CN114179388A - 一种新型复合材料封头铺覆成型方法及复合材料封头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型复合材料封头铺覆成型方法及复合材料封头;包括如下制备步骤：按照设定的复合材料封头铺层角度、复合材料铺层顺序和复合材料封头位置，将剪裁好的预浸料片贴在内芯模外表面，除去预浸料的褶皱和气泡，达到复合产品厚度，获得预成型体；将预成型体进行抽真空包覆，放入到热压罐中固化或在烘箱中真空袋压固化，固化后获得复合材料封头毛坯；将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出，获得预制的复合材料封头；对预制的复合材料封头修边和去毛刺处理，获得复合材料封头,获得的复合材料封头强度高、满足深海耐压壳体的要求，相比金属封头，重量轻，保证潜水器的行动能力。
Description
技术领域
本发明涉及潜水器封头成型技术领域，尤其是涉及一种新型复合材料封头铺覆成型方法及复合材料封头。
背景技术
近年来，为了满足深海军事安全、资源勘探和商业等不同任务需求，趋向于大潜深、长航程、高航速的高性能轻量化潜水器成为重要发展方向。而耐压壳作为潜水器的核心部件，其设计需要满足低重量排水比及高强度和稳定性。耐压壳壳体封头作为深海耐压壳体重要组成部分，目前，深海耐压壳体两端封头都采用钛合金，而没有采用全复合材料结构。
随着复合材料广泛应用于航空航天领域，复合材料由于其低密度、高强度、高模量、耐疲劳性、耐腐蚀性和较好的可设计性等优异性能。目前，耐压壳体采用金属封头大大增加了壳体重量，影响其行动能力并且增加了连接质量的失效风险。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种新型复合材料封头铺覆成型方法及复合材料封头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型复合材料封头铺覆成型方法及复合材料封头，通过新型复合材料封头铺覆成型方法设计以解决现有技术中存在的耐压壳体采用金属封头大大增加了壳体重量，影响其行动能力并且增加了连接质量的失效风险的技术问题。
本发明提供的一种新型复合材料封头铺覆成型方法，包括如下制备步骤：
选取复合材料封头内芯模外表面一条法线为基准线，平行于该法线的纤维方向为0°方向，垂直于该法线的纤维方向为90°方向，与法线呈45°角和-45°角的为预浸布纤维方向，按照设定的复合材料封头铺层角度、复合材料铺层顺序和复合材料封头位置，将剪裁好的预浸料片贴在内芯模外表面，除去预浸料的褶皱和气泡，达到复合产品厚度，获得预成型体；
将预成型体进行抽真空包覆，放入到热压罐中固化或在烘箱中真空袋压固化，固化后获得复合材料封头毛坯；
将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出，获得预制的复合材料封头；
对预制的复合材料封头修边和去毛刺处理，获得复合材料封头。
优选地，采用热压罐进行固化，热压罐加温固化分为两个阶段；其中，第一阶段固化温度为50-100℃，固化时间为1-3h，压力值为0.6-1.5MPa；第二阶段固化温度为150-200℃，固化时间为2-3h，压力值为0.6-1.5MPa；降温至室温取出。
优选地，热压罐固化工艺加温固化分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为75℃，固化时间为1h，压力值为1.0MPa；第二阶段固化温度为175℃，固化时间为3h，压力值为1.0MPa；降至室温取出。
优选地，采用烘箱中真空袋压固化，烘箱中持续抽真空，真空度保持在-0.009MPa，加温分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为50-100℃，固化时间为1-3h；第二阶段固化温度为150-200℃，固化时间为2-3h；降温至室温取出。
优选地，采用烘箱中真空袋压固化，烘箱中持续抽真空，真空度保持在-0.009MPa，加温分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为75℃，固化时间为1h；第二阶段固化温度为175℃，固化时间为3h；降温至室温取出。
优选地，预浸布为碳纤维布。
优选地，复合产品厚度达到10-12mm，获得预成型体。
优选地，利用重力作用，将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出。
本发明还提供了一种基于如上述所述的新型复合材料封头铺覆成型方法获得的复合材料封头，包括封头本体。
优选地，封头本体的壁厚为8-10mm。
本发明提供的一种新型复合材料封头铺覆成型方法及复合材料封头与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明采用传统的预浸料铺层方式得到预成型体，具有良好的可操作性和较低的成本，铺覆成型原理简单，可用于不同直径复合材料封头的成型；制备出的复合裙具有屈曲性能好，强度高，具有高的深海耐压性，应用前景十分广阔。
2、本发明采用传统的预浸料铺层方式得到预成型体，制备得到的复合材料封头，相比金属封头，大大降低了耐压壳体的整体重量。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
一种新型复合材料封头铺覆成型方法，包括如下制备步骤：
S1)选取复合材料封头内芯模外表面一条法线为基准线，平行于该法线的纤维方向为0°方向，垂直于该法线的纤维方向为90°方向，与法线呈45°角和-45°角的为预浸布纤维方向，按照设定的复合材料封头铺层角度、复合材料铺层顺序和复合材料封头位置，将剪裁好的预浸料片贴在内芯模外表面，除去预浸料的褶皱和气泡，达到复合产品厚度，获得预成型体；
S2)将预成型体进行抽真空包覆，放入到热压罐中固化或在烘箱中真空袋压固化，固化后获得复合材料封头毛坯；
S3)将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出，获得预制的复合材料封头；
S4)对预制的复合材料封头修边和去毛刺处理，获得复合材料封头。
本发明采用传统的预浸料铺层方式得到预成型体，具有良好的可操作性和较低的成本，铺覆成型原理简单，可用于不同直径复合材料封头的成型；制备出的复合裙具有屈曲性能好，强度高，具有高的深海耐压性，应用前景十分广阔。
本发明采用传统的预浸料铺层方式得到预成型体，制备得到的复合材料封头，相比金属封头，大大降低了耐压壳体的整体重量。
具体地，采用热压罐进行固化，热压罐加温固化分为两个阶段；其中，第一阶段固化温度为50-100℃，固化时间为1-3h，压力值为0.6-1.5MPa；第二阶段固化温度为150-200℃，固化时间为2-3h，压力值为0.6-1.5MPa；降温至室温取出。
具体地，采用烘箱中真空袋压固化，烘箱中持续抽真空，真空度保持在-0.009MPa，加温分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为50-100℃，固化时间为1-3h；第二阶段固化温度为150-200℃，固化时间为2-3h；降温至室温取出。
在一些事实例中，如表1所示，按照设定的复合材料封头铺层角度、复合材料铺层顺序和复合材料封头位置，将剪裁好的预浸料片贴在内芯模外表面。
在一些实施例中，热压罐固化工艺加温固化分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为75℃，固化时间为1h，压力值为1.0MPa；第二阶段固化温度为175℃，固化时间为3h，压力值为1.0MPa；降至室温取出。
在一些事实例中，采用烘箱中真空袋压固化，烘箱中持续抽真空，真空度保持在-0.009MPa，加温分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为75℃，固化时间为1h；第二阶段固化温度为175℃，固化时间为3h；降温至室温取出。
本发明的预浸布为碳纤维布。
本发明的复合产品厚度达到10-12mm，获得预成型体。
在一些事实例中，优选的复合产品厚度达到10mm，获得预成型体。
本发明利用重力作用，将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出。
本发明还提供了一种基于如上述所述的新型复合材料封头铺覆成型方法获得的复合材料封头，包括封头本体；
具体地，封头本体的壁厚为8-10mm，优选为封头本体的壁厚为8mm。
表1复合材料封头铺层角度和复合材料铺层顺序
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
选取复合材料封头内芯模外表面一条法线为基准线，平行于该法线的纤维方向为0°方向，垂直于该法线的纤维方向为90°方向，与法线呈45°角和-45°角的为预浸布纤维方向，按照设定的复合材料封头铺层角度、复合材料铺层顺序和复合材料封头位置，将剪裁好的预浸料片贴在内芯模外表面，除去预浸料的褶皱和气泡，达到复合产品厚度，获得预成型体；
将预成型体进行抽真空包覆，放入到热压罐中固化或在烘箱中真空袋压固化，固化后获得复合材料封头毛坯；
将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出，获得预制的复合材料封头；
对预制的复合材料封头修边和去毛刺处理，获得复合材料封头。
2.根据权利要求1所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：采用热压罐进行固化，热压罐加温固化分为两个阶段；其中，第一阶段固化温度为50-100℃，固化时间为1-3h，压力值为0.6-1.5MPa；第二阶段固化温度为150-200℃，固化时间为2-3h，压力值为0.6-1.5MPa；降温至室温取出。
3.根据权利要求2所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：热压罐固化工艺加温固化分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为75℃，固化时间为1h，压力值为1.0MPa；第二阶段固化温度为175℃，固化时间为3h，压力值为1.0MPa；降至室温取出。
4.根据权利要求1所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：采用烘箱中真空袋压固化，烘箱中持续抽真空，真空度保持在-0.009MPa，加温分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为50-100℃，固化时间为1-3h；第二阶段固化温度为150-200℃，固化时间为2-3h；降温至室温取出。
5.根据权利要求4所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：采用烘箱中真空袋压固化，烘箱中持续抽真空，真空度保持在-0.009MPa，加温分为两个阶段，其中，第一阶段固化温度为75℃，固化时间为1h；第二阶段固化温度为175℃，固化时间为3h；降温至室温取出。
6.根据权利要求1所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：预浸布为碳纤维布。
7.根据权利要求1所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：复合产品厚度达到10-12mm，获得预成型体。
8.根据权利要求1所述的新型复合材料封头铺覆成型方法，其特征在于：利用重力作用，将复合材料封头内芯模从复合材料封头毛坯分离出。
9.一种基于如权利要求1所述的新型复合材料封头铺覆成型方法获得的复合材料封头，其特征在于：包括封头本体。
10.根据权利要求9所述的复合材料封头，其特征在于：封头本体的壁厚为8-10mm。
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