一种夹层复合材料耐压壳及其应用的制作方法

本发明属于新结构领域，特别涉及一种夹层复合材料耐压壳及其应用。
背景技术：
：复合材料具有比强度高、质量轻、耐腐蚀、可设计性强、制备灵活等优良特性，预期在深海领域广阔的应用前景。但在应用于潜水器耐压壳结构时，现有工艺一般将其制备成薄壳结构，容易发生失稳，对结构的安全性和使用性能造成不利影响。浮力材料可以应用于很多领域，其中常用于海洋高压、变幻莫测的恶劣环境下。浮力材料强度高、质量轻，可以为深海载人/无人潜水器提供浮力补偿，保证潜水器的机动能力和平衡性。但在使用时，浮力材料装配于潜水器表面，现有的浮力材料的基体多为聚合物，直接承受极端水压力，容易发生吸水和受压破坏，对潜水器的使用性能、安全性、耐久性危害极大。此外，由于固体浮力材料抗拉强度较低，目前尚未发现固体浮力材料用于主承力结构的先例。技术实现要素：本发明的第一个目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种夹层复合材料耐压壳；本发明的第二个目的是提供一种夹层复合材料耐压壳在潜水艇中的应用。本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种夹层复合材料耐压壳，其特征在于，包括芯层以及设置于芯层两侧的复合层，所述的芯层采用固体浮力材料制成，所述的复合层采用复合材料制成。优选地，所述芯层和复合层的横截面呈圆形。优选地，所述的复合层包括外层复合层和至少一层内层复合层，所述的外层复合层的表面设置有防水层。优选地，所述的内层复合层和外层复合层均采用纤维增强复合材料。优选地，所述的内层复合层采用纤维增强复合材料，所述的外层复合层采用陶瓷基复合材料制成。优选地，所述的内层复合层采用碳纤维材料，或芳纶纤维材料，或碳纤维、芳纶纤维混合纤维复合材料制成。优选地，固体浮力材料为玻璃空心微珠填充环氧树脂获得，或者陶瓷空心微珠填充环氧树脂获得。优选地，固体浮力材料内埋设有感应装置和信号传输装置。本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种夹层复合材料耐压壳在潜水艇中的应用。本发明的工作原理：本发明采用了夹层结构设计，充分利用了固体浮力材料以及复合材料高强、轻质的优良性能，使夹层复合材料耐压壳结构密度小于水的条件下，利用固体浮力材料增加耐压壳结构厚度，提高结构抗压稳定性。通过在固体浮力材料内外两侧设置复合材料，提高固体浮力材料的抗拉强度、不透水性以及抗弯性能。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、相对于金属耐压壳结构，本发明的夹层复合材料耐压壳结构具有更高的比强度。复合材料耐压强度在1000mpa以上，密度小于2.0g/cm3。固体浮力材料耐压强度可以达到150mpa以上，密度可以小于0.7g/cm3。两者结合构成的夹层复合材料耐压壳结构对于金属耐压壳结构在抗压能力相同的条件下，会有更小的密度。2、对于一般的复合材料耐压壳结构，本发明的夹层复合材料耐压壳结构利用固体浮力材料增加了耐压壳结构厚度以及受弯截面高度，因此，在密度有限增加的条件下，具有更好的抗压稳定性和抗弯性能。3、本发明的夹层复合材料耐压壳结构有较好的功能化潜力，可以在力学性能有限降低的条件下，在固体材料内布置感应装置(传感器)和信号传输装置(天线)，使其具有监测结果状态、发射或接收信号等功能。4、对于横截面呈圆形的夹层结构的夹层浮力材料，将正向应力转变为环向应力，同时，复合层承担一定压变力，从而使夹层浮力材料在密度有限增加的条件下，抗压性能得到极大的提升。5、本发明通过夹层结构设计，浮力材料不与海水直接接触，本发明的夹层浮力材料耐压壳不易吸水。附图说明图1是本发明实施例1的结构示意图；图2是本发明实施例4的结构示意图。图中，1、芯层；2、复合层；201、外层复合层；202、内层复合层；203、内层复合层一；204、内层复合层二；3、防水层。具体实施方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。本发明的夹层浮力材料耐压壳可包括但不限于应用于海洋、深海领域。实施例1固体浮力材料：hz-42型固体浮力材料，购于美国“ess”公司。复合材料：t300/ag80复合材料(碳纤维/环氧树脂复合材料)，购于市场。耐压壳的制备：(1)将t300/ag80复合材料制备成两个厚度为10mm的圆柱壳，其中一个圆柱壳的直径为100mm，作为内层复合层202；另一个圆柱壳的直径为400mm，作为外层复合层201；(2)然后用未固化的固体浮力材料将两个复合材料圆柱壳浇筑在一起，固化形成耐压壳结构，如图1所示，固化后的固体浮力材料为芯层1。内层复合层202和外层复合层201一起作为复合层2。实施例2本实施例与实施例1不同的是，复合材料不是t300/ag80复合材料，而是其他类型的纤维增强复合材料，例如芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、t700增强复合材料等。其余与实施例1相同。实施例3本实施例与实施例1不同的是，内层复合层202采用纤维增强复合材料，例如t300/ag80复合材料、芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、t700增强复合材料等。外层复合层201采用陶瓷基复合材料。其余与实施例1相同。实施例4本实施例与实施例1不同的是，圆柱壳的数量为三，第一个圆柱壳直径为100mm，作为内层复合层一203；第二个圆柱壳直径为400mm，作为内层复合层二204，第三个圆柱壳的直径为700mm，作为外层复合层201。然后用未固化的固体浮力材料将三个复合材料圆柱壳浇筑在一起，固化形成耐压壳结构，如图2所示。实施例5本实施例与实施例1不同的是，使用的固体浮力材料不是hz-42型固体浮力材料，而是任意种类的空心微珠填充的环氧树脂类固体浮力材料。实施例6本实施例与实施例1不同的是，固体浮力材料内部埋设有感应装置和信号传输装置。感应装置为传感器，信号传输装置为天线。使得耐压壳具备健康监测、发射或接受信号等功能。传感器和天线之间可通过电线连接，电线也埋在固体浮力材料内部。实施例7本实施例与实施例1不同的是，外层复合层201涂覆有防水层3，防水层3采用防水材料制成。圆柱壳的数量包括但不限于两个，本发明的夹层复合材料耐压壳可设计成多个夹层结构。圆柱壳的厚度包括但不限于10mm，相邻圆柱壳之间的直径相差包括但不限于300mm，圆柱壳的厚度和直径可以根据实际需要进行设计。以实施例1制得的夹层浮力材料耐压壳，对其性能测试，结果如表1所示，表1夹层浮力材料耐压壳性能实施例1等效密度(g/cm3)0.8等效抗压强度(mpa)150本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属
技术领域：
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。当前第1页12