一种潜艇耐压壳体的制作方法

本实用新型属于水下舰艇技术领域，更具体地，涉及一种潜艇耐压壳体。

背景技术：

潜艇是海军作战的重要舰艇之一，它可以在水下机动灵活地运动，用于攻击对方水面上的战舰和水中的潜艇，也可以袭击陆地上的重要军事目标，必要时它还可以担负布雷、侦察及运输兵员和重要军事物资的重任。潜艇具有很好的隐蔽性和突然袭击能力，在水中可以长时间、长距离的持续航行。潜艇结构有单壳体、双壳体、单双混合壳体三种，单壳体为耐压壳体，双壳体为在耐压壳体外还具有一层非耐压壳体。随着声呐探测技术的不断发展和探测能力的不断提高，作为海军常规和战略武器装备的潜艇的隐蔽性受到了严重的挑战。单壳体潜艇与双壳体潜艇相比，耐压舱容积相同时湿表面积更小，从而声反射面积小，同样吨位下耐压舱空间更大，利于布设庞大复杂的声呐、降噪设备，隐蔽性更高，正在成为主流潜艇结构。

目前，潜艇壳体一般采用HY-80、HY-100等高强度钢制成，但钢材的制造过程能耗高，会排放大量的有害气体，造成严重的大气污染。并且钢材本身质量大，限制了其行驶速度。

因此，如何使潜艇壳体绿色环保，质量更轻，以提高其行驶速度，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的以上问题，本实用新型的目的在于提供一种潜艇耐压壳体，绿色环保，比钢材质量更轻，提高行驶速度和续航里程。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种潜艇耐压壳体，包括钢骨架和壳本体，所述钢骨架固定在所述壳本体内表面，所述壳本体由内至外依次由内衬层、增强层和外防护层复合而成，所述增强层是由浸润有氨基树脂的竹篾片缠绕若干层复合而成，所述内衬层和所述外防护层均是由竹纤维无纺布和环氧乙烯基酯树脂复合而成。

优选地，所述钢骨架通过环氧树脂粘接在所述壳本体内表面。

优选地，所述竹篾片是由原竹开成竹片，去青、去黄，将剩余的竹肉部分弦剖而成。

优选地，所述竹篾片经过脱脂处理后干燥至含水率不高于10%。

优选地，所述竹篾片拉伸强度不低于90MPa。

优选地，所述竹篾片宽度为5mm-20mm，厚度为0.3mm-2mm。

优选地，所述氨基树脂中添加有纳米材料、生物填料，所述氨基树脂100质量份数，所述生物填料15-30质量份数，所述纳米材料1-3质量份数。

优选地，所述环氧乙烯基酯树脂中添加有增韧剂、稀释剂、纳米材料，所述环氧乙烯基酯树脂100质量份数，所述增韧剂3-5质量份数，所述稀释剂12-15质量份数，所述纳米碳纤维1-3质量份数。

优选地，所述壳本体是由艏部壳本体、舯体壳本体、艉部壳本体连接而成，连接处内表面及外表面均粘接有多层碳纤维布进行加固。

进一步优选地，所述舯体壳本体是由分段制备好的舯体壳本体段连接而成，连接处内表面及外表面均粘接有多层碳纤维布进行加固。

本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于潜艇壳体内衬层和外防护层采用竹纤维无纺布作为原材料，增强层采用竹篾作为原材料，绿色环保，资源可再生，不会受到资源限制，成本低，而且竹材质量轻，强度高，韧性好，利用竹篾片的高比强度、比模量，采用缠绕工艺可以充分发挥其轴向拉伸强度，使缠绕出的壳体力学强度高。通过对竹篾片的宽度、厚度、含水率进行限制，以增大竹篾片的力学强度，便于氨基树脂渗透进入竹篾，通过对树脂中添加添加剂，增大环氧乙烯基酯树脂的冲击强度、浸润性能，增大氨基树脂的强度。内衬层和外防护层保护增强层不被腐蚀，延长增强层的使用寿命，并且内衬层和外防护层的基体树脂选用环氧乙烯基酯树脂，耐海水性能好，这样的内衬层、增强层、外防护层复合而成的壳体耐海水性能好，能够达到潜艇耐压要求，且质量轻，进而能够增加载弹量，提高续航里程，提升行驶速度。另外，由于竹材的弹性模量高，使制得的壳体抗形变能力强。而且，这样制得的竹复合壳体较钢材壳体阻尼性能更好，具有一定的吸声效果，提高潜艇壳体的声隐身能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型中一种具体实施方式所提供的潜艇耐压壳体结构示意图；

图2是本实用新型中一种具体实施方式所提供的舯艉部壳本体和舯艏部壳本体结构示意图。

附图中标记如下：

1-钢骨架，2-壳本体，21-内衬层，22-增强层，23-外防护层，3-第一宽度，31-棱面，32-对接处，4-舯艉部壳本体，41-舯艉部内衬层，42-舯艉部增强层，43-舯艉部外防护层，5-舯艏部壳本体，51-舯艏部内衬层，52-舯艏部增强层，53-舯艏部外防护层。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种潜艇耐压壳体，利用竹纤维无纺布、竹篾片和树脂复合成壳体，在保证强度的同时有效地降低了潜艇耐压壳体的重量并且绿色环保、降低成本。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1-图2，图1是本实用新型中一种具体实施方式所提供的潜艇耐压壳体结构示意图，图2是本实用新型中一种具体实施方式所提供的舯艉部壳本体和舯艏部壳本体结构示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的一种潜艇耐压壳体，包括钢骨架1和壳本体2，所述钢骨架1固定在所述壳本体2内表面，所述壳本体2由内至外依次由内衬层21、增强层22和外防护层23复合而成，所述增强层22是由浸润有氨基树脂的竹篾片缠绕若干层复合而成，所述内衬层21和所述外防护层23均是由竹纤维无纺布和环氧乙烯基酯树脂复合而成。对于潜艇的外形不作限制，可以为常规型、水滴型或过渡型，对于潜艇的结构不作限制，可以为单壳体潜艇或双壳体潜艇，均在本实用新型保护范围之内。本实用新型提供的技术方案为潜艇耐压壳体，但由于潜艇非耐压壳体与潜艇耐压壳体相比，仅不需要承压，要求更低，所以完全可以采用本实用新型所提供的技术方案来制备潜艇非耐压壳体。本实用新型上述技术方案通过采用竹篾片缠绕制成主要起承压作用的增强层，充分利用竹篾片轴向拉伸强度，利用其张紧状态的高力学强度缠绕成能够耐压的壳体，通过氨基树脂的粘结作用，使多层竹篾片复合成坚固的一体，通过在增强层的内、外表面设置内衬层和外防护层，以保护增强层不受腐蚀、摩擦，内衬层和外防护层采用韧性好的竹纤维无纺布与耐海水性能好的环氧乙烯基酯树脂复合而成，制得的内衬层和外防护层防渗漏、耐腐蚀、使用寿命长。内衬层和外防护层表面的环氧基团和羟基等官能团可以与增强层中的氨基和羟基等官能团起化学反应，提高内衬层、增强层、外防护层三者之间的结合力，从而使内衬层、增强层、外防护层三者复合成一体。钢骨架固定在壳本体内表面，起到肋骨的作用，给予支撑力，并且也便于在潜艇壳体内部连接其他内部结构。

在上述具体实施方式的基础上，所述钢骨架通过环氧树脂粘接在所述壳本体内表面。选取强度高的环氧树脂作为粘结剂，可以使钢骨架牢固固定在壳本体的内表面上。

在上述具体实施方式的基础上，所述竹篾片是由原竹开成竹片，去青、去黄，将剩余的竹肉部分弦剖而成。选取的竹肉部分优选靠近竹青的竹肉部分，纤维素含量高，强度更好。通过弦剖的方式，保证整根竹篾片在宽度方向上纤维素分布匀称，进而使强度在竹篾片宽度方向上分布均匀 ，这样有利于后续各种角度缠绕时竹篾片不会因宽度方向上的强度分布不均导致撕裂。

在上述具体实施方式的基础上，所述竹篾片拉伸强度不低于90MPa。选取单根拉伸强度高的竹篾制成的壳体能够具有很高的力学性能。

在上述具体实施方式的基础上，所述竹篾片宽度为5mm-20mm，厚度为0.3mm-2mm。通过对竹篾片的尺寸进行限制，一方面提高缠绕的密实度，从而提高壳体的强度，另一方面便于树脂渗透进入竹篾片中，增大复合性能。

在上述具体实施方式的基础上，所述氨基树脂中添加有纳米材料、生物填料，所述氨基树脂100质量份数，所述生物填料15-30质量份数，所述纳米材料1-3质量份数。添加纳米材料，可以提高树脂强度，如具体可以添加纳米碳纤维，提高树脂强度的同时，提高耐海水性能。添加生物填料可以增大树脂强度，具体可以添加竹粉、木粉、植物果壳粉等。

在上述具体实施方式的基础上，所述环氧乙烯基酯树脂中添加有增韧剂、稀释剂、纳米材料，所述环氧乙烯基酯树脂100质量份数，所述增韧剂3-5质量份数，所述稀释剂12-15质量份数，所述纳米碳纤维1-3质量份数。增韧剂用以提高环氧乙烯基酯树脂的冲击强度，稀释剂用以增大树脂与竹纤维无纺布的复合性能，增韧剂具体可以为橡胶类增韧剂，如丁腈橡胶，稀释剂具体可以为活性稀释剂。

在上述具体实施方式的基础上，所述壳本体是由艏部壳本体、舯体壳本体、艉部壳本体连接而成，连接处内表面及外表面均粘接有多层碳纤维布进行加固。分段制备壳本体，适宜制备大型的潜艇壳体。也可以从舯部分为两段分别制备出舯艏部壳本体、舯艉部壳本体，再将该两段对接连接成整体壳本体。

在上述具体实施方式的基础上，所述舯体壳本体是由分段制备好的舯体壳本体段连接而成，连接处内表面及外表面均粘接有多层碳纤维布进行加固。

本实用新型所提供的潜艇耐压壳体，其具体可以通过如下步骤进行制备：

竹篾片预处理：将原竹开成竹片，去青、去黄，将剩余的竹肉部分弦剖成竹篾片，将所述竹篾片经过脱脂处理后干燥至含水率不高于10%，选取拉伸强度不低于90MPa的竹篾片备用；脱脂处理能够去除竹篾片上的果胶等，具体可以采用在5%的NaOH溶液中浸泡6小时，干燥并控制含水率在10%以下，保证竹篾片足够干燥以便氨基树脂充分渗透，增强复合性能。最终选取90MPa以上的竹篾片使用，为了保证缠绕出的壳体符合潜艇耐压壳体的力学要求。具体可以通过对经过预处理后的竹篾片分别作拉伸测试，记录拉伸强度，筛除不符合要求的竹篾片。

树脂胶黏剂配制：在氨基树脂中按比例加入纳米材料、生物填料，充分搅拌，混合均匀，之后按比例加入固化剂，再充分搅拌，混合均匀；在环氧乙烯基酯树脂中按比例加入增韧剂、稀释剂、纳米材料，充分搅拌，混合均匀，之后按比例加入固化剂，再充分搅拌，混合均匀；纳米材料可以选用纳米碳纤维，生物填料具体可以添加竹粉、木粉、植物果壳粉等，增韧剂具体可以为橡胶类增韧剂，如丁腈橡胶，稀释剂具体可以为活性稀释剂。氨基树脂胶黏剂包括氨基树脂100质量份数，生物填料15-30质量份数，纳米材料1-3质量份数。环氧乙烯基酯树脂胶黏剂包括环氧乙烯基酯树脂100质量份数，增韧剂3-5质量份数，稀释剂12-15质量份数，纳米碳纤维1-3质量份数。

设计厚度：根据潜艇设计模型分别计算出内衬层、增强层、外防护层设计厚度；

制备舯艉部壳本体4：

舯艉部内衬层41制备：在潜艇舯艉部模具表面涂覆一层脱模剂，然后将被配制好的环氧乙烯基酯树脂浸透的竹纤维无纺布缠绕在潜艇舯艉部模具上，缠绕若干层至内衬层设计厚度制得舯艉部内衬层41；

舯艉部增强层42制备：将备用的竹篾片浸入配制好的氨基树脂中，使竹篾片被氨基树脂完全包覆，然后将竹篾片缠绕在舯艉部内衬层41表面，缠绕若干层至增强层设计厚度，在舯部端保留第一宽度3仅缠绕部分厚度的增强层，制得舯艉部增强层42；

舯艉部外防护层43制备：将被配制好的环氧乙烯基酯树脂浸透的竹纤维无纺布缠绕在舯艉部增强层42上，缠绕若干层至外防护层设计厚度，在舯部端第一宽度3内不缠绕外防护层，制得舯艉部外防护层43；

固化：对由内至外依次缠绕有舯艉部内衬层41、舯艉部增强层42和舯艉部外防护层43的潜艇舯艉部模具进行加热固化，固化完成后，脱模，舯艉部内衬层41、舯艉部增强层42和舯艉部外防护层43复合成为舯艉部壳本体4；

制备舯艏部壳本体5：

在潜艇舯艏部模具上采用与制备舯艉部壳本体4相同的方式依次制备舯艏部内衬层51、舯艏部增强层52和舯艏部外防护层53，同样在舯部端保留第一宽度3仅缠绕部分厚度的增强层且不缠绕外防护层，对由内至外依次缠绕有舯艏部内衬层51、舯艏部增强层52和舯艏部外防护层53的潜艇舯艏部模具进行加热固化，固化完成后，脱模，舯艏部内衬层51、舯艏部增强层52和舯艏部外防护层53复合成为舯艏部壳本体5；

连接钢骨架1：分别在制备好的舯艉部壳本体4和舯艏部壳本体5的内表面上涂覆环氧树脂，之后粘接钢骨架1，经加热固化后，钢骨架1固定在舯艉部壳本体4和舯艏部壳本体5的内表面上；

舯艏部壳本体5与舯艉部壳本体4连接：将舯艏部壳本体5与舯艉部壳本体4对接，对接处32填塞环氧树脂，之后在该保留出的相对接的两段第一宽度3内共同缠绕被氨基树脂完全包覆的竹篾片至增强层设计厚度，之后缠绕被配制好的环氧乙烯基酯树脂浸透的竹纤维无纺布至外防护层的设计厚度，经过加热固化，完成壳本体2的制备；

以上步骤优选在环境湿度低于40%RH的条件下进行。控制整个制作过程的环境湿度，以保证竹篾片从预处理到缠绕过程中均不会有多余水分子进入，以保证与氨基树脂的整体复合性能。

上述技术方案通过分别制备舯艉部壳本体4和舯艏部壳本体5，再对接起来，一方面便于工艺上的实施，如脱模过程、内部钢骨架1的连接等，另外在舯部承受的压力较低，应力分散，在此处对接，对接处承受的压力小。对于大型潜艇，由于舯体较长，可以将舯体分段制作，并分别制作艏部壳体和艉部本体，再将其对接起来，各自的制备方法与上述技术方案相同，对接方式与上述技术方案相同。

在上述具体实施方式的基础上，所述仅缠绕内衬层和部分厚度的增强层的第一宽度3部分与具有完整内衬层、增强层和外防护层的其余部分之间形成棱面31，所述棱面31为粗糙不平的倾斜面。棱面3是厚度不同的两部分产生，将棱面31缠绕成粗糙不平的倾斜面，促进对接后整体缠绕时后来缠绕的增强层、外防护层与原来部分的结合，方便氨基树脂的渗透，使整体复合性能好，使拼接牢固。

在上述具体实施方式的基础上，所述固化方式为从模具内部向外和从模具外部向内共同加热固化，并且从模具内部向外的固化速率高于从模具外部向内的固化速率；从制备内衬层开始就进行持续加热固化，直至制备完成外防护层并使外防护层固化完成。固化过程持续整个壳体的制备过程，并且使模具内部向外的固化速率高于从模具外部向内的固化速率，可以使气泡由内向外一层层排出最后排尽，保证壳体内部不会有气泡滞留，保证壳体复合性能。具体的内加热方式可以采用在模具内壁上贴附碳纤维薄膜进行加热，热量传递到模具外表面进而传递给缠绕在模具外表面上的内衬层、增强层、外防护层，由内向外传递，在模具外设置循环热风加热固化，通过控制设备参数，保证内部热传导速率高于外部给缠绕在模具上的外防护层、增强层、内衬层的热传导速率，来达到模具内部向外的固化速率高于从模具外部向内的固化速率的要求。

在上述具体实施方式的基础上，所述舯艏部壳本体与舯艉部壳本体连接处内表面及外表面粘接有多层碳纤维布进行加固。通过在内壁粘接韧性好、强度高的碳纤维布加固连接处，使壳体整体性能更好，更牢固。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，如对于潜艇非耐压壳体，由于其较潜艇耐压壳体力学性能要求更低，所以完全可以采取本实用新型所公开的技术方案进行制备。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。