CN109941408A - 一种碳纤维复合材料深潜耐压舱及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料深潜耐压舱及其制备方法。所述耐压舱的一端为半球壳的圆柱壳体采用外刚内强增强环向及厚度方向抗压能力的新型圆柱形复合材料耐压壳结构，另一个端盖半球壳采用同方法单独制备，通过RTM复合工艺与热固性树脂进行固化复合，同时在该端封头上设置轴向和径向“〇”圈来达密封防水的目的，最后对耐压舱进行表面防水处理。本发明采用碳纤维三维立体编织的结构设计和RTM复合工艺的制备方法，以满足保证结构重量最小情况下，提升水下稳定性能，并满足耐压舱高压缩强度使用条件，相比于其他材料结构的耐相同海水深度的耐压舱，本发明质量明显降低，排水比增加，能够提供更多的有效载荷，所以更具优势。

Description

一种碳纤维复合材料深潜耐压舱及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种深潜耐压舱的制备，特别涉及一种碳纤维复合材料深潜耐压舱及其制备方法，属于装备材料领域。

背景技术

为满足各项深海作业任务需求，水下滑翔机正趋于大潜深、长航程、高航速的发展方向。其中，耐压舱是其核心部件，需要保证结构在超过3000米(＞30MPa)水下的强度和稳定性，不会出现裂纹、塌陷或断裂失效等现象；同时需要满足低浮力系数(质量/排水量比)，以提升其有效承载效率。

传统水下滑翔机耐压舱的结构选材主要为轻质合金材料。然而随着作业深度的增加，选用金属材料作为耐压舱体会使整个载体重量和体积过大。树脂基纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度大、材料性能设计性强和密度低等一系列优点，是大深度水下滑翔机耐压舱理想的选材。研究资料显示，目前用于耐压舱的复合材料多为层合或缠绕结构形式。该类复合材料具有明确的层间构成，且无法一体成型，面外设计性差。这类复合材料面临的深水静压环境效应极为显著，复合材料内部易出现微观纤维裂纹萌生及界面脱粘，进而导致分层及宏观失稳破坏。

三维编织技术是二维编织技术的拓展，主要应用于复合材料增强织物的织造。三维编织复合材料预成型体中纤维束在三维空间中相互交织，故三维编织复合材料作为一个整体，克服了传统层压复合材料易分层、抗冲击性能差的缺点，在受到冲击载荷后，不会出现分层现象，冲击损伤容限大。目前，三维编织可用于编织筒形预成型件，尤其适合圆管预制件。常见的管型制品有飞机、车船、机械中的传动轴、飞机/直升机上的尾锥管、导弹筒身/头锥/尾喷管、螺旋桨/旋翼/风机叶片蒙皮的翼型截面管、筒型压力容器、空间桁架常用的管型受力杆件、缓冲吸能装置中的吸能管、飞机/直升机结构中的管梁、工业管道、弯头等。但这些三维编织复合材料圆筒主要是用作内压容器或者小外压(≤10MPa)构件。通常，内压容器强度多取决于材料的轴向拉伸性能，且不存在结构屈曲问题，而深水外压构件与材料各个方向性能(尤其横向性能)和层间性能密切相关。

对于水下滑翔机耐压舱来讲，一般需要耐外压大于30MPa，如果仅通过增加厚度来提高耐压性能，则容易造成质量/排水量比不够理想，无法发挥复合材料耐压舱低浮力系数的优势。重要地是，在深水环境下，耐压舱内外层所受载荷不同，传统均一三维编织结构无法满足深水耐压舱的要求。

发明内容

【技术问题】

传统三维编织复合材料在形成耐压舱时多为均一结构，无法满足其对低浮力系数、各个方向(尤其横向性能)和内外层的承压强度和稳定性要求。

【技术方案】

为了解决上述问题，本发明提供一种“外刚内强”和低浮力系数碳纤维深潜耐压舱及其制备方法。本发明选用高强高模碳纤维和高强韧树脂基体，采用耦合三维编织技术制备混杂三维编织预成型体，并通过树脂传递模塑成型技术，实现碳纤维深潜耐压舱的制备，以满足低质量/排水量比、高承压强度和稳定性，彻底解决层合复合材料层间强度薄弱以及受压易分层的问题。

本发明的技术方案具体如下，首先提供了一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，所述深潜耐压舱包括半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体两部分，所述半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体之间通过连接件和密封圈连接；所述半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体均包括碳纤维复合材料层和防水渗透涂层两部分，所述防水渗透涂层覆盖在碳纤维复合材料层外表面，所述碳纤维复合材料层为浸渍了树脂的碳纤维编织层；所述碳纤维编织层的编织结构由外向内依次为正交三维交织表面层、面内准各向三维交织过渡层和多层角联交织内层，并最终由贯穿厚度加强法向纱连接为整体，其中，所述面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为30°～60°；所述多层角联交织内层的交织结构为2.5D、经向增强2.5D、纬向增强2.5D、法向增强2.5D、经纬双向增强2.5D或经法双向增强2.5D中一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述正交三维交织表面层、面内准各向三维交织过渡层和多层角联交织内层的厚度分别为碳纤维编织层厚度的15％-50％、20％-50％、20％-50％，分别优选为35％、30％和35％。

在本发明的一种实施方式中，所述半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体的内外直径一致。

在本发明的一种实施方式中，所述碳纤维复合材料深潜耐压舱长度为50mm-2000mm，长径比(长度和内径的比例)为1～15，优选为6，其中，所述长度包括两端半球壳的半径。

在本发明的一种实施方式中，所述碳纤维复合材料层的径厚比为1-20，优选10，所述径厚比为碳纤维复合材料层的内径和其厚度的比例。

在本发明的一种实施方式中，所述碳纤维复合材料深潜耐压舱的尺寸为：长度为1800mm，直径为300mm，编织厚度为30mm。

在本发明的一种实施方式中，所述碳纤维为强度大于3000MPa，模量大于200Gpa的碳纤维，例如，T300、T700、T800、T1000或M系列碳纤维，优选T800碳纤维。

在本发明的一种实施方式中，所述碳纤维复合材料深潜耐压舱正交三维交织表面层纱线交织结构为正交三维。

在本发明的一种实施方式中，所述θ优选为45°。

在本发明的一种实施方式中，所述一端为半球壳的圆柱壳体为整体编织。

在本发明的一种实施方式中，所述半球壳端盖为单独编织。

在本发明的一种实施方式中，所述树脂为热固性树脂，包括环氧树脂、酚醛树脂或其他不饱和热固性树脂等，优选为环氧树脂。

在本发明的一种实施方式中，所述树脂的体积占碳纤维复合材料深潜耐压舱壳层体积的40～60％，优选为45％。

在本发明的一种实施方式中，所述防水渗透涂层为聚氨酯防水层、有机氟碳类防水层或者聚脲防水涂层等，其中，所述防水渗透涂层的厚度为1～1.5mm，优选1.2mm。

在本发明的一种实施方式中，所述连接件为胶圈、内螺纹、外螺纹、内卡键、钢丝挡圈、嵌钢丝、法兰、外卡键和拉杆等多种连接形式中的任一种。

在本发明的一种实施方式中，所示密封圈为“〇”圈，包括轴向和径向“〇”圈密封。

其次，本发明还公开了上述碳纤维复合材料深潜耐压舱的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对一端为半球壳的圆柱壳体进行一体化编织，所述正交三维交织表面层为正交三维编织结构，0°和90°纱交织，所述正交三维交织表面层的厚度占碳纤维编织层厚度的15％-50％，所述面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为30°～60°，所述面内准各向三维交织过渡层的厚度占碳纤维编织层厚度的20％-50％，所述多层角联交织内层的交织结构为2.5D、经向增强2.5D、纬向增强2.5D、法向增强2.5D、经纬双向增强2.5D、经法双向增强2.5D中一种或多种，所述多层角联交织内层的厚度占碳纤维编织层厚度的20％-50％，最终由贯穿厚度加强法向纱连接为整体；所述半球壳端盖采用上述同样方法单独编织，即可得到耐压舱预制体；

(2)以热固性树脂胶液为基体原材料，采用真空辅助成型工艺或树脂传递模塑成型工艺完成所述三维立体编织结构预制体的树脂复合工序，完成耐压舱的初步制备；

(3)将一端为半球壳的圆柱壳体与半球壳端盖通过连接件连接，并设置轴向和径向密封圈来实现密封；

(4)在耐压舱外涂覆防水渗透涂层，完成碳纤维三维编织复合材料深潜耐压舱的制备。

在本发明的一种实施方式中，所述树脂传递模塑成型工艺为闭合模塑技术，首先将纤维预成型体铺放到闭合模具中，在一定压力下注入低粘度的树脂基体原材料，待树脂充分浸润碳纤维后，升高温度使树脂交联固化，最后脱模得到最终复合材料制品。

在本发明的一种实施方式中，所述真空辅助成型工艺(VARI-Vacuum AssistedResin Infusion)是一种新型的低成本的复合材料大型制件的成型技术，它是在真空状态下排除纤维增强体中的气体，利用树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物浸渍，并在一定温度下进行固化，形成一定树脂/纤维比例的工艺方法。

在本发明的一种实施方式中，所述耐压舱舱体的图纸要求，是根据静水压要求，进行耐压舱圆柱壳体和半球壳端盖外形设计，包括不同强度和刚度要求的具体强化部位的设计得到的。

在本发明的一种实施方式中，所述树脂交联固化中的固化温度为50～200℃，固化的时间为6～24小时，其中，其固化时间和温度以能够使得树脂交联固化为标准，固化温度和时间可灵活选择。

本发明取得的有益技术效果：

(1)本发明采用碳纤维树脂复合材料制备的深潜耐压舱，质量轻，只有30～40kg，相比同尺寸钛合金耐压壳重量减少了30～45％，本发明的耐压舱的排水体积为50-70L，比同尺寸钛合金耐压壳增加排水10-20L，本发明的耐压舱的浮力系数(质量/排水比)小于0.6，能够极好的满足深潜耐压舱的要求。

(2)本发明的圆柱壳体外层采用三层变角度的编织方法编织得到的耐压舱，相对于普通三维编织的耐压容器，具有整体性能好、力学结构合理、横向性能优异(横向模量、横向压缩载荷比普通三维编织耐压舱高20％～30％)、稳定性高(临界失稳载荷可达36MPa)等优点，且具有显著的抵抗裂纹扩展的能力。

(3)此外，三维编织技术工艺成型不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大、形状复杂的产品的生产，设备简单、投资少、见效快，且工艺简单、生产技术易掌握。

(4)本发明的耐压舱只有两段连接，相比于目前多段连接，可有效降低连接次数，进而降低失效概率。

(5)通过打压试验，测得本发明优选条件下可以承受35MPa压力，相当于3500米水深。相比于其他材料结构的耐相同海水深度的耐压舱，本发明质量明显降低，排水比增加，能够提供更多的有效载荷，所以更具优势。

附图说明

图1是耐压舱的结构示意图，结构1是圆柱壳，结构2是半球壳端盖，结构3是热固性树脂层，结构4是密封“O”圈，结构5是防水层。

图2是圆柱壳编织结构纱线示意图。

图3是密封“O”圈结构示意图。

图4是聚氨酯防水层结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

打压试验：任意选取一只己经制作完毕装配好的的耐压舱放入压力罐中，按照国标(沿着耐压舱同一环向每隔90°贴一个应力片，共4个，用于感知应力大小)的规定进行压力试验。试验时先从0MPa开始以2MPa的压为逐渐升压至设计压力，保压5分钟，如果无任何异常情况，继续缓慢升压，直到耐压舱爆破为止，此处的压力即为损伤容限。

浮力系数(质量/排水比)的测定方法和计算公式：测定耐压舱的总质量W和在水中的排水体积V，计算公式为n＝W/V。

横向性能的测定方式：横向性能参数包括横向模量和横向压缩强度，具体方法见GB1446-83《纤维增强塑料性能试验方法总则》。

实施例1

本实施例中的耐压舱的整体三维编织后的深潜耐压舱长度为1000mm，内径为200mm，编织厚度为25mm，纱线选用T800碳纤维，聚氨酯防水层厚度为1.2mm，环氧树脂含量为40％。

如图1所示，为本发明的耐压舱的结构示意图，一种水下滑翔机用三维编织复合材料耐压舱，所述深潜耐压舱包括半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体，所述半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体之间通过胶圈和密封圈连接；所述半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体均包括碳纤维复合材料层和防水渗透涂层两部分，所述防水渗透涂层覆盖在碳纤维复合材料层外表面，所述碳纤维复合材料层为浸渍了树脂的碳纤维编织层；如图2所示，所述碳纤维编织层的编织结构由外向内依次为正交三维交织表面层、面内准各向三维交织过渡层和多层角联交织内层，并最终由贯穿厚度加强法向纱连接为整体。耐压舱预制体采用环氧树脂为基体原材料，采用RTM工艺使树脂充分浸渍以上整个耐压舱预制体，浸渍树脂后的耐压舱于80℃固化8小时后成型，环氧树脂含量保持在40％。

如图3所示，半球壳与一端为半球壳的圆柱壳体通过胶圈连接，通过轴向和径向“〇”圈密封。

如图4所示，耐压舱外增涂聚氨酯防水渗透涂层，对耐压舱进行表面防水处理，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm。

具体制备步骤为：

(1)根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对一端为半球壳的圆柱壳体进行一体化编织。所述深潜碳纤维复合材料耐压舱一端为半球壳的圆柱壳体的正交三维交织表面层纱线交织结构为正交三维，0°和90°纱交织，正交三维交织表面层厚度占耐压舱厚度比为35％，所述深潜碳纤维复合材料耐压舱面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为45°，面内准各向三维交织过渡层厚度占耐压舱厚度比为30％，所述深潜碳纤维复合材料深潜碳纤维复合材料耐压舱多层角联交织内层交织结构为经向增强2.5D，多层角联交织内层厚度占耐压舱厚度比为35％，最终由贯穿厚度加强Z向纱连接为整体。所述半球壳端盖采用同样方法单独编织，得到耐压舱预制体；

(2)以环氧树脂为基体原材料，采用树脂传递模塑成型工艺完成所述三维立体编织结构预制体的树脂复合工序，浸渍树脂后的耐压舱于80℃固化8小时后成型，含胶量保持在40％，完成耐压舱的初步制备；

(3)将一端为半球壳的圆柱壳体与半球壳端盖通过胶圈连接，并设置轴向和径向“〇”圈来实现密封；

(4)在耐压舱外增涂聚氨酯防水保护层，完成碳纤维三维编织复合材料深潜耐压舱的制备。

所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.57，与普通三维编织方法相比，横向性能优异，比普通三维编织耐压容器横向性能提高22％，本发明的深潜耐压舱的横向模量3600MPa，横向压缩载荷为270MPa，稳定性高，临界失稳载荷为26MPa，浮力系数为0.7。通过抗压测试测得本发明可以承受25MPa压力，相当于2500米水深。

实施例2

本实施例中的耐压舱的整体三维编织后的深潜耐压舱长度为2200mm，内径为400mm，编织厚度为40mm，纱线选用T800碳纤维，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm，环氧树脂含量为40％。

具体制备步骤为：

(1)根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对一端为半球壳的圆柱壳体进行一体化编织。所述深潜碳纤维复合材料耐压舱一端为半球壳的圆柱壳体的正交三维交织表面层纱线交织结构为正交三维，0°和90°纱交织，正交三维交织表面层厚度占耐压舱厚度比为35％，所述深潜碳纤维复合材料耐压舱面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为45°，面内准各向三维交织过渡层厚度占耐压舱厚度比为30％，所述深潜碳纤维复合材料深潜碳纤维复合材料耐压舱多层角联交织内层交织结构为经向增强2.5D，多层角联交织内层厚度占耐压舱厚度比为35％，最终由贯穿厚度加强Z向纱连接为整体。所述半球壳端盖采用同样方法单独编织，得到耐压舱预制体；

(2)以环氧树脂为基体原材料，采用树脂传递模塑成型工艺完成所述三维立体编织结构预制体的树脂复合工序，浸渍树脂后的耐压舱于80℃固化8小时后成型，含胶量保持在40％，完成耐压舱的初步制备；

(3)将一端为半球壳的圆柱壳体与半球壳端盖通过内螺纹连接，并设置轴向和径向“〇”圈来实现密封；

(4)在耐压舱外增涂聚氨酯防水保护层，完成碳纤维三维编织复合材料深潜耐压舱的制备。

所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.6，横向性能优异，比普通三维编织耐压容器横向性能提高25％，横向模量3800MPa，横向压缩载荷为280MPa，稳定性高，临界失稳载荷为32MPa，浮力系数为0.6。通过抗压测试测得本发明可以承受31MPa压力，相当于3100米水深。

实施例3：

本实施例中的耐压舱的整体三维编织后的深潜耐压舱长度为1800mm，内径为300mm，编织厚度为30mm，纱线选用T800碳纤维，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm，环氧树脂含量为40％。

具体制备步骤为：

(1)根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对一端为半球壳的圆柱壳体进行一体化编织。所述深潜碳纤维复合材料耐压舱一端为半球壳的圆柱壳体的正交三维交织表面层纱线交织结构为正交三维，0°和90°纱交织，正交三维交织表面层厚度占耐压舱厚度比为35％，所述深潜碳纤维复合材料耐压舱面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为45°，面内准各向三维交织过渡层厚度占耐压舱厚度比为30％，所述深潜碳纤维复合材料深潜碳纤维复合材料耐压舱多层角联交织内层交织结构为经向增强2.5D，多层角联交织内层厚度占耐压舱厚度比为35％，最终由贯穿厚度加强Z向纱连接为整体。所述半球壳端盖采用同样方法单独编织，得到耐压舱预制体；

(2)以环氧树脂为基体原材料，采用树脂传递模塑成型工艺完成所述三维立体编织结构预制体的树脂复合工序，浸渍树脂后的耐压舱于80℃固化8小时后成型，含胶量保持在40％，完成耐压舱的初步制备；

(3)将一端为半球壳的圆柱壳体与半球壳端盖通过胶圈连接，并设置轴向和径向“〇”圈来实现密封；

(4)在深潜耐压舱外增涂聚氨酯防水保护层，完成碳纤维三维编织复合材料深潜耐压舱的制备。

所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.52，横向性能优异，比普通三维编织耐压容器横向性能提高30％，横向模量4000MPa，横向压缩载荷为300MPa，稳定性高，临界失稳载荷为36MPa，通过抗压测试测得本发明可以承受35MPa压力，相当于3500米水深。

当本实施例中θ为30°或60°时，所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.65或0.7，横向性能比普通三维编织耐压容器横向性能提高23％或24％左右，横向模量和横向压缩载荷与θ＝45°时相比略低，但是稳定性也较高，临界失稳载荷为28Mpa或30MPa或，能够承受27MPa或29Mpa的压力。

实施例4

本实施例中的耐压舱的整体三维编织后的深潜耐压舱长度为1800mm，内径为300mm，编织厚度为30mm，纱线选用T1000碳纤维，聚脲防水涂层的厚度为1.2mm，环氧树脂含量为50％。

制备方法和实施例3一致，所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.56，横向性能优异，比普通三维编织耐压容器横向性能提高30％，稳定性高，横向模量4000MPa，横向压缩载荷为300MPa，稳定性高，临界失稳载荷为34MPa，通过抗压测试测得本发明可以承受33MPa压力，相当于3300米水深。

实施例5

本实施例中的耐压舱的整体三维编织后的深潜耐压舱长度为1800mm，直径为300mm，编织厚度为30mm，纱线选用M30J碳纤维，聚脲防水涂层的厚度为1.2mm，酚醛树脂含量为40％。

制备方法和实施例3一致，所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.55，横向性能优异，比普通三维编织耐压容器横向性能提高28％，横向模量3900MPa，横向压缩载荷为290MPa，稳定性高，临界失稳载荷为32MPa，通过抗压测试测得本发明可以承受31MPa压力，相当于3100米水深。

实施例6

本实施例中的耐压舱的整体三维编织后的深潜耐压舱长度为1800mm，内径为300mm，编织厚度为30mm，纱线选用T800碳纤维，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm，环氧树脂含量为40％。

制备方法中的步骤(1)为：根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对一端为半球壳的圆柱壳体进行一体化编织。所述深潜碳纤维复合材料耐压舱一端为半球壳的圆柱壳体的正交三维交织表面层纱线交织结构为正交三维，0°和90°纱交织，正交三维交织表面层厚度占耐压舱厚度比为30％，所述深潜碳纤维复合材料耐压舱面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为45°，面内准各向三维交织过渡层厚度占耐压舱厚度比为40％，所述深潜碳纤维复合材料深潜碳纤维复合材料耐压舱多层角联交织内层交织结构为经向增强2.5D，多层角联交织内层厚度占耐压舱厚度比为30％，最终由贯穿厚度加强Z向纱连接为整体。所述半球壳端盖采用同样方法单独编织，得到耐压舱预制体；其余步骤和实施例3一致。

所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.65，横向性能比普通三维编织耐压容器横向性能提高27％，横向模量3700MPa，横向压缩载荷为270MPa，稳定性高，临界失稳载荷为34MPa，通过抗压测试测得本发明可以承受33MPa压力，相当于3300米水深。

当正交三维交织表面层、面内准各向三维交织过渡层和多层角联交织内层的厚度分别为碳纤维编织层厚度的20％、50％、25％时，所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.72，横向性能比普通三维编织耐压容器横向性能提高26％，横向模量3600MPa，横向压缩载荷为260MPa，稳定性高，临界失稳载荷为32MPa。通过抗压测试测得本发明可以承受31MPa压力，相当于3100米水深。

对比例1

当步骤(1)不采用本发明的改进工艺时，圆柱壳体采用传统的三维四步法编织，为了使得耐压壳能够在3000m水深环境下正常工作，深潜耐压舱长度为2200mm，内径为400mm，纱线选用T800碳纤维，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm，环氧树脂含量为40％，此时的壁厚将达到60mm才能满足要求，此时，耐压舱的重量超出实施例2中耐压舱约10kg，但排水体积只有本发明实施例2的60％。

对比例2

若使用本改进方法制作深潜耐压舱长度为800mm，内径为50mm，编织厚度为2mm，纱线选用T800碳纤维，环氧树脂含量为40％，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm。其制备方法和实施例3一致。

通过打压试验，测得制备得到的耐压舱只能承受8MPa的压力，相当于800m水深环境。

对比例3

本实施例中的整体三维编织后深潜耐压舱的长度为1800mm，内径为300mm，编织厚度为30mm，纱线选用T800碳纤维，聚氨酯防水保护层厚度为1.2mm，环氧树脂含量为40％。

制备方法中的步骤(1)为：根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对半球/圆柱壳体进行一体化编织。所述深潜碳纤维复合材料耐压舱半球/圆柱壳的正交三维交织表面层纱线交织结构为正交三维，0°和90°纱交织，正交三维交织表面层厚度占耐压舱厚度比为10％，所述深潜碳纤维复合材料耐压舱面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为45°，面内准各向三维交织过渡层厚度占耐压舱厚度比为80％，所述深潜碳纤维复合材料深潜碳纤维复合材料耐压舱多层角联交织内层交织结构为经向增强2.5D，多层角联交织内层厚度占耐压舱厚度比为10％，最终由贯穿厚度加强Z向纱连接为整体。所述半球壳端盖采用同样方法单独编织，得到耐压舱预制体；其余步骤和实施例3一致。

所得复合材料深潜耐压舱质量/排水比为0.82，横向性能比普通三维编织耐压容器横向性能提高19％，横向模量3600MPa，横向压缩载荷为250MPa，稳定性高，临界失稳载荷为24MPa稳定性高。通过抗压测试测得本发明可以承受23MPa压力，相当于2300米水深。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述深潜耐压舱包括半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体两部分，半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体之间通过连接件、密封圈连接；半球壳端盖和一端为半球壳的圆柱壳体均包括碳纤维复合材料层和防水渗透涂层两部分，所述防水渗透涂层覆盖在碳纤维复合材料层外表面，所述碳纤维复合材料层为浸渍了树脂的碳纤维编织层；所述碳纤维编织层的编织结构由外层向内层依次为正交三维交织表面层、面内准各向三维交织过渡层和多层角联交织内层，并最终由贯穿厚度加强法向纱连接为整体，其中，所述面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为30°～60°；所述多层角联交织内层的交织结构为2.5D、经向增强2.5D、纬向增强2.5D、法向增强2.5D、经纬双向增强2.5D或经法双向增强2.5D中一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述碳纤维复合材料深潜耐压舱长度为50mm-2000mm，长度和直径的比例为1～15。

3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述碳纤维复合材料层的径厚比为1～20，所述径厚比为碳纤维复合材料层的内径和其厚度的比例。

4.根据权利要求1～3任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述碳纤维为强度大于3000MPa，模量大于200Gpa的碳纤维。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述正交三维交织表面层、面内准各向三维交织过渡层和多层角联交织内层的厚度分别为碳纤维编织层厚度的15％-50％、20％-50％、20％-50％。

6.根据权利要求1～5任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述树脂的体积占碳纤维复合材料深潜耐压舱壳层体积的40～60％。

7.根据权利要求1～6任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述防水渗透涂层为聚氨酯防水层、有机氟碳类防水层或者聚脲防水涂层中的任一种。

8.根据权利要求1～7任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱，其特征在于，所述防水渗透涂层的厚度为1～1.5mm。

9.权利要求1～8任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据耐压舱舱体的图纸要求，利用三维编织技术对一端为半球壳的圆柱壳体进行一体化编织，所述正交三维交织表面层为正交三维编织结构，0°和90°纱交织，所述正交三维交织表面层的厚度占碳纤维编织层厚度的15％-50％，所述面内准各向三维交织过渡层包含0°、90°、+θ和-θ四个系列纱线，其中θ为30°～60°，所述面内准各向三维交织过渡层的厚度占碳纤维编织层厚度的20％-50％，所述多层角联交织内层的交织结构为2.5D、经向增强2.5D、纬向增强2.5D、法向增强2.5D、经纬双向增强2.5D、经法双向增强2.5D中一种或多种，所述多层角联交织内层的厚度占碳纤维编织层厚度的20％-50％，并最终由贯穿厚度加强法向纱将三个编织层连接为整体；所述半球壳端盖采用上述同样方法单独编织，即可得到耐压舱预制体；

(2)以热固性树脂胶液为基体原材料，采用真空辅助成型工艺或树脂传递模塑成型工艺完成所述三维立体编织结构预制体的树脂复合工序，完成耐压舱的初步制备；

(3)将一端为半球壳的圆柱壳体与半球壳端盖通过连接件连接，并设置轴向和径向密封圈来实现密封；

(4)在耐压舱外涂覆防水渗透涂层，完成碳纤维三维编织复合材料深潜耐压舱的制备。

10.权利要求1～8任一所述的一种碳纤维复合材料深潜耐压舱在深潜领域的应用。