CN111791545B - 一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法 - Google Patents

一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111791545B
CN111791545B CN202010495103.5A CN202010495103A CN111791545B CN 111791545 B CN111791545 B CN 111791545B CN 202010495103 A CN202010495103 A CN 202010495103A CN 111791545 B CN111791545 B CN 111791545B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass fiber
layer
fiber reinforced
skin
reinforced plastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010495103.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111791545A (zh
Inventor
李永清
李典
侯海量
郑羽
鄢柳柳
李怿
吴伟
姜安邦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naval University of Engineering PLA
Original Assignee
Naval University of Engineering PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naval University of Engineering PLA filed Critical Naval University of Engineering PLA
Priority to CN202010495103.5A priority Critical patent/CN111791545B/zh
Publication of CN111791545A publication Critical patent/CN111791545A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111791545B publication Critical patent/CN111791545B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/14—Hull parts
    • B63B3/56—Bulkheads; Bulkhead reinforcements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3067—Ships
    • B29L2031/307—Hulls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2266/00—Composition of foam
    • B32B2266/02—Organic
    • B32B2266/0214—Materials belonging to B32B27/00
    • B32B2266/0221—Vinyl resin
    • B32B2266/0235—Vinyl halide, e.g. PVC, PVDC, PVF, PVDF
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/10—Properties of the layers or laminate having particular acoustical properties
    • B32B2307/102—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/304—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/546—Flexural strength; Flexion stiffness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/552—Fatigue strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/558—Impact strength, toughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/72—Density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/12—Ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

本发明涉及一种船用复合材料上层建筑舱壁，包括防护型夹芯结构和加强结构；防护型夹芯结构包括由下到上依次设置的下层蒙皮、超高分子量聚乙烯装甲板、PVC泡沫层和上层蒙皮，各层结构之间通过胶粘剂粘接成一体；加强结构包括底玻璃钢层、面玻璃钢层、PVC泡沫加强筋和玻璃纤维加筋蒙皮，底玻璃钢层铺设于防护型夹芯结构的下层蒙皮外表面，面玻璃钢层铺设于上层蒙皮外表面，PVC泡沫加强筋安装于面玻璃钢层外表面，玻璃纤维加筋蒙皮包覆于PVC泡沫加强筋表面；防护型夹芯结构与加强结构采用真空导流一体化成型工艺成型。本发明满足飞溅的水浪花冲击载荷的要求，可防御100‑1500m/s、质量1g～20g立方体破片的侵彻和2～8GHz范围内反射率低于‑10dB，8～18GHz低于‑18dB电磁隐身性能。

Description

一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法
技术领域
本发明涉及舰船防弹防护和雷达隐身技术领域，具体涉及一种舰船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法。
背景技术
大中型水面舰艇已成为各海军强国的重要象征和主要突击力量，是各种力量高度联合统一的海上作战武器系统，其特殊的战略、战术地位，使其必然成为敌方的主要攻击目标。
舰船的被动防护结构是舰船的最后一道防线，舰船初期采用的金属装甲材料密度过高，大量使用装甲钢将导致船体重量增大，削弱了舰船的战斗力和机动性，难以实现防护结构的轻量化设计要求。铝合金熔点低，且与钢结构连接处易产生疲劳断裂。现代舰船普遍采用薄壁结构，又难以抵御反舰导弹战斗部动能穿甲高速破片的冲击，半穿甲战斗部侵入舰体内部近炸或接触爆炸已成为现代反舰导弹的主要攻击模式，大中型舰船往往设有隔舱，可以减轻冲击波的破坏，但是大量的高动能破片往往在贯穿破坏的同时加剧冲击波的破坏。
申请号为201110425517.1的中国专利文献(申请公布日为2012年7月11日)公开了一种超高分子量聚乙烯/氧化铝复合防弹板，在一定厚度下，能够抵御10.8g，速度869米/秒的7.62毫米口径全金属包覆子弹。
申请号为201910256121.5的中国专利文献(申请公布日为2019年6月18日)公开了一种防弹非金属复合材料板材及其制备方法，结合聚甲醛的强度、刚度、耐冲击性能高等优异力学性能，将超高分子量聚乙烯纤维与聚甲醛板材结合制备防弹板材。
上述专利文献，仅从防弹角度出发进行了防弹板的防弹性能研究，并未综合考虑舰船防护型上层建筑舱壁需抵御的较高飞溅浪花冲击载荷、承受武器和设备的重量及工作载荷，因此这类复合材料防弹板用于舰船防护型上层建筑舱壁达不到结构和防护性能指标。同时，舰船作为海军威慑、杀伤、运输与战略响应的主战武器装备，对雷达隐身技术提出了迫切的要求，而还未有相关文献对舰船复合材料上层建筑舱壁结构和防弹、雷达隐身一体化研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对传统舰船钢制上层建筑重量大，铝合金上层建筑熔点低且与钢结构连接处易产生疲劳断裂，以及现有复合材料防弹板防护和电磁隐身性能不足的问题，提供一种轻质、高强的船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法，它可以满足飞溅的水浪花冲击载荷的要求，实现防御100～1500m/s、质量1g～20g立方体破片的侵彻和2～8GHz范围内反射率均低于-10dB，8～18GHz范围内反射率均低于-18dB电磁隐身性能。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种船用复合材料上层建筑舱壁，包括防护型夹芯结构和加强结构；所述防护型夹芯结构包括由下到上依次设置的下层蒙皮、超高分子量聚乙烯装甲板、PVC泡沫层和上层蒙皮，各层结构之间通过胶粘剂粘接成一体；所述加强结构包括底玻璃钢层、面玻璃钢层、PVC泡沫加强筋和玻璃纤维加筋蒙皮，所述底玻璃钢层铺设于所述防护型夹芯结构的下层蒙皮外表面，所述面玻璃钢层铺设于所述上层蒙皮外表面，所述PVC泡沫加强筋安装于面玻璃钢层外表面，所述玻璃纤维加筋蒙皮包覆于PVC泡沫加强筋表面；所述防护型夹芯结构与加强结构采用真空导流一体化成型工艺成型。
上述方案中，所述船用复合材料上层建筑舱壁还包括雷达隐身结构，所述雷达隐身结构包括雷达吸波板，所述雷达吸波板通过胶粘剂粘接于所述加强结构底玻璃钢层的外表面，雷达吸波板的间隙通过缝隙填充吸波腻子进行填充处理。
上述方案中，所述雷达吸波板包括依次设置的反射层、第二透波层、吸波层、第一透波层，所述反射层通过胶粘剂与所述加强结构的底玻璃钢层进行粘接；所述反射层采用碳纤维层，所述第二透波层与第一透波层均采用玻璃钢层，所述吸波层采用吸波蜂窝。
上述方案中，所述下层蒙皮与上层蒙皮均采用真空导流一体化成型工艺制备的玻璃钢蒙皮，玻璃纤维采用船用高强玻纤布，组织织物为四枚缎纹结构，树脂材料采用耐海洋环境的乙烯基树脂。
上述方案中，所述PVC泡沫层与PVC泡沫加强筋的泡沫材料均采用高性能PVC泡沫，密度为80kg/m3、100kg/m3或130kg/m3中的一种，压缩强度大于1.4MPa，压缩模量大于100MPa，剪切强度大于1.1MPa，剪切模量大于27MPa，剪应变大于40％。
上述方案中，所述加强结构的PVC泡沫加强筋的高度为80-100mm，宽度为70-90mm，顶部两边倒角R为5度；所述玻璃纤维加筋蒙皮厚度为5mm，在所述面玻璃钢层上的搭接长度不小于50mm，形成逐步过渡的梯形结构。
本发明还提出上述船用复合材料上层建筑舱壁的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备防护型夹芯结构：首先采用真空导流成型工艺制备玻璃钢蒙皮，然后按照下层蒙皮、超高分子量聚乙烯装甲板、PVC泡沫层、上层蒙皮的顺序，用胶粘剂将四者之间进行粘接，并施加均匀压力，待胶粘剂固化完全，形成胶粘剂层，制得防护型夹芯结构；
S2、模具准备：对模具进行清理和脱模处理；
S4、玻璃纤维布铺覆：在模具上铺底层玻璃纤维布、放置防护型夹芯结构、铺面层玻璃纤维布、定位加强结构的PVC泡沫加强筋、铺玻璃纤维加筋蒙皮面布，完成纤维布的铺覆；
S5、真空导流一体化成型工艺成型：按照真空辅助成型工艺，制得由防护型夹芯结构与加强结构一体化的防护型舱壁结构。
S6、雷达吸波板粘贴：在加强结构的底玻璃钢层外表面涂胶粘剂，将雷达吸波板粘贴于其外表面，使用100-200kg/m2重物均匀加压，待胶粘剂固化完全，形成胶粘剂层，并采用缝隙填充吸波腻子对雷达吸波板间隙进行处理，使电/磁连续性一致。
上述方法中，步骤S4的具体操作方法如下：
第一步，按照工艺厚度要求铺覆一定数量的玻璃纤维布，铺覆时将搭接缝错开，多余纤维裁剪掉；
第二步，将制得的防护型夹芯结构的PVC泡沫层朝上放置于已铺覆的纤维布层上；
第三步，在防护型夹芯结构上按照工艺厚度要求铺覆一定数量的玻璃纤维布，铺覆时将搭接缝错开，多余纤维裁剪掉；
第四步，按照尺寸，定位水平桁和纵桁的PVC泡沫加强筋；
第五步，在水平桁和纵桁的PVC泡沫加强筋外侧包覆一定数量的玻璃纤维布，铺覆时将搭接缝错开，纵横交错铺覆，两侧铺覆延伸至面玻璃钢层至少50mm，形成逐步过渡的梯形结构。
上述方法中，步骤S5的具体操作方法如下：
第一步，铺覆真空辅材和检漏：在整个预成型体上铺设真空辅材，对真空体系真空度检验，要求真空泵稳定工作后压力区间为0.095～0.1MPa，关闭真空泵保压5-30min压力降不大于0.01MPa；
第二步，胶液配制和注胶：按照凝胶实验结果确定用胶量，将树脂进行冰冻，混合后树脂的温度控制在12-15℃，树脂混合均匀，开动真至泵，进行注胶；
第三步，固化成型和脱模：树脂灌注完毕后，室温下固化24h，使用硬度计检验固化的树脂表面硬度，至少有2个点位置巴氏硬度达到35以上进行脱模。
本发明的有益效果在于：
1、本发明由防护型夹芯结构与加强结构组成舱壁的防护结构，防护型夹芯结构利用超高分子量聚乙烯装甲板高强度、高模量、密度小以及高性能PVC泡沫闭孔芯材高比强度、优异的抗疲劳性能、能够吸收高强度的动态冲击等特点，将超高分子量聚乙烯装甲板与高性能PVC闭孔芯材结合，采用真空成型辅助技术整体成型，制备成满足承载和防护功能的复合材料上层建筑舱壁结构，利用复合材料高比强度和结构可设计性特点，设计舱壁结构，实现结构的轻质高强。利用高强聚乙烯纤维拉伸变形与PVC泡沫大范围压缩变形共同消耗破片动能，高速破片最终停留在高强聚乙烯纤维中，从而实现防护功能。设置的复合材料水平桁和纵桁能很好的抵御变形。本发明提供的舰船用复合材料上层建筑舱壁结构，满足飞溅水浪花载荷要求，可以防御100～1500m/s、质量1g～20g立方体破片的侵彻。
2、采用真空导流一体化成型工艺实现了大尺寸、大厚度复合材料上层建筑舱壁的成型。
3、本发明通过粘贴雷达隐身材料和填充雷达吸波腻子，实现雷达隐身功能。使得本发明在满足结构承载、侵彻防护指标的同时，满足R2GHz-8GHz≤-10dB，R8GHz-18GHz≤-18dB的雷达隐身要求。
4、与传统舰船用钢质上层建筑相比，本发明整体结构重量大幅减轻，具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸声、隔声和隔热等优点，在重量最轻情况下，提供一种承载/功能一体化复合材料上层建筑舱壁结构。
5、本发明的复合材料上层建筑舱壁在超高分子量聚乙烯装甲板的基础上，结合了高强PVC泡沫高的比强度、优异的抗疲劳性能和断裂伸长率，与传统的单独使用超高分子量聚乙烯纤维制成的防弹板材相比较，在承受子弹打击时，利用高强PVC泡沫能够吸收高强度的动态冲击，可以有效降低弹击后造成的防护板变形，降低冲击造成结构破坏带来的性能衰减，强度和刚度满足浪花载荷对冲击性的要求，实现了结构与防护性能的一体化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明船用复合材料上层建筑舱壁的整体结构图；
图2是图1所示船用复合材料上层建筑舱壁的防护型夹芯结构的结构示意图；
图3是由防护型夹芯结构与加强结构组成的舱壁防护结构示意图；
图4是图1所示船用复合材料上层建筑舱壁的加强结构的平面示意图；
图5是图1所示船用复合材料上层建筑舱壁的雷达隐身结构的结构示意图；
图6是本发明船用复合材料上层建筑舱壁的防护性能仿真计算结果；
图7是本发明船用复合材料上层建筑舱壁的雷达隐身性能仿真计算结果。
图中：10、防护型夹芯结构；11、下层蒙皮；12、超高分子量聚乙烯装甲板；13、PVC泡沫层；14、上层蒙皮；15、胶粘剂层；
20、加强结构；21、底玻璃钢层；22、面玻璃钢层；23、加强筋结构；231、PVC泡沫加强筋；232、玻璃纤维加筋蒙皮；
30、雷达隐身结构；31、雷达吸波板；311、反射层；312、第二透波层；313、吸波层；314、第一透波层；32、胶粘剂层；33、缝隙填充吸波腻子。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明提供的一种船用复合材料上层建筑舱壁，包括防护型夹芯结构10、加强结构20和雷达隐身结构30。
如图2所示，防护型夹芯结构10包括由下到上依次设置的下层蒙皮11、超高分子量聚乙烯装甲板12、PVC泡沫层13和上层蒙皮14，各层结构之间通过胶粘剂粘接成一体。
如图3-4所示，加强结构20包括底玻璃钢层21、面玻璃钢层22、PVC泡沫加强筋231和玻璃纤维加筋蒙皮232。底玻璃钢层21铺设于防护型夹芯结构10的下层蒙皮11外表面，面玻璃钢层22铺设于上层蒙皮14外表面，PVC泡沫加强筋231安装于面玻璃钢层22外表面，玻璃纤维加筋蒙皮232包覆于PVC泡沫加强筋231表面。制作时，将底层玻璃纤维布铺覆于模具表面，放置防护型夹芯结构10，在防护型夹芯结构10表面铺覆面层玻璃纤维布，将PVC泡沫加强筋231布置于面层玻璃纤维布层上，并采用玻璃纤维布对PVC泡沫加强筋231进行包覆，形成增强的加强筋结构23。防护型夹芯结构10与加强结构20采用真空导流一体化成型工艺成型。加强筋结构23为舱壁上的水平桁和纵桁。
参照图1和图5，雷达隐身结构30包括雷达吸波板31，雷达吸波板31包括依次设置的反射层311、第二透波层312、吸波层313、第一透波层314，其中反射层311通过胶粘剂与加强结构20的底玻璃钢层21进行粘接，雷达吸波板31的间隙通过缝隙填充吸波腻子33进行填充处理。通过胶粘剂和吸波腻子将雷达吸波板31与上层建筑舱壁结构粘接成一体。雷达吸波板31性能满足平板反射率R2GHz-8GHz≤-10dB，R8GHz-18GHz≤-18dB，面密度小于8kg/m2。具体的，反射层311采用碳纤维层，第二透波层312与第一透波层314均采用玻璃钢层，吸波层313采用吸波蜂窝。
进一步优化，下层蒙皮11与上层蒙皮14均采用真空一体化成型工艺制备的玻璃钢蒙皮，玻璃纤维采用船用高强玻纤布，组织织物为四枚缎纹结构，树脂材料采用耐海洋环境的专用乙烯基树脂。
进一步优化，超高分子量聚乙烯装甲板12密度为0.97g/cm3；常温释放物符合GJB⒎97-2012和GBZ2.19OO7要求；高温毒性满足2010国际消防试验程序应用规范(2010FTPCode)-第二部分烟雾和毒性测试要求；产烟毒性等级达到准安全级。超高分子量聚乙烯装甲板12厚度为10～50mm。
进一步优化，PVC泡沫层13与PVC泡沫加强筋231的泡沫材料均采用高韧性的能够吸收诸如波浪砰击载荷等高强度动态冲击的高性能PVC泡沫，密度为80kg/m3、100kg/m3或130kg/m3中的一种，压缩强度大于1.4MPa，压缩模量大于100MPa，剪切强度大于1.1MPa，剪切模量大于27MPa，剪应变大于40％。PVC泡沫层13厚度为10～50mm。
进一步优化，胶粘剂采用环氧胶，粘接强度大于5MPa。环境性能符合2010FTP规则低播焰性和烟气毒性要求。
进一步优化，加强结构20的PVC泡沫加强筋231高度为80-100mm，宽度为70-90mm，顶面两边倒角R为5°，玻璃纤维加筋蒙皮232厚度为5mm，在面玻璃钢层22上形成逐步过渡的梯形结构。
进一步优化，雷达吸波板31的厚度为10-30mm。
进一步优化，缝隙填充吸波腻子33，电/磁连续性满足R2GHz-8GHz≤-10dB，R8GHz-18GHz≤-18dB。
上述船用复合材料上层建筑舱壁的制备方法，包括以下步骤：
制作玻璃钢蒙皮：采用真空一体成型工艺制备1mm厚度的玻璃钢下层蒙皮11和上层蒙皮14。
制作防护型夹芯结构10：在1mm下层蒙皮11和20mm超高分子量聚乙烯装甲板12待粘接面上均匀涂覆环氧胶粘剂，进行粘接；在20mm超高分子量聚乙烯装甲板12与20mmPVC泡沫层13待粘接面均匀涂覆环氧胶粘剂，进行粘接；在20mmPVC泡沫层13待粘接面与1mm上层蒙皮14待粘接面均匀涂覆环氧胶粘剂，进行粘接；粘接完成后，使用100-200kg/m2重物均匀加压，待胶粘剂固化完全，形成胶粘剂层15，胶粘剂层15粘接强度不小于5MPa，制得防护型夹芯结构10。
模具准备：清理模具，并涂覆脱模剂。模具为满足尺寸精度和气密性要求的钢制模具。
纤维布铺覆：第一步，按照厚度要求铺覆数量为15层的玻璃纤维布，用于形成底玻璃钢层21，铺覆时将搭接缝错开，多余纤维裁剪掉；第二步，将制得的防护型夹芯结构10的PVC泡沫层13朝上放置于已铺覆的纤维布层上；第三步，在防护型夹芯结构10上铺覆数量为15层的玻璃纤维布，用于形成面玻璃钢层22，铺覆时将搭接缝错开，多余纤维裁剪掉；第四步，按照尺寸，定位加强结构20的PVC泡沫加强筋231(宽*高mm：80*95mm)；第五步，在PVC泡沫加强筋231外侧包覆数量为25层的玻璃纤维布，用于形成玻璃纤维加筋蒙皮232，铺覆时在面玻璃钢层22的纤维布上形成梯形过渡结构，在水平桁和纵桁上交叉铺覆，确保厚度一致，纤维布采用高强玻璃纤维布，编织方式为缎纹。
铺覆真空辅材和检漏：在整个预成型体上铺设真空辅材，对真空体系真空度检验。要求真空泵稳定工作后压力区间为0.095～0.1MPa，关闭真空泵保压5-30min后压力后压力降小于0.01MPa。
胶液配制和注胶：按照凝胶实验结果确定用胶量，夏天高温作业时，将树脂冷冻处理，混合后树脂的温度控制在12-25℃，树脂混合均匀，开动真空泵，进行注胶。
固化成型和脱模：树脂灌注完毕后，室温下固化24h，使用硬度计检验固化的树脂表面硬度，至少有2个点位置巴氏硬度达到35以上进行脱模。
脱模后进行打磨处理，即制得具有防护功能的复合材料上层建筑舱壁结构。
雷达吸波板31粘贴：在经处理的底玻璃钢层21上涂胶粘剂，将雷达吸波板31粘贴于其外表面，使用100-200kg/m2重物均匀加压，待胶粘剂固化完全，形成胶粘剂层32，采用缝隙填充吸波腻子33对雷达吸波板31间隙进行处理，使电/磁连续性一致。
如图5所示，本发明船用复合材料上层建筑舱壁的防护结构采用Ansys/LS-DYNA建立有限元计算模型，按照初速度1200m/s、质量3.3g立方体破片的侵彻进行仿真计算，材料模型主要是弹体材料、玻璃纤维材料，PVC泡沫和高强聚乙烯纤维。破片和靶板均采用Lagrange实体单元，破片单元尺寸为0.37mm，靶板平面尺寸为14倍破片尺寸。靶板中高强玻纤和高强聚乙烯纤维沿厚度方向每1mm为一层，层间定义带有固连作用的面面自动接触。破片与靶板之间定义面面侵蚀接触。靶板对称面设置对称边界条件，非对称面约束Z轴平动和所有方向转动。仿真计算结果显示，本发明能够防御其侵彻。
如图6所示，利用HFSS仿真软件对雷达隐身结构30进行仿真，仿真计算结果显示，在2～8GHz范围内，反射率低于-10dB，在8～18GHz范围内，反射率低于-18dB，满足雷达隐身性能要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种船用复合材料上层建筑舱壁，其特征在于，包括防护型夹芯结构和加强结构；所述防护型夹芯结构包括由下到上依次设置的下层蒙皮、超高分子量聚乙烯装甲板、PVC泡沫层和上层蒙皮，所述下层蒙皮与上层蒙皮均为采用真空导流一体化成型工艺制备的玻璃钢蒙皮，各层结构之间通过胶粘剂粘接成一体；所述加强结构包括底玻璃钢层、面玻璃钢层、PVC泡沫加强筋和玻璃纤维加筋蒙皮，所述底玻璃钢层铺设于所述防护型夹芯结构的下层蒙皮外表面，所述面玻璃钢层铺设于所述上层蒙皮外表面，所述PVC泡沫加强筋安装于面玻璃钢层外表面，所述玻璃纤维加筋蒙皮包覆于PVC泡沫加强筋表面；所述防护型夹芯结构与加强结构采用真空导流一体化成型工艺成型；所述PVC泡沫层与PVC泡沫加强筋的泡沫材料均采用PVC泡沫，密度为80kg/m3、100kg/m3或130kg/m3中的一种，压缩强度大于1.4MPa，压缩模量大于100MPa，剪切强度大于1.1MPa，剪切模量大于27MPa，剪应变大于40％。
2.根据权利要求1所述的船用复合材料上层建筑舱壁，其特征在于，所述船用复合材料上层建筑舱壁还包括雷达隐身结构，所述雷达隐身结构包括雷达吸波板，所述雷达吸波板通过胶粘剂粘接于所述加强结构底玻璃钢层的外表面，雷达吸波板的间隙通过缝隙填充吸波腻子进行填充处理。
3.根据权利要求2所述的船用复合材料上层建筑舱壁，其特征在于，所述雷达吸波板包括依次设置的反射层、第二透波层、吸波层、第一透波层，所述反射层通过胶粘剂与所述加强结构的底玻璃钢层进行粘接；所述反射层采用碳纤维层，所述第二透波层与第一透波层均采用玻璃钢层，所述吸波层采用吸波蜂窝。
4.根据权利要求1所述的船用复合材料上层建筑舱壁，其特征在于，所述下层蒙皮与上层蒙皮的玻璃纤维采用组织织物为四枚缎纹结构的玻纤布。
5.根据权利要求1所述的船用复合材料上层建筑舱壁，其特征在于，所述加强结构的PVC泡沫加强筋的高度为80-100mm，宽度为70-90mm，顶部两边倒角；所述玻璃纤维加筋蒙皮在所述面玻璃钢层上的搭接长度不小于50mm，形成逐步过渡的梯形结构。
6.根据权利要求1-5任一项所述的船用复合材料上层建筑舱壁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备防护型夹芯结构：首先采用真空导流成型工艺制备玻璃钢蒙皮，然后按照下层蒙皮、超高分子量聚乙烯装甲板、PVC泡沫层、上层蒙皮的顺序，用胶粘剂将四者之间进行粘接，并施加均匀压力，待胶粘剂固化完全，形成胶粘剂层，制得防护型夹芯结构；
S2、模具准备：对模具进行清理和脱模处理；
S4、玻璃纤维布铺覆：在模具上铺底层玻璃纤维布、放置防护型夹芯结构、铺面层玻璃纤维布、定位加强结构的PVC泡沫加强筋、铺玻璃纤维加筋蒙皮面布，完成纤维布的铺覆；
S5、真空导流一体化成型工艺成型：按照真空辅助成型工艺，制得由防护型夹芯结构与加强结构一体化的防护型舱壁结构。
7.根据权利要求6所述的船用复合材料上层建筑舱壁的制备方法，其特征在于，还包括步骤S6、雷达吸波板粘贴：在加强结构的底玻璃钢层外表面涂胶粘剂，将雷达吸波板粘贴于其外表面，使用100-200kg/㎡重物均匀加压，待胶粘剂固化完全，形成胶粘剂层，并采用缝隙填充吸波腻子对雷达吸波板间隙进行处理。
8.根据权利要求6所述的船用复合材料上层建筑舱壁的制备方法，其特征在于，步骤S4的具体操作方法如下：
第一步，按照工艺厚度要求铺覆一定数量的玻璃纤维布，铺覆时将搭接缝错开，多余纤维裁剪掉；
第二步，将制得的防护型夹芯结构的PVC泡沫层朝上放置于已铺覆的纤维布层上；
第三步，在防护型夹芯结构上按照工艺厚度要求铺覆一定数量的玻璃纤维布，铺覆时将搭接缝错开，多余纤维裁剪掉；
第四步，按照尺寸，定位水平桁和纵桁的PVC泡沫加强筋；
第五步，在水平桁和纵桁的PVC泡沫加强筋外侧包覆一定数量的玻璃纤维布，铺覆时将搭接缝错开，纵横交错铺覆，使所述玻璃纤维加筋蒙皮在所述面玻璃钢层上的搭接长度不小于50mm，形成逐步过渡的梯形结构。
9.根据权利要求7所述的船用复合材料上层建筑舱壁的制备方法，其特征在于，步骤S5的具体操作方法如下：
第一步，铺覆真空辅材和检漏：在整个预成型体上铺设真空辅材，对真空体系真空度检验，要求真空泵稳定工作后压力区间为0.095～0.1MPa，关闭真空泵保压5-30min压力降不大于0.01MPa；
第二步，胶液配制和注胶：按照凝胶实验结果确定用胶量，将树脂进行冰冻，混合后树脂的温度控制在12-15℃，树脂混合均匀，开动真至泵，进行注胶；
第三步，固化成型和脱模：树脂灌注完毕后，室温下固化24h，使用硬度计检验固化的树脂表面硬度，至少有2个点位置巴氏硬度达到35以上进行脱模。
CN202010495103.5A 2020-06-03 2020-06-03 一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法 Active CN111791545B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010495103.5A CN111791545B (zh) 2020-06-03 2020-06-03 一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010495103.5A CN111791545B (zh) 2020-06-03 2020-06-03 一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111791545A CN111791545A (zh) 2020-10-20
CN111791545B true CN111791545B (zh) 2022-08-30

Family

ID=72806736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010495103.5A Active CN111791545B (zh) 2020-06-03 2020-06-03 一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111791545B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113752647B (zh) * 2021-09-06 2023-03-24 北京理工大学 一种用于实船打靶试验的传感器防护装置
CN113650374B (zh) * 2021-09-06 2023-02-28 北京理工大学 一种舰船舷侧柔性抗破片侵彻层及制作方法
CN115991260B (zh) * 2021-10-20 2024-09-10 秦皇岛耀华装备集团股份有限公司 超高速艇减震座舱系统
CN117429091B (zh) * 2023-12-04 2024-05-17 哈尔滨远驰航空装备有限公司 一种复合材料多腔结构的一体成型方法
CN117698902A (zh) * 2023-12-08 2024-03-15 咸宁海威复合材料制品有限公司 一种含连接接头的复合材料一体结构及其制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630774A (zh) * 2009-08-07 2010-01-20 北京玻钢院复合材料有限公司 玻璃钢雷达罩单元件及其成型方法
CN103072284A (zh) * 2012-12-06 2013-05-01 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种含增强筋的夹芯结构复合材料及其制造方法
CN106507972B (zh) * 2008-12-23 2013-09-25 中航贵州飞机有限责任公司 一种具有多向反射功能的表面结构体及其制作方法
CN104457432A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 衡阳泰豪通信车辆有限公司 一种异型方舱
CN104763100A (zh) * 2015-03-06 2015-07-08 中国人民解放军国防科学技术大学 具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法
CN105258568A (zh) * 2015-11-19 2016-01-20 衡阳泰豪通信车辆有限公司 一种雷达隐身防弹的轻质化方舱
CN105643997A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 中物功能材料研究院有限公司 具有雷达隐身功能的方舱大板及其制备方法
CN207549618U (zh) * 2017-11-28 2018-06-29 北京威亚高性能纤维有限公司 一种轻量化、抗冲击复合材料夹芯结构件
CN109131724A (zh) * 2017-06-19 2019-01-04 中国人民解放军海军工程大学 钉扎型承载/防护一体化高强聚乙烯复合装甲舱壁结构
CN109822994A (zh) * 2019-01-22 2019-05-31 衡阳泰豪通信车辆有限公司 一种高性能异型舱舱门的隐身防弹电磁屏蔽集成设计
CN110421933A (zh) * 2019-08-05 2019-11-08 上海无线电设备研究所 一种轻质导电柔性材料及其制备方法和应用
CN110509645A (zh) * 2019-08-31 2019-11-29 中国人民解放军海军工程大学 高正浮力特性轻质高刚度可释放功能型复合材料可拆板

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106507972B (zh) * 2008-12-23 2013-09-25 中航贵州飞机有限责任公司 一种具有多向反射功能的表面结构体及其制作方法
CN101630774A (zh) * 2009-08-07 2010-01-20 北京玻钢院复合材料有限公司 玻璃钢雷达罩单元件及其成型方法
CN103072284A (zh) * 2012-12-06 2013-05-01 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种含增强筋的夹芯结构复合材料及其制造方法
CN104457432A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 衡阳泰豪通信车辆有限公司 一种异型方舱
CN104763100A (zh) * 2015-03-06 2015-07-08 中国人民解放军国防科学技术大学 具有雷达隐身和防弹功能的方舱大板及其制备方法
CN105258568A (zh) * 2015-11-19 2016-01-20 衡阳泰豪通信车辆有限公司 一种雷达隐身防弹的轻质化方舱
CN105643997A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 中物功能材料研究院有限公司 具有雷达隐身功能的方舱大板及其制备方法
CN109131724A (zh) * 2017-06-19 2019-01-04 中国人民解放军海军工程大学 钉扎型承载/防护一体化高强聚乙烯复合装甲舱壁结构
CN207549618U (zh) * 2017-11-28 2018-06-29 北京威亚高性能纤维有限公司 一种轻量化、抗冲击复合材料夹芯结构件
CN109822994A (zh) * 2019-01-22 2019-05-31 衡阳泰豪通信车辆有限公司 一种高性能异型舱舱门的隐身防弹电磁屏蔽集成设计
CN110421933A (zh) * 2019-08-05 2019-11-08 上海无线电设备研究所 一种轻质导电柔性材料及其制备方法和应用
CN110509645A (zh) * 2019-08-31 2019-11-29 中国人民解放军海军工程大学 高正浮力特性轻质高刚度可释放功能型复合材料可拆板

Also Published As

Publication number Publication date
CN111791545A (zh) 2020-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111791545B (zh) 一种船用复合材料上层建筑舱壁及其制备方法
Mahfuz et al. Investigation of high-velocity impact on integral armor using finite element method
CN210284038U (zh) 一种具有防弹、雷达隐身和电磁屏蔽功能的方舱
US10907351B2 (en) Sandwich panel with a ductile hybrid core comprising tubular reinforcements
Fink Performance metrics for composite integral armor
US20110283873A1 (en) Hybrid Periodic Cellular Material Structures, Systems, and Methods For Blast and Ballistic Protection
US20070068377A1 (en) Hybrid composite structures for ballistic protection
CN112848554A (zh) 一种高韧性纤维增强泡沫铝梯度抗爆复合结构
CN110749235A (zh) 一种超轻装甲产品及其制备方法
CN114210529B (zh) 提高防弹防爆性能的聚脲-金属-聚脲复合结构及制备方法
CN107825957A (zh) 一种军用防弹防护油箱壳体及其制备方法
CN111546880B (zh) 一种着弹后防漏油油箱及其制备方法
Zou et al. Study on the penetration resistance of a honeycomb composite structure coated with polyurethane elastomer
CN112814315A (zh) 双锥台嵌挤预应力约束遮弹层
CN104071313A (zh) 可弹性弯曲的抗冲吸能覆盖层
CN110356071B (zh) 一种隐身复合材料成型工艺及应用
CA2845786C (en) Structural component for armoured vehicles
CN215484252U (zh) 双锥台嵌挤预应力约束遮弹层
CN212332039U (zh) 一种快凝快硬高强水泥基防弹板
Ji et al. Novel sandwich panel with metallic millitube grid stiffened polymer core for impact mitigation
CN113400669A (zh) 一种防雷车辆地板用高吸能蜂窝板的制作方法
Saleem et al. Numerical and experimental study of hybrid composite body armor
CN206690639U (zh) 一种用于车厢防弹的装甲钢芳纶玻璃钢复合夹芯防护板
CN206709697U (zh) 一种用于车厢防弹的陶瓷芳纶玻璃钢复合夹芯防护板
Koto et al. Analysis of Damage Area of Fiberglass/Polyester Bi-Panel with Rice Husk Ash as a Filler Caused by the Impact of High-Speed Particles

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant