[发明专利]一种碳纤维高分子复合材料耐压舱体及其制作工艺

权利要求书

1.一种碳纤维高分子复合材料耐压舱体，该耐压舱体包括圆筒状的舱体和位于舱体两端的端盖(7)两个部分，其特征在于：所述的舱体由内至外依次为内防护层(1)、碳纤维筒体(2)、防渗层(3)、外防护层(4)，舱体两端通过连接件(5)和密封圈(6)与端盖(7)密封连接，且舱体与连接件(5)胶接，所述的端盖(7)为椭球形端盖，所述椭球形端盖的长短轴比为2，所述碳纤维筒体(2)为由T700S和M40J两种材料缠绕制备而成，所述的内防护层(1)材料为丁晴橡胶改性的环氧树脂和外防护层(4)的材质为超高分子量聚乙烯材质，其厚度为2～3mm，防渗层(3)的材质为经过丁晴橡胶改性的环氧树脂或聚氨酯弹性体中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维高分子复合材料耐压舱体，其特征在于：所述的端盖(7)的材质为钛合金或铝合金。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维高分子复合材料耐压舱体，其特征在于：所述的端盖(7)的材质为七系铝合金7505-T6。

4.一种碳纤维高分子复合材料耐压舱体的制作工艺，其特征在于该制作工艺包括以下步骤：

A、模具准备：首先根据舱体的图纸要求，加工耐压舱体用的碳纤维桶体的模具，模具为碳钢经机械加工、磨削而成；然后将模具安装至全自动四轴碳纤维缠绕机上，模具外表面喷涂液体石蜡作为隔离剂；

B、胶料配制：按照环氧树脂：固化剂：添加剂＝100:80～90:0.6～0.8的重量比，依次将环氧树脂、固化剂、添加剂投入到混料机中，用搅拌器按照200-300转/分钟进行连续定向匀速搅拌10-15分钟，得到混合胶体；

C、碳纤维筒体缠绕：将步骤B中制得的混合胶体缓慢投入到水浴加热的浸胶槽内，混合胶体温度控制在50-60℃；在张力器的作用下，将碳纤维丝通过浸胶槽，使胶液充分浸润到纤维内，按照力学要求和增强纤维的铺层设计，将浸好混合胶体的碳纤维T700S和M40J按照不同的角度，螺旋、环向的混合形式缠绕在步骤A的模具上，达到一定层数和厚度；其中，在缠绕过程中的张力控制在100-200N,并根据铺层厚度逐渐递减，以保证整个壳体含胶量为25-30％；

D、碳纤维筒体的固化：将步骤C缠绕完成的碳纤维筒体连同模具一起放入固化炉内进行旋转离心固化，其整个固化过程中的模具及工件为离心旋转状态，离心速率为75-100转/分钟，匀速状态，并提供热风内循环，其固化步骤如下:

(1)在30-40分钟内将固化炉温度升至80-90℃,并在此温度下固化100-120分钟；

(2)在30分钟内将固化炉温度升至120-130℃，保温100-120分钟后，将固化炉温度升至160℃，保温240分钟；

(3)自然降温到80℃后，脱模备用；

E、碳纤维筒体与连接件的胶接：将步骤D固化好的碳纤维筒体通过机械加工达到图纸要求的尺寸，然后将事先按技术要求加工完成的连接件胶接面进行喷砂处理，用改性环氧树脂胶粘剂将壳体与两端连接进行胶接固化，并至固化后将胶接件按照图纸加工到所需尺寸；

F、碳纤维筒体防渗层的加工：首先将加工好的碳纤维筒体表面用100目细砂轮磨削，再用二氯甲烷溶剂清洗后，然后用去离子水清洗，并在60-70℃环境下烘干后，在碳纤维筒体表面涂刷偶联剂，室温下停放20-30分钟使表面偶联剂挥发干燥，最后将经过丁晴橡胶改性的环氧树脂或聚氨酯弹性体中的一种材质喷涂、固化在耐压筒体表面，形成防渗层，并进行气密性试验；

G、碳纤维筒体防护层的加工：将超高分子量聚乙烯根据需要加工成管材，管材内径比耐压舱筒体外径小2-3mm，管材内表面进行电晕活化处理，将步骤F通过气密试验合格的碳纤维桶体清洗干净后和高分子聚乙烯管材放到热风循环的烘箱内加热，烘箱温度控制在70-80℃,加热至超高分子聚乙烯管膨胀未变形，然后将碳纤维筒体表面涂刷粘胶剂，将热膨胀的超高分子聚乙烯管材套在耐压壳体表面，放入烘箱内固化110-120℃，旋转保温40分钟，自然降温至常温，超高分子聚乙烯管冷却收缩使其与碳纤维桶体紧密结合；按图纸加工到所需尺寸；

H、碳纤维筒体内防护层的加工：将组装好的筒体，经加热炉加热到50-60℃.将经丁晴橡胶改性的环氧树脂均匀地喷涂到筒体内壁，厚度为0.5-0.6mm，在80℃温度下固化40-60分钟，形成内防护层；

I、装配端盖：将端盖通过连接件装配到碳纤维桶体上，端盖与连接件之间设置多个密封圈。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维高分子复合材料耐压舱体的制作工艺，其特征在于：步骤B中的环氧树脂为E51，固化剂为甲基四氢苯酐，添加剂为DMP-30促进剂，其质量配比为：E51：甲基四氢苯酐：DMP-30＝100:80～90:0.6～0.8。