一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法
【专利摘要】本发明公开一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，包括以下步骤：步骤一、筏架或基座的结构分解；步骤二、复合材料分块结构成型、脱模；步骤三、分块成型结构机加工；步骤四、分块结构预装配；步骤五、粘接面粗糙化处理；步骤六、分块结构粘接；步骤七、粘接过渡区填充和连接区补强层成型；步骤八、加工开孔和表面修整。本发明提供的采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法采用该发明制备的复合材料筏架或基座尺寸精度高、强度高、刚度高、重量轻、耐疲劳性能好、阻尼性能好、减振效果明显。
【专利说明】
一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法
技术领域
[0001] 本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种采用复合材料制备框架式筏架或基 座的方法。
【背景技术】
[0002] 机械噪声是舰船三大噪声源之一，由于艇上的机械设备种类众多，分布于全艇各 个舱室，而且机械噪声又是潜艇隐蔽航行工况的主要噪声源。因此，控制机械噪声是减振降 噪工作的主要内容之一。控制机械噪声目前主要有通过控制设备振动量级和采用隔振技术 两方面的措施。由于控制低噪声设备潜力有限，无法满足舰艇隐身要求，因此传递途径的振 动控制则至关重要，隔振技术的发展经历了单层隔振、双层隔振、浮筏隔振，如何进一步提 高浮筏系统的隔振效果是实现机械噪声控制的关键技术之一。目前我国舰艇筏架或基座均 采用金属材料制备，但金属结构重量重，减振潜力有限，不利于舰艇的减重及后续减振设 计。相对于金属筏架或基座，复合材料筏架或基座重量轻、比刚度高、阻尼性能好、可设计性 强、抗冲击性能强，具有较好的减隔振效果。因此，大型浮筏系统设计中引入复合材料筏架 及基座结构是实现高效隔振和减重设计的最有效途径之一。复合材料筏架或基座要求精度 高，强度高，刚度高，具有良好的抗冲击性能及减隔振效果，目前国内未见框架式复合材料 筏架或基座成型的相关报导。
【发明内容】
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方 法，采用该发明制备的复合材料筏架或基座尺寸精度高、强度高、刚度高、重量轻、耐疲劳性 能好、阻尼性能好、减振效果明显。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法， 包括以下步骤： 步骤一、筏架或基座的结构分解 根据筏架或基座的整体结构形式进行结构分解，分解为上面板、下面板和横纵肋板四 部分，其中，横纵肋板包括多个横向筋板和纵向筋板，上面板与横纵肋板之间以及下面板与 横纵肋板之间的连接方式均为"T"形插接，横向筋板和纵向筋板之间的连接方式为"十"形 插接，最终得到分解方案，分解方案包括上面板、下面板和横纵肋板的数量以及尺寸； 步骤二、复合材料分块结构成型、脱模 根据步骤一得到的分解方案制作相配套的模具，并采用复合材料在相应模具上进行各 分块结构成型，固化后进行脱模，得到各分块成型结构，备用； 步骤三、分块成型结构机加工 将步骤二中脱模的各分块成型结构进行机加工，根据步骤一得到的分解方案在各分块 成型结构上加工定位槽或者交错连接槽，下面板加工成型用工艺孔，得加工后的分块结构， 备用； 步骤四、分块结构预装配 对步骤三得到的加工后的分块结构按照筏架或基座的结构进行预装配； 步骤五、粘接面粗糙化处理 对步骤四中预装配后的待粘接面进行打磨处理，然后采用丙酮清理干净； 步骤六、分块结构粘接 根据步骤四中的预装配顺序进行粘接，在分块结构粘接面涂胶粘剂，先对下面板和横 纵肋板进行粘接定位，然后粘接上面板； 步骤七、粘接过渡区填充和连接区补强层成型 步骤六中粘接完成后，采用环氧结构胶粘剂或者基体材料与气相二氧化硅混合配置的 腻子对粘接区直角处进行过渡处理，然后对粘接好的每个连接处进行补强层成型，室温放 置24小时固化； 步骤八、加工开孔和表面修整 将步骤七得到的筏架或基座根据安装需要进行开孔，并对上面板和下面板进行平面度 加工，使上下表面水平;然后对表面进行整体打磨光滑，并涂刷基体材料，基体材料固化后 即完成框架式筏架或基座的制备。
[0005] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，所述 的框架式复合材料由增强材料和树脂基体材料经固化剂固化制成，增强材料为玻璃纤维或 碳纤维，树脂基体材料为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂。
[0006] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，所述 的树脂基体材料为不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂，固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、 过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或任意混合物。
[0007] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，所述 的树脂基体材料为环氧树脂，固化剂为二元胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺中的 一种或任意混合物。
[0008] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，步骤 二所述的复合材料分块结构成型方法为真空辅助树脂注射成型工艺、模压成型工艺或树脂 传递模塑成型工艺中的任一种。
[0009] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，步骤 四中的装配顺序为从下到上:下面板和纵横肋板、上面板和纵横肋板。
[0010] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，步骤 六所述的胶粘剂为室温固化环氧结构胶粘剂。
[0011] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，步骤 七所述的过渡区填充截面为等腰直角三角形或圆弧形。
[0012] 作为本发明一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法的进一步优化，步骤 七所述的连接区补强层成型采用手糊成型工艺或真空辅助树脂注射成型工艺，连接区补强 层采用碳纤维或玻璃纤维作为增强层，采用环氧树脂作为基体层，且环氧树脂中还添加有 其重量〇. 5%-3%的气相二氧化硅。
[0013] 与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果： 1、采用本发明发方法制备的框架式筏架或基座精度高、强度高、重量轻、耐疲劳性能 好、阻尼性能好，具有明显的减隔振效果。复合材料结构比刚度高、阻尼性能好、可设计性 强、抗冲击性能强、减隔振效果明显。采用本发明制备的复合材料框架式筏架或基座，解决 了框架式复合材料筏架或基座的高精度、高质量成型问题，进一步推进了复合材料筏架或 基座的舰艇应用。
[0014] 2、采用分块方式成型复合材料各结构，提高了复合材料各结构的成型质量。
[0015] 3、本发明复合材料分块结构的定位及装配采用插接方式，提高了复合材料筏架或 基座的成型精度。
[0016] 4、本发明连接区通过加厚补强，提高了复合材料筏架或基座的强度、抗疲劳性能 和抗冲击强度，同时提高了复合材料筏架或基座的减隔振效果。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明筏架或基座的结构示意图； 图2为本发明筏架或基座的成型流程示意图； 图3为本发明"T"型连接的安装过程示意图； 图4为本发明"十"型连接的安装过程示意图； 图5为本发明筏架或基座的主视图； 图6为本发明筏架或基座的横剖视图； 图7为本发明沿A-A方向的剖视图； 图8为本发明沿B-B方向的剖视图； 附图标记：1、上面板，2、下面板，3、横纵肋板。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
[0019] -种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，包括以下步骤： 步骤一、筏架或基座的结构分解 根据筏架或基座的整体结构形式进行结构分解，分解为上面板、下面板和横纵肋板四 部分，其中，横纵肋板包括多个横向筋板和纵向筋板，上面板与横纵肋板之间以及下面板与 横纵肋板之间的连接方式均为"T"形插接，横向筋板和纵向筋板之间的连接方式为"十"形 插接，最终得到分解方案，分解方案包括上面板、下面板和横纵肋板的个数以及尺寸； 步骤二、复合材料分块结构成型、脱模 根据步骤一得到的分解方案制作相配套的模具，并采用复合材料在相应模具上进行各 分块结构成型，成型方法为真空辅助树脂注射成型工艺、模压成型工艺或树脂传递模塑成 型工艺中的任一种，复合材料分块结构成型时还添加有阻尼层材料以提高复合材料筏架的 阻尼性能，固化后进行脱模，得到各分块成型结构，备用； 步骤三、分块成型结构机加工 将步骤二中脱模的各分块成型结构进行机加工，根据步骤一得到的分解方案在各分块 成型结构上加工定位槽或者连接槽，下面板加工成型用工艺孔，得加工后的分块结构，备 用； 步骤四、分块结构预装配 对步骤三得到的加工后的分块结构按照筏架或基座的结构进行预装配，装配顺序为从 下到上:下面板和纵横肋板、上面板和纵横肋板； 步骤五、粘接面粗糙化处理 对步骤四中预装配后的待粘接面进行打磨处理，然后采用丙酮清理干净； 步骤六、分块结构粘接 根据步骤四中的预装配顺序进行粘接，在分块结构粘接面涂胶粘剂，胶粘剂为室温固 化环氧结构胶粘剂，使用一定宽度的刮片(刮片宽度以略小于槽宽为宜)在复合材料板粘接 表面涂胶，其中筏架面板槽内三面均应均匀涂胶，先对下面板和横纵肋板进行粘接定位，然 后对下面板和横纵肋板进行粘接定位，然后粘接上面板； 步骤七、粘接过渡区填充和连接区补强层成型 步骤六中粘接完成后，采用环氧结构胶粘剂或者基体材料与气相二氧化硅混合配置的 腻子对粘接区直角处进行过渡处理，过渡区填充截面为等腰直角三角形或圆弧形，然后对 粘接好的每个连接处进行补强层成型，室温放置24小时固化，补强层成型采用手糊成型工 艺或真空辅助树脂注射成型工艺，连接区补强层采用碳纤维或玻璃纤维作为增强层，采用 环氧树脂作为基体层，且为了防止环氧树脂流挂环氧树脂中还添加有其重量〇.5%-3%的气 相二氧化硅； 步骤八、加工开孔和表面修整 将步骤七得到的筏架或基座根据安装需要进行开孔，并对上面板和下面板进行平面度 加工，使上下表面水平;然后对表面进行整体打磨光滑，并涂刷基体材料，基体材料固化后 即完成框架式筏架或基座的制备。
[0020] 本发明所述的框架式复合材料由增强材料和树脂基体材料经固化剂固化制成，增 强材料为玻璃纤维或碳纤维，树脂基体材料为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂。当 树脂基体材料为不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂时，固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、 过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或任意混合物。当树脂基体材料为环氧树脂，固化 剂为二元胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺中的一种或任意混合物。
[0021] 作为本发明较优的实施方式，作为增强材料以及连接区补强层军采用的碳纤维和 玻璃纤维，其编织方式可以是平纹编织、斜纹编织、缎纹编织、单向编织、多层多轴向编织中 的一种或多种。所述的树脂基体材料为不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂，固化剂为过氧化甲 乙酮、过氧化环己酮、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或多种，且固化剂的添加量 为基体材料的重量的1-5%。所述的基体材料为环氧树脂，固化剂为二元胺、二乙烯三胺、三 乙烯四胺、多乙烯多胺中的一种或多种，且固化剂的添加量为基体材料的重量的20-100%。
[0022] 本发明中连接区补强层增强材料玻璃纤维或碳纤维织物最小宽度大于等于30mm， 然后逐层增加5mm-15mm，织物最大宽度须小于上下面板间高度或连接区距结构边缘宽度2 倍的最小值，补强层厚度为3mm-5mm。
[0023] 本发明针对框架式复合材料筏架或基座结构形式，对其结构进行分析分解，其分 解原则如下：（1)分块结构尽量少，以减少连接数量，提高复合材料筏架或基座的安全性； (2 )分解的各复合材料结构应便于成型，以提高复合材料成型质量。
[0024] 参照以下实施例对本发明作进一步详细说明；但是以下实施例仅仅是例证，本发 明并不局限于这些实施例。
[0025]步骤一、筏架或基座的结构分解 根据筏架或基座的整体结构形式进行分解，分解为上面板、下面板和横纵肋板，其中， 横纵肋板包括多个横向筋板和纵向筋板，上面板与横纵肋板之间以及下面板与横纵肋板之 间的连接方式均为"T"形插接，横向筋板和纵向筋板之间的连接方式为"十"形插接，最终 得到分解方案，分解方案包括上面板、下面板和横纵肋板的个数以及尺寸； 以图5-8所示复合材料筏架为例，长度2500mm，宽度2200mm，总高度240mm，横向肋板7 根，纵向肋板5根。
[0026]表1各面板成型尺寸 步骤二、复合材料分块结构成型、脱模
根据步骤一得到的分解方案制作相配套的模具，采用模具进行各分块的成型，基体材 料和固化剂进行成型，成型方法为真空辅助树脂注射成型工艺、模压成型工艺或树脂传递 模塑成型工艺中的任一种，复合材料分块结构成型时还添加有阻尼层材料以提高复合材料 筏架的阻尼性能，固化后进行脱模，得到各分块成型结构，备用； 纤维织物采用双轴向纤维织物E-LT450。根据成型平板尺寸进行相应纤维织物和阻尼 层的裁剪。将裁剪好的纤维织物放入烘箱中进行烘干处理，烘干温度为100°C ±2°C，烘干时 间为120±5min。
[0027] 树脂采用德国翰森公司的环氧树脂R頂135,固化为为RBffll37,配比为100:30。
[0028] 本实施例面板结构采用真空辅助成型工艺，根据铺层设计进行纤维织物及阻尼层 的铺敷，铺敷方式为〇°/90°正交铺敷。根据真空辅助工艺进行脱模布、导流布、注胶管和真 空管的布设，采用双层袋膜进行真空密封。分别对两层真空袋膜的密封性进行检查。开动真 空栗对织物的预成型体抽真空，当袋膜的压强彡_〇.〇95MPa，保压lOmin，压强降低不超过 0.0 IMPa时。开动真空栗，当真空度彡-0.095MPa时开始灌注树脂，当树脂完全浸润织物预成 型体后继续注胶25min后，用大力钳关闭注胶管。
[0029]步骤三、分块成型结构机加工 将步骤二中脱模的各分块成型结构进行机加工，根据步骤一得到的分解方案在各分块 成型结构上加工定位槽或者交错槽，得加工后的分块结构，备用； 步骤四、分块结构预装配 对步骤三得到的加工后的分块结构按照筏架或基座的结构进行预装配，装配顺序为从 下到上:下面板和纵向筋板、纵向筋板和横向筋板、上面板和纵横肋板； 步骤五、粘接面粗糙化处理 对步骤四中预装配后的待粘接面进行打磨处理，然后采用丙酮清理干净； 步骤六、分块结构粘接 根据步骤四中的预装配顺序进行粘接，在分块结构粘接面涂胶粘剂，胶粘剂为室温固 化环氧结构胶粘剂，使用一定宽度的刮片(刮片宽度以略小于槽宽为宜)在复合材料板粘接 表面涂胶，其中筏架面板槽内三面均应均匀涂胶，先对下面板和横纵肋板进行粘接定位，然 后对下面板和横纵肋板进行粘接定位，然后粘接上面板； 步骤七、粘接过渡区填充和连接区补强层成型 步骤六中粘接完成后，采用环氧结构胶粘剂或者基体材料与气相二氧化硅混合配置的 腻子对粘接区直角处进行过渡处理，过渡区填充截面为等腰直角三角形或圆弧形，然后对 粘接好的每个连接处进行补强层成型，室温放置24小时固化，补强层成型采用手糊成型工 艺或真空辅助树脂注射成型工艺，连接区补强层采用碳纤维或玻璃纤维作为增强层，采用 环氧树脂作为基体层，且为了防止环氧树脂流挂环氧树脂中还添加有其重量〇.5%-3%的气 相二氧化硅;配置本体腻子，树脂采用R頂135和RHffll37，比例为100:30，填料为气相二氧化 硅，腻子以不流淌为佳。搅拌均匀后在粘接固化后的连接处填充截面边长为l〇mm的等腰直 角三角形过渡区。
[0030]增强材料采用高强缎纹玻璃纤维SW220B-90C，织物的长度方向和连接处的长度相 同，宽度方向按照表1进行裁剪，每15层为1组。织物裁剪完成后在100 ± 5°C的烘箱中干燥处 理120±10min，干燥处理后将纤维织物真空袋膜密封。采用手糊成型工艺，依次将剪裁好的 玻璃纤维放置在接头处，边涂胶边用刮板使纤维紧贴在接头处，保证无缺胶，露白，气泡现 象。按表的织物宽度分布顺序，裁剪短的织物在下层，然后依次递增，使铺层处平缓过渡。在 铺层过程中，保证层间贴敷紧密，表面平整，没有凸凹起伏现象，完成铺层后，再对整体进行 适当修整。
[0031 ]表2接头增强材料宽度分布表
步骤八、加工开孔和表面修整 将步骤七得到的筏架或基座根据安装需要进行开孔，并对上面板和下面板进行平面度 加工，使上下表面水平;然后对表面进行整体打磨光滑，并涂刷基体材料，基体材料固化后 即完成舰艇筏架或基座的制备。
[0032]成型后对本实施例的筏架进行测试，情况如下： 复合材料筏架或基座的尺寸进度见表3所示。
[0033]表3复合材料筏架尺寸精度
【主权项】
1. 一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于:包括以下步骤： 步骤一、筏架或基座的结构分解 根据筏架或基座的整体结构形式进行结构分解，共分解为上面板、下面板和横纵肋板 四部分，其中，横纵肋板包括多个横向筋板和纵向筋板，上面板与横纵肋板之间以及下面板 与横纵肋板之间的连接方式均为"T"形插接，横向筋板和纵向筋板之间的连接方式为"十" 形插接，最终得到分解方案，分解方案包括上面板、下面板和横纵肋板的数量以及尺寸； 步骤二、复合材料分块结构成型、脱模 根据步骤一得到的分解方案制作相配套的模具，并采用复合材料在相应模具上进行各 分块结构成型，固化后进行脱模，得到各分块成型结构，备用； 步骤三、分块成型结构机加工 将步骤二中脱模的各分块成型结构进行机加工，根据步骤一得到的分解方案在各分块 成型结构上加工定位槽或者交错连接槽，下面板加工成型用工艺孔，得加工后的分块结构， 备用； 步骤四、分块结构预装配 对步骤三得到的加工后的分块结构按照筏架或基座的结构进行预装配； 步骤五、粘接面粗糙化处理 对步骤四中预装配后的待粘接面进行打磨处理，然后采用丙酮清理干净； 步骤六、分块结构粘接 根据步骤四中的预装配顺序进行粘接，在分块结构粘接面涂胶粘剂，先对下面板和横 纵肋板进行粘接定位，然后粘接上面板； 步骤七、粘接过渡区填充和连接区补强层成型 步骤六中粘接完成后，采用环氧结构胶粘剂或者基体材料与气相二氧化硅混合配置的 腻子对粘接区直角处进行过渡处理，然后对粘接好的每个连接处进行补强层成型，室温放 置24小时固化； 步骤八、加工开孔和表面修整 将步骤七得到的筏架或基座根据安装需要进行开孔，并对上面板和下面板进行平面度 加工，使上下表面水平;然后对表面进行整体打磨光滑，并涂刷基体材料，基体材料固化后 即完成框架式筏架或基座的制备。2. 如权利要求1所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 所述的框架式复合材料由增强材料和树脂基体材料经固化剂固化制成，增强材料为玻璃纤 维或碳纤维，树脂基体材料为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂或环氧树脂。3. 如权利要求2所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 所述的树脂基体材料为不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂，固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环 己酮、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或任意混合物。4. 如权利要求2所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 所述的树脂基体材料为环氧树脂，固化剂为二元胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺 中的一种或任意混合物。5. 如权利要求1所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 步骤二所述的复合材料分块结构成型方法为真空辅助树脂注射成型工艺、模压成型工艺或 树脂传递模塑成型工艺中的任一种。6. 如权利要求1所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 步骤四中的装配顺序为从下到上:下面板和纵横肋板、上面板和纵横肋板。7. 如权利要求1所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 步骤六所述的胶粘剂为室温固化环氧结构胶粘剂。8. 如权利要求1所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 步骤七所述的过渡区填充截面为等腰直角三角形或圆弧形。9. 如权利要求1所述的一种采用复合材料制备框架式筏架或基座的方法，其特征在于： 步骤七所述的连接区补强层成型采用手糊成型工艺或真空辅助树脂注射成型工艺，连接区 补强层采用碳纤维或玻璃纤维作为增强层，采用环氧树脂作为基体层，且环氧树脂中还添 加有其重量0.5%-3%的气相二氧化硅。
【文档编号】C09J163/00GK106084653SQ201610401799
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】康逢辉, 杨瑞瑞, 吴医博
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所