[发明专利]高速自扶正船复合材料船体制造方法

说明书

技术领域

该发明应用于高性能复合材料船体制造领域，具体为高速自扶正船复合材料船体制造方法。

背景技术

自扶正船具有恒稳性，如图1所示，即在船体横向翻转任意角度1，2，3下，复原力臂4均大于零，通过复原力臂均可以恢复到正常状态。自扶正船属于船的一种，具备船体设计一般规则，即船体的重心设计尽量低，使其稳定。然而，当自扶正船被翻转时，特别是180角度，浮力主要依靠船体上层建筑，这就希望自扶正船的上层建筑体积大，排水量多，以提供更大的浮力。上层建筑体积大，导致船体的重心位置上升，这与船重心设计相矛盾。同时，自扶正船在恶劣海况下(甚至是强台风与恶劣海况的联合作用)救助时，船体发生翻转，其上层建筑成为船底，要求其具有足够的强度和抗冲击性能以保证人员的安全，增加上层建筑重量，进一步提升了船的重心，加重了现有船重心设计的矛盾。自扶正船体建造需要在船体重心设计矛盾中寻找平衡，采用传统的船体材料(比如木质、钢、铝合金)进行自扶正船的建造，上层建筑的重量会导致船体重心上调，进而延长了结构自扶正所需时间，现有自扶正船自扶正时间为10-20秒。先进复合材料及其结构的发展成为解决船体重心设计矛盾的一种方法。海斯比船艇科技发展有限公司在研发自扶正船的过程中，应用了碳纤维、芳纶纤维及高强蜂窝夹心结构建造船体上层建筑，既保证了船体原有的设计，又实现了上层建筑轻质高强的目的，成功的建造了中国船舶史上首个全天候自扶正快艇，自扶正时间最快仅为2.8秒，比国际上现有的6秒还要少3.2秒，最快速度达到了30节。在自扶正船制造过程中，我们采用了船壳板真空吸附工艺和高温共固化，实现了船体结构的轻质高强。我们发明的制造方法克服了现有的真空辅助树脂导入工艺固化时间长和最终的固化程度无法保证的缺点；改进了真空辅助树脂导入施工工艺完成船壳板固化成型所导致的复合材料空隙率高的缺陷，最终实现了降低船体制造周期，减少了复合材料的缺陷，提高其整体性能的目的。

发明内容

本发明提供一种高速自扶正船复合材料船体制造方法。其主要特征：利用船用复合材料树脂体系的固化动力学、流变学的研究结果指导船壳板铺层真空辅助树脂导入工艺和加强骨材与船壳板共固化的高温固化时间。

附图说明

图1自扶正船原理示意图。

附图：1-正常状态示意图、2-翻转90度示意图、3-倒置状态示意图，4-不同角度下的复原力臂图。

图2船用树脂体系固化工艺示意图。

附图：5-室温平台温度、6-高温平台温度。

图3真空辅助树脂导入法成型工艺示意图。

附图：7-复合材料、8-真空袋、9-挡块、10-脱模布、11-导流布、12-树脂入口、13-树脂出口。

图4加强骨材的结构示意图。

附图：14-复合材料、15-芯材、16-船壳板。

具体实施方案

本发明提供一种自扶正船复合材料船体制造方法，其目的是制造出强度高、重量轻的高性能船体以适应恶劣海况条件。首先确定船体树脂体系的固化性能模型和施工工艺控制点，并将之指导船壳板和加强骨材的制造方法，具体制造方法如下：

(a)船用复合材料固化工艺参数及工艺控制点的确定

船用树脂体系厂家所提供的固化工艺参数无法兼顾不同施工工艺，需要对其具体固化性能进行研究。考虑到船体整体的制造方法，船壳板的复合材料树脂体系要与加强骨材复合材料树脂体系保持一致；考虑到高温固化能够加快树脂体系固化速度、降低成型周期、提高复合材料树脂体系固化程度性能的优点，选用的船用树脂体系具备室温和高温固化能力，其高温固化温度与固化剂的高温固化温度保持一致。

树脂体系的固化工艺参数通过树脂固化动力学研究确定，固化动力学主要是研究树脂体系固化程度(以下称固化度)与温度和时间关系，其数学表达式为：

dαdt=f(α)K(T)---(1)]]>

其中f(α)机理函数，K(T)是速率常数，并服从Arrhenius方程：