳纤维毡层、环氧树脂层、碳纤维布层和环氧树脂层，其中，所述环氧树脂层具有粘合作用，作为粘合层粘合碳纤维毡层和碳纤维布层。所述铺层可实现大型救生艇多层次的布置，具有轻量化和高强度的优点。

Description

一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层及其铺设方法
技术领域
本发明属于船艇艇体材料制造方法领域，具体涉及一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层及其铺设方法。
背景技术
目前国内最大的救生艇为150乘员，5万吨豪华邮轮船长约220m，乘员约2500人，按照救生系统规范要求，如均布置150人救生艇，每舷需配置9艘，每艇12.5m，甲板边缘占用长度需要112.5m。此外，按照公约的要求，需配备19个35人吊离式救生筏，其将占用更多的邮轮甲板空间。所以为了能满足大型豪华邮轮的救生配备需求，同时减少占用甲板空间，研发150乘员以上的大型救生艇是必然趋势。
目前救生艇的艇体材料多为玻璃钢，不仅艇体自身重量大，结构上也无法满足多层次的布置要求。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层及其铺设方法，该方法的铺层可实现大型救生艇多层次的布置，具有轻量化和高强度的优点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层，所述铺层材料包括环氧树脂和碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料为碳纤维毡和碳纤维布；所述铺层结构为层叠结构，包括依次层叠的环氧树脂层、碳纤维毡层、环氧树脂层、碳纤维布层和环氧树脂层，其中，所述环氧树脂层具有粘合作用，作为粘合层粘合碳纤维毡层和碳纤维布层。
优选地，所述碳纤维布层的层数不小于1，所述碳纤维布层的各层之间通过环氧树脂层依次粘合。
优选地，所述碳纤维毡布层每层的用量为100g/m2。
一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，包括以下步骤：
(1)取大型救生艇模具，进行表面预处理以除去表面杂物；
(2)预处理后对模具表面进行抛光处理，抛光处理后清洗；
(3)清洗后在模具表面均匀涂刷脱膜剂以便于脱模；
(4)取环氧树脂和碳纤维复合材料，并将两种材料温度控制在20-25℃；
(5)在所述步骤(3)处理后的模具表面先刷一层环氧树脂得到环氧树脂层，再铺设一层碳纤维毡，得到碳纤维毡层；环氧树脂和碳纤维布交错涂刷形成铺层，每两层碳纤维布之间涂刷一层环氧树脂，其中，最下一层和最上一层均为环氧树脂胶层；
(6)干燥、脱模，即得用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层。
优选地，所述步骤(5)的模具表面的锐角区先填充碳纤维，后刷第一层环氧树脂。
优选地，所述步骤(5)涂刷第一层环氧树脂后还需要排除气泡，并确保环氧树脂层无堆叠。
优选地，所述步骤(5)铺设碳纤维毡或碳纤维布时用涂料滚、括板或脱泡滚进行压实、脱泡，沿纤维布径向由一端向另一端揿压、滚括以排除气泡，并确保碳纤维毡和碳纤维布无起皱。
优选地，所述步骤(5)铺设碳纤维毡或碳纤维布时，保证碳纤维毡或碳纤维布已全部浸润环氧树脂胶，且无凸层及气泡现象。
优选地，所述步骤(5)中环氧树脂层的环氧树脂质量为碳纤维毡层的碳纤维毡质量的60-70％，环氧树脂层的环氧树脂质量为碳纤维布层的碳纤维布质量的40-50％。
优选地，所述步骤(5)中铺层涂刷的间隔时间不超过24小时。
碳纤维复合材料是目前最先进的复合材料之一，它以轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料，将碳纤维复合材料与环氧树脂混合制成碳纤维复合材料铺层，来代替原来的艇体材料，可达到大型救生艇多层次的布置、轻量化和满足其强度要求的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明重量轻，用其制造大型救生艇可使救生艇的重量相对于玻璃钢减少至61.5-66.7％，此外，本发明的强度高，载重大，本发明还可实现大型救生艇的多层次布置。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层，所述铺层材料包括环氧树脂和碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料为碳纤维毡和碳纤维布；所述铺层结构为层叠结构，包括依次层叠的环氧树脂层、碳纤维毡层、环氧树脂层、碳纤维布层和环氧树脂层，其中，所述环氧树脂层具有粘合作用，作为粘合层粘合碳纤维毡层和碳纤维布层。
其中，所述碳纤维布层的层数不小于1，所述碳纤维布层的各层之间通过环氧树脂层依次粘合，所述碳纤维毡布层每层的用量为100g/m2。
一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，包括如下步骤：
(1)表面预处理：先采用肥皂水，用纯棉毛巾在表面反复擦洗，直至铲除蜡层、脱模杂物及粉尘等。再用600#水砂纸及肥皂水进行水磨，用力均匀不漏磨，表面无刮痕、蜡痕为满意。以此重复操作800#、1000#、1200#和1500#水砂纸和肥皂水进行模具水磨，以看不到上一工序水砂痕为满意，并用清水清洗。
(2)表面抛光：在干净的大型救生艇模具上，均匀铺抛光剂。再用电动抛光机抛光，抛光时用高转速羊行抛盘进行抛光处理，以打圈的方式循序进行，避免漏抛，最后用清水冲洗干净。
(3)脱模层：确定模具表面干净的情况下，均匀涂刷4层脱膜剂，便于铺设好的碳纤维布脱离模具。选用华东理工大学华昌聚合物公司生产的MERICAN3196A/3196B专用碳纤维树脂体系，其中3196A为环氧树脂，3196B为促进剂。按该体系3196A：3196B组分＝4:1(质量比)的比例混合搅拌均匀，再进行手工涂刷，经试验验证选取其他树脂会导致碳纤维布脱落等不利后果；
(4)铺层操作前的准备和检查：
a、内外操作支架：是否适合操作施工、是否牢固可靠、是否清洁；
b、工具设备：是否准备好毛刷、涂料滚、括板、压棍、铁桶、剪刀等一些必备工具，并检查一下所有工具是否符合使用要求；
c、保护设备：口罩、手套、服装、套鞋等是否齐全、清洁；
d、通风设备：是否可靠工作，并确保良好的通风，在具体操作时允许使用通风设备，但施工结束应立即关闭；
e、材料：检查环氧树脂与碳纤维复合材料的温度是否与成型车间的相同，并将温度控制在20-25℃，温度过低树脂晾干比较慢，延误工期，温度过高树脂晾干比较快，不利于施工。
(5)铺设操作：
a、在模具上先刷一层厚的环氧树脂，再铺设一层碳纤维毡，质量在100g/m2，然后按照刷一层环氧树脂和一层碳纤维布的交错铺设方式，即每一层碳纤维布之间涂刷一层环氧树脂，且最下一层和最上一层均为环氧树脂胶层；
b、为防止直角、锐角、尖角处出现碳纤维毡布/碳纤维布与模具有分层情况，可先在锐角区填充碳纤维，然后再铺放；
c、第一层铺层应十分小心，反复排除气泡，以免制品形成气泡或其他缺陷，确认无缺陷后方可进行第二层的铺设，这样重复铺层到要求厚度。
(6)铺层操作质量控制：
a、碳纤维布铺放应用涂料滚，括板或脱泡滚进行压实与脱泡，沿纤维布径向由一端向另一端有规律的揿压，滚括以排除气泡，如为碳纤维毡，用脱泡滚进行压实与脱泡，括板忌用；
b、在再次铺层时应注意前层纤维布已全部浸润环氧树脂，无凸层及气泡现象；
c、不允许有环氧树脂堆叠现象及纤维布起皱现象；
d、碳纤维布间交接宽度控制在4～5mm；
e、每层环氧树脂的质量控制在每层碳纤维毡质量的60-70％，每层碳纤维布质量的40-50％；
f、铺层间隔期不超过24小时，否则属二次胶接，应进行打毛处理，如在已固化或凝胶的层压板铺层，第一层应是碳纤维毡。
(7)干燥、脱模，即得用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层。
将实施例1所得的用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层和现有的用于大型救生艇艇体材料进行性能测试和比对，具体操作和结果如下：
1、多层次布置:现阶段国内最大全封闭式救生艇规格为150人座，总高4米，艇内座位布置以环形围绕分层分布。而本发明的用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层可以满足更多层次的座位分布，高度可以超过4米。
2、轻量化:参见表1不同材料的减重属性，以软钢为比较基础，同等效果下100kg的软钢，所需玻璃钢重量是65kg-75kg，所需碳纤维复合材料40kg-50kg。
所以用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层相对玻璃钢可以减重33.3％-38.5％，目前国内最大封闭式玻璃钢救生艇空载为11145KG，使用用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层，救生艇空载为6854.2-7433.7KG，减重效果明显。
表1不同材料制造的减重比例
3、强度：根据SOLAS和LSA最新规范要求，按照成年人体重75kg，目前国内最大封闭式150人玻璃钢救生艇满载时，总重量将超过22395kg，根据表2用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层与玻璃钢的力学强度比较，同等效果的用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的救生艇将远远满足此强度要求。
表2用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层与玻璃钢的力学强度比较
以上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层，其特征在于，所述铺层材料包括环氧树脂和碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料为碳纤维毡和碳纤维布；所述铺层结构为层叠结构，包括依次层叠的环氧树脂层、碳纤维毡层、环氧树脂层、碳纤维布层和环氧树脂层。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层，其特征在于，所述碳纤维布层的层数不小于1，所述碳纤维布层的各层之间通过环氧树脂层依次粘合。
3.根据权利要求2所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层，其特征在于，所述碳纤维毡布层每层的用量为100g/m²。
4.权利要求1-3任一所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取大型救生艇模具，进行表面预处理以除去表面杂物；
（2）预处理后对模具表面进行抛光处理，抛光处理后清洗；
（3）清洗后在模具表面均匀涂刷脱膜剂以便于脱模；
（4）取环氧树脂和碳纤维复合材料，并将两种材料温度控制在20-25℃；
（5）在所述步骤（3）处理后的模具表面先刷一层环氧树脂得到环氧树脂层，再铺设碳纤维毡层；环氧树脂和碳纤维布交错涂刷形成铺层，每两层碳纤维布之间涂刷一层环氧树脂，其中，最下一层和最上一层均为环氧树脂胶层；
（6）干燥、脱模，即得用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层。
5.根据权利要求3所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，所述步骤（5）的模具表面的锐角区先填充碳纤维，后刷第一层环氧树脂。
6.根据权利要求3所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，所述步骤（5）涂刷第一层环氧树脂后还需要排除气泡，并确保环氧树脂层无堆叠。
7.根据权利要求3所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，所述步骤（5）铺设碳纤维毡或碳纤维布时用涂料滚、括板或脱泡滚进行压实、脱泡，沿纤维布径向由一端向另一端揿压、滚括以排除气泡，并确保碳纤维毡和碳纤维布无起皱。
8.根据权利要求3所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，所述步骤（5）铺设碳纤维毡或碳纤维布时，保证碳纤维毡或碳纤维布已全部浸润环氧树脂胶，且无凸层及气泡现象。
9.根据权利要求3所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，所述步骤（5）中环氧树脂层的环氧树脂质量为碳纤维毡层的碳纤维毡质量的60- 70%，环氧树脂层的环氧树脂质量为碳纤维布层的碳纤维布质量的40- 50%。
10.根据权利要求3所述的一种用于大型救生艇艇体碳纤维复合材料铺层的铺设方法，其特征在于，所述步骤（5）中铺层涂刷的间隔时间不超过24小时。
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