CN115076369A - 一种复合材料耐压壳体端口的密封结构及其制备方法 - Google Patents

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    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof

Abstract

本发明提供一种复合材料耐压壳体端口的密封结构及其制备方法，密封件结构包括依次连接的复合材料耐压壳体端口、金属连接环和密封法兰；金属连接环的与复合材料耐压壳体端口相对的第一对接面上设有凸缘，凸缘嵌入复合材料耐压壳体端口内，且复合材料耐压壳体端口的内壁与凸缘的外壁之间、复合材料壳体端口的端面与金属连接环的第一对接面之间通过胶黏剂粘接；金属连接环的与密封法兰相对的第二对接面与密封法兰通过螺栓连接。该复合材料耐压壳体端口的密封结构可靠性高，可增强整个复合材料容器的水密性。

Description

一种复合材料耐压壳体端口的密封结构及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料壳体连接密封结构设计与制造技术领域，具体涉及一种复合材料耐压壳体端口的密封结构及其制备方法。
背景技术
纤维复合材料壳体由于其耐海洋腐蚀、轻质、高强度的特性，越来越多地应用在海洋环境监测、资源勘探、水中兵器、航行器等领域。复合材料轻质的特点可以大大降低装备的整装质量，可以增加装备的续航里程，装备可以搭载更多的电池设备提高装备的续航时长，同时也可以搭载更多的探测设备等，但是在海洋探测设备、水中兵器、滑翔机等复合材料耐压壳体内需装载电子元器件、动力系统、弹药等，需要高密封的环境，故对复合材料耐压壳体自身的防渗水性能提出了更加严苛的考验。
复合材料连接时不能像其他金属材料采用焊接工艺，开孔螺栓连接会破坏复合材料纤维的整体性能，造成应力集中，故多段复合材料壳体的连接密封及复合材料壳体与其他材质部件之间的连接密封性变得尤为重要。公开号为CN110285215A的中国专利文献公开了一种开孔复合材料封头的密封结构及方法，通过粘接的方式将金属堵头与复合材料封头进行连接，将复合材料封头密封，但该结构中，由于金属堵头与复合材料封头之间粘接面积较小，且二者接缝处未做密封处理，其密封防水效果仍不理想。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种复合材料耐压壳体端口的密封结构及其制备方法，该密封结构可靠性高，可增强整个复合材料容器的水密性。
为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种复合材料耐压壳体端口的密封结构：
包括依次连接的复合材料耐压壳体端口、金属连接环和密封法兰；
所述金属连接环的与所述复合材料耐压壳体端口相对的第一对接面上设有凸缘，所述凸缘嵌入所述复合材料耐压壳体端口内，且所述复合材料耐压壳体端口的内壁与所述凸缘的外壁之间、所述复合材料壳体端口的端面与所述金属连接环的所述第一对接面之间通过胶黏剂粘接；
所述金属连接环的与所述密封法兰相对的第二对接面与所述密封法兰通过螺栓连接。
优选地，所述金属连接环的所述第一对接面上，环向开设有斜口槽；所述斜口槽以所述金属连接环的轴线为轴；
所述斜口槽的第一侧内壁与所述金属连接环的所述第一对接面垂直，且与连接后所述复合材料耐压壳体端口的外壁平齐；所述斜口槽的第二侧内壁与所述第一侧内壁呈锐角且向远离所述复合材料耐压壳体端口的一侧倾斜；
所述斜口槽及所述复合材料耐压壳体端口与所述第一侧内壁的连接处填充有高韧性胶。
优选地，所述金属连接环的所述第二对接面上环向开设有密封槽，所述密封槽中填充有O型密封圈。
优选地，所述复合材料耐压壳体端口的圆度不大于0.02mm；所述复合材料耐压壳体端口的端面与复合材料耐压壳体的另一端的端面的平行度不大于0.02mm。
本发明的另一方面提供一种复合材料耐压容器：
包括复合材料耐压壳体和上述的复合材料耐压壳体端口的密封结构，所述复合材料耐压壳体端口的密封结构设于所述复合材料耐压壳体两端的端口处。
优选地，所述复合材料耐压壳体的表面还形成有封孔剂层，所述封孔剂层中采用的封孔剂为环氧树脂封孔剂。
本发明的再一方面提供一种上述的复合材料耐压壳体连接密封结构的制备方法，包括以下步骤：
S1.在所述复合材料耐压壳体端口的内壁、所述复合材料壳体端口的端面、所述凸缘的外壁、所述金属连接环的所述第一对接面之间涂刷所述胶黏剂；
S2.将所述复合材料耐压壳体端口与所述金属连接环对接，并通过粘接工装压紧所述金属连接环与复合材料耐压壳体的另一端，挤出多余的所述胶黏剂；
S3.使所述胶黏剂固化；
S4.将所述密封法兰与所述金属连接环通过螺栓连接。
优选地，还包括：
在所述金属连接环的所述第一对接面上环向加工斜口槽；所述斜口槽以所述金属连接环的轴线为轴；所述斜口槽的第一侧内壁与所述金属连接环的所述第一对接面垂直，且与连接后所述复合材料耐压壳体端口的外壁平齐；所述斜口槽的第二侧内壁与所述第一侧内壁呈锐角且向远离所述复合材料耐压壳体端口的一侧倾斜；
在将所述复合材料耐压壳体端口与所述金属连接环对接后，在所述斜口槽及所述复合材料耐压壳体端口与所述第一侧内壁的连接处填充高韧性胶。
优选地，还包括：
步骤S4之前，在所述金属连接环的所述第二对接面上环向加工密封槽，并在所述密封槽中填充O型密封圈。
优选地，使用所述粘接工装压紧所述金属连接环与所述复合材料耐压壳体的另一端时，使所述粘接工装的两个端面平行度不大于0.02mm。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明的复合材料耐压壳体端口的密封结构，先将金属连接环与复合材料耐压壳体端口进行粘接，金属连接环设置凸缘，通过凸缘外壁与壳体端口内壁进行粘接，粘接面大，保证连接效果，提高密封性；
2.本发明的复合材料耐压壳体端口的密封结构，进一步在复合材料耐压壳体与金属连接环的连接处设计轴向密封结构，在金属连接环上开斜口，并用高韧性胶进行填充，保证接口处密封效果，从而进一步的提高了复合材料耐压壳体端口的密封结构的密封效果；
3.本发明的复合材料耐压壳体端口的密封结构，进一步在金属连接环与密封法兰的连接处设计轴向密封结构，在金属连接环上设置密封槽，密封槽中填充密封圈，通过金属连接环与密封法兰连接紧密后，挤压O型密封圈，从而保证二者之间的密封性；
4.本发明的复合材料耐压壳体端口的密封结构，适用于不同直径、不同壁厚的复合材料耐压壳体，在壳体自身密封时，密封法兰可为密封球壳，该连接密封结构可靠性好，适用范围广。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构的结构示意图；
图2是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构中金属连接环的结构示意图；
图3是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构中金属连接环的后视图；
图4是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构中金属连接环的正视图；
图5是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构中密封法兰的剖面图；
图6是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构中密封法兰的正视图；
图7是本发明实施例1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构中复合材料耐压壳体端口的结构示意图。
其中：1-复合材料耐压壳体端口；2-金属连接环；3-密封法兰；4-凸缘；5-斜口槽；51-第一侧内壁；52-第二侧内壁；6-密封槽；7-O型密封圈；8-螺纹孔。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
如图1至图7所示，本实施例的一种复合材料耐压壳体端口的密封结构：
包括依次连接的复合材料耐压壳体端口1、金属连接环2和密封法兰3；
金属连接环2的与复合材料耐压壳体端口1相对的第一对接面上设有凸缘4，凸缘4嵌入复合材料耐压壳体端口1内，且复合材料耐压壳体端口1的内壁与凸缘4的外壁之间、复合材料壳体端口1的端面与金属连接环2的第一对接面之间通过胶黏剂粘接；
金属连接环2的与密封法兰3相对的第二对接面与密封法兰3通过螺栓连接。
本实施例的复合材料耐压壳体端口的密封结构，先将金属连接环与复合材料耐压壳体端口进行粘接，金属连接环设置凸缘，通过凸缘外壁与壳体端口内壁进行粘接，粘接面大，保证连接效果，提高密封性。
其中，金属连接环与密封法兰采用高强度金属材料经锻造工艺成型；胶黏剂选择韧性好、耐海洋腐蚀的胶黏剂，具体地，可以为3M环氧树脂胶、丙烯酸酯结构型胶、聚氨酯结构型胶粘剂中的一种或几种的组合。本实施例中，采用3M环氧树脂胶。
进一步地，金属连接环2的第一对接面上，环向开设有斜口槽5；斜口槽5以金属连接环2的轴线为轴；斜口槽5的第一侧内壁51与金属连接环2的第一对接面垂直，且与连接后复合材料耐压壳体端口1的外壁平齐；斜口槽5的第二侧内壁52与第一侧内壁呈锐角且向远离复合材料耐压壳体端口1的一侧倾斜；斜口槽5及复合材料耐压壳体端口1与第一侧内壁51的连接处填充有高韧性胶。
本实施例的复合材料耐压壳体端口的密封结构，进一步在复合材料耐压壳体与金属连接环的连接处设计轴向密封结构，在金属连接环上开斜口，并用高韧性胶进行填充，保证接口处密封效果，从而进一步的提高了复合材料耐压壳体端口的密封结构的密封效果。
其中，高韧性胶可以是3M环氧树脂胶、丙烯酸酯结构型胶、聚氨酯结构型胶粘剂中的一种或几种的组合。
进一步地，金属连接环2的第二对接面上环向开设有密封槽6，密封槽6中填充有O型密封圈7。密封槽的轴最好与金属连接环的轴重合。
本实施例的复合材料耐压壳体端口的密封结构，进一步在金属连接环与密封法兰的连接处设计轴向密封结构，在金属连接环上设置密封槽，密封槽中填充密封圈，通过金属连接环与密封法兰连接紧密后，挤压O型密封圈，从而保证二者之间的密封性。
进一步地，复合材料耐压壳体端口1的圆度不大于0.02mm；复合材料耐压壳体端口1的端面与复合材料耐压壳体的另一端的端面的平行度不大于0.02mm。如此，可保证粘接时金属连接环与复合材料耐压壳体端口之间的胶层厚度均匀，保证密封效果。
进一步地，金属连接环的第二对接面上环向开设有多个螺纹孔8，密封法兰上对应位置处也设有多个螺纹孔，金属连接环与密封法兰之间通过穿设在螺纹孔中的螺栓进行连接。进一步地，多个螺纹孔之间等间距排布。
本实施例的复合材料耐压壳体端口的密封结构，适用于不同直径、不同壁厚的复合材料耐压壳体，在壳体自身密封时，密封法兰可为密封球壳，该连接密封结构可靠性好，适用范围广。
实施例2
本实施例的复合材料耐压容器，包括复合材料耐压壳体和实施例1的复合材料耐压壳体端口的密封结构，复合材料耐压壳体端口的密封结构设于复合材料耐压壳体两端的端口处。
其中，复合材料耐压壳体可以是两端都敞口的壳体，在其两端的端口处均设置实施例1的复合材料耐压壳体端口的密封结构，也可以是仅有一端敞口的壳体，在其敞口的端口处设置实施例1的复合材料耐压壳体端口的密封结构。
进一步地，为提高复合材料耐压壳体表层的致密度，达到复合材料耐压容器整体防渗水的效果，复合材料耐压壳体的表面还形成有封孔剂层，封孔剂层中采用的封孔剂为以韧性较好的环氧树脂为主要原料的封孔剂，具体可采用现有市售的环氧树脂封孔剂。
实施例3
本实施例的复合材料耐压壳体连接密封结构的制备方法，包括以下步骤：
S0.在金属连接环2的第一对接面上环向加工斜口槽5；斜口槽5以金属连接环2的轴线为轴；斜口槽5的第一侧内壁51与金属连接环2的第一对接面垂直，且与连接后复合材料耐压壳体端口1的外壁平齐；斜口槽5的第二侧内壁52与第一侧内壁51呈锐角且向远离复合材料耐压壳体端口1的一侧倾斜；在金属连接环2的第二对接面上环向加工密封槽6，并在密封槽6中填充O型密封圈7；
S1.在复合材料耐压壳体端口1的内壁、复合材料壳体端口1的端面、凸缘4的外壁、金属连接环2的第一对接面之间涂刷胶黏剂，胶黏剂采用3M环氧树脂胶；
S2.将复合材料耐压壳体端口1与金属连接环2对接，并通过粘接工装压紧金属连接环与复合材料耐压壳体的另一端，使粘接工装的两个端面平行度不大于0.02mm，保证粘接后金属连接环的同轴度，挤出多余的胶黏剂；在斜口槽及复合材料耐压壳体端口与第一侧内壁的连接处填充高韧性胶；
S3.于40℃下固化12小时，使胶黏剂固化；
S4.将密封法兰3与金属连接环2通过螺栓连接。
其中，步骤S2中，若复合材料耐压壳体为两端均敞口的壳体，则可在其两端的端口处均对接金属连接环后，粘接工装压紧两端的金属连接环进行粘接；若复合材料耐压壳体为一端敞口的壳体，则可在其端口处对接金属连接环后，粘接工装压紧金属连接环与复合材料耐压壳体的另一端的端面进行粘接；
S5.在复合材料耐压壳体表面均匀涂刷封孔剂，提高整个壳体的防渗水性能，封孔剂采用以环氧树脂为主要原材料的封孔剂，具体可采用现有市售的环氧树脂封孔剂。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种复合材料耐压壳体端口的密封结构，其特征在于：
包括依次连接的复合材料耐压壳体端口、金属连接环和密封法兰；
所述金属连接环的与所述复合材料耐压壳体端口相对的第一对接面上设有凸缘，所述凸缘嵌入所述复合材料耐压壳体端口内，且所述复合材料耐压壳体端口的内壁与所述凸缘的外壁之间、所述复合材料壳体端口的端面与所述金属连接环的所述第一对接面之间通过胶黏剂粘接；
所述金属连接环的与所述密封法兰相对的第二对接面与所述密封法兰通过螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构，其特征在于：
所述金属连接环的所述第一对接面上，环向开设有斜口槽；所述斜口槽以所述金属连接环的轴线为轴；
所述斜口槽的第一侧内壁与所述金属连接环的所述第一对接面垂直，且与连接后所述复合材料耐压壳体端口的外壁平齐；所述斜口槽的第二侧内壁与所述第一侧内壁呈锐角且向远离所述复合材料耐压壳体端口的一侧倾斜；
所述斜口槽及所述复合材料耐压壳体端口与所述第一侧内壁的连接处填充有高韧性胶。
3.根据权利要求1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构，其特征在于：
所述金属连接环的所述第二对接面上环向开设有密封槽，所述密封槽中填充有O型密封圈。
4.根据权利要求1所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构，其特征在于：
所述复合材料耐压壳体端口的圆度不大于0.02mm；所述复合材料耐压壳体端口的端面与复合材料耐压壳体的另一端的端面的平行度不大于0.02mm。
5.一种复合材料耐压容器，其特征在于：
包括复合材料耐压壳体和如权利要求1-4任一项所述的复合材料耐压壳体端口的密封结构，所述复合材料耐压壳体端口的密封结构设于所述复合材料耐压壳体两端的端口处。
6.根据权利要求5所述的复合材料耐压容器，其特征在于：
所述复合材料耐压壳体的表面还形成有封孔剂层，所述封孔剂层中采用的封孔剂为环氧树脂封孔剂。
7.一种如权利要求1-4任一项所述的复合材料耐压壳体连接密封结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在所述复合材料耐压壳体端口的内壁、所述复合材料壳体端口的端面、所述凸缘的外壁、所述金属连接环的所述第一对接面之间涂刷所述胶黏剂；
S2.将所述复合材料耐压壳体端口与所述金属连接环对接，并通过粘接工装压紧所述金属连接环与复合材料耐压壳体的另一端，挤出多余的所述胶黏剂；
S3.使所述胶黏剂固化；
S4.将所述密封法兰与所述金属连接环通过螺栓连接。
8.根据权利要求7所述的复合材料耐压壳体连接密封结构的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述金属连接环的所述第一对接面上环向加工斜口槽；所述斜口槽以所述金属连接环的轴线为轴；所述斜口槽的第一侧内壁与所述金属连接环的所述第一对接面垂直，且与连接后所述复合材料耐压壳体端口的外壁平齐；所述斜口槽的第二侧内壁与所述第一侧内壁呈锐角且向远离所述复合材料耐压壳体端口的一侧倾斜；
在将所述复合材料耐压壳体端口与所述金属连接环对接后，在所述斜口槽及所述复合材料耐压壳体端口与所述第一侧内壁的连接处填充高韧性胶。
9.根据权利要求7所述的复合材料耐压壳体连接密封结构的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤S4之前，在所述金属连接环的所述第二对接面上环向加工密封槽，并在所述密封槽中填充O型密封圈。
10.根据权利要求7所述的复合材料耐压壳体连接密封结构的制备方法，其特征在于：
使用所述粘接工装压紧所述金属连接环与所述复合材料耐压壳体的另一端时，使所述粘接工装的两个端面平行度不大于0.02mm。
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