1.一種應(yīng)變監(jiān)控二維纏繞復(fù)合材料水下航行器殼體結(jié)構(gòu),其采用多層結(jié)構(gòu)組成,由內(nèi)到外依次為金屬密封層、剛性強(qiáng)度層、耐腐蝕層;
金屬密封層由金屬或合金制成;
剛性強(qiáng)度層由浸漬熱固性樹脂后的高性能混雜碳纖維均勻纏繞至金屬密封層表面制得;
耐腐蝕層由短切纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制成,樹脂基為改性熱固性樹脂;
剛性強(qiáng)度層中置入一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變感應(yīng)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器殼體結(jié)構(gòu),其特征在于,水下航行器殼體的基本外型為圓筒狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的水下航行器殼體結(jié)構(gòu),其特征在于,
所述金屬密封層的材質(zhì)為高強(qiáng)不銹鋼、鋁合金、鈦合金中的任意一種;
或者,金屬密封層表面采用界面改性劑進(jìn)行粗糙化處理;優(yōu)選的,所述的金屬密封層的界面粗糙化處理,選用壓縮空氣為動力,形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面;更優(yōu)選的,所用的噴料可為銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海砂的任意一種,所用的空氣壓力不超過0.8MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的水下航行器殼體結(jié)構(gòu),其特征在于,
所述的高性能混雜碳纖維通過二維纏繞工藝制備;優(yōu)選的,高性能混雜碳纖維采用高強(qiáng)度碳纖維與高模量碳纖維通過并紗工藝混合纏繞制成;優(yōu)選高強(qiáng)度碳纖維選用T300、T700、T800中的任意一種,高模量碳纖維選用MJ40、MJ60中的任意一種;優(yōu)選的,混雜碳纖維中高強(qiáng)度碳纖維與高模量碳纖維的混合比例在2:1到8:1之間調(diào)節(jié);
或者,所用的熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種;
或者,浸漬熱固性樹脂后的高性能混雜碳纖維以3度到50度之間的角度均勻纏繞至金屬密封層表面;
或者,剛性強(qiáng)度層的樹脂含量為30-60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的水下航行器殼體結(jié)構(gòu),其特征在于,
耐腐蝕層中樹脂含量為30-60%;
或者,短切纖維選用玻璃纖維、碳化硅纖維、氮化硼纖維、氧化鋁纖維、玄武巖纖維中的一種的或多種組合;優(yōu)選的,短切纖維的長度為10-40mm。
或者,改性熱固性樹脂為熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂;優(yōu)選的,熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂中,熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種。熱塑性樹脂選用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的水下航行器殼體結(jié)構(gòu),其特征在于,
所述的應(yīng)變感應(yīng)裝置為應(yīng)變式傳感器;
或者,應(yīng)變感應(yīng)裝置置入剛性強(qiáng)度層中,置入形式選用光纖混雜碳纖維纏繞的方式引入,或者選用應(yīng)變片、光柵、磁柵中任意一種在纏繞過程中通過預(yù)埋方式實(shí)現(xiàn);
優(yōu)選的,應(yīng)變感應(yīng)裝置采用預(yù)埋方式實(shí)現(xiàn)時(shí),應(yīng)變感應(yīng)裝置的數(shù)量可選用多組;更優(yōu)選的,水下航行器殼體的基本外型為圓筒狀,應(yīng)變感應(yīng)裝置埋入位置沿著水下航行器筒狀殼體的長度以及截面圓形進(jìn)行均勻分布。
7.一種應(yīng)變監(jiān)控二維纏繞復(fù)合材料水下航行器殼體結(jié)構(gòu)的制備方法,包括:
(1)采用金屬或合金制備金屬密封層;
(2)通過二維纏繞工藝制備高性能混雜碳纖維,然后浸漬熱固性樹脂,浸漬熱固性樹脂后的高性能混雜碳纖維均勻纏繞至金屬密封層表面固化成型制備剛性強(qiáng)度層;
(3)在剛性強(qiáng)度層表面,選用短切纖維、采用熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂為基體,通過注射或手糊成型制備耐腐蝕層;
步驟(2)中采用光纖混雜碳纖維纏繞的方式引入,或者選用應(yīng)變片、光柵、磁柵等任意一種在纏繞過程中通過預(yù)埋方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)變感應(yīng)裝置的置入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述水下航行器殼體基本外型為圓筒狀;
或者,步驟(1)中,金屬密封層表面采用界面改性劑進(jìn)行粗糙化處理;優(yōu)選的,所述的金屬密封層的界面粗糙化處理,選用壓縮空氣為動力,形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面;更優(yōu)選的,所用的噴料可為銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海砂的任意一種,所用的空氣壓力不超過0.8MPa;
或者,步驟(2)中,高性能混雜碳纖維采用高強(qiáng)度碳纖維與高模量碳纖維通過并紗工藝混合纏繞制成;優(yōu)選的,高強(qiáng)度碳纖維選用T300、T700、T800中的任意一種,高模量碳纖維選用MJ40、MJ60中的任意一種;更優(yōu)選的,混雜碳纖維中高強(qiáng)度碳纖維與高模量碳纖維的混合比例在2:1到8:1之間調(diào)節(jié);
或者,步驟(2)中,所用的熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種。
或者,步驟(2)中,漬熱固性樹脂后的高性能混雜碳纖維以3度到50度之間的角度均勻環(huán)向纏繞至金屬密封層表面;
或者,剛性強(qiáng)度層的樹脂含量為30-60%;
或者,步驟(3)中,耐腐蝕層中樹脂含量為30-60%;
或者,步驟(3)中,短切纖維選用玻璃纖維、碳化硅纖維、氮化硼纖維、氧化鋁纖維、玄武巖纖維中的一種的或多種組合;優(yōu)選的,短切纖維的長度為10-40mm。
或者,步驟(3)中,熱塑性樹脂共混改性的熱固性樹脂中,熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種,熱塑性樹脂選用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一種。
9.一種水下航行器,其特征在于,采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述殼體結(jié)構(gòu)或具有權(quán)利要求7或8所述制備方法制備的殼體。
10.權(quán)利要求9所述水下航行器在海洋工程勘察作業(yè)中的應(yīng)用。