[发明专利]含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法，其中，含粘结层的复合材料压力容器制造方法包含以下步骤：步骤S1：对金属内衬的外表面进行表面处理；步骤S2：在金属内衬的外表面敷设粘结层；步骤S3：将纤维复合层缠绕在粘结层上；步骤S4：对粘结层与纤维复合层进行共固化。本发明可大大提高复合材料压力容器中薄壁金属内衬的刚度，提高复合材料压力容器整体的循环疲劳寿命和可靠性。

技术领域

本发明涉及航天器领域，具体地，涉及一种含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法。

背景技术

为了不断满足航天动力系统对金属内衬/纤维缠绕复合材料压力容器(以下简称COPVs)提出的轻量化要求，在不断应用高性能纤维缠绕材料提高COPVs的应力断裂寿命和减轻结构质量的同时，还需采取有效措施提高COPVs的损伤容限寿命即安全寿命，以提高COPVs的可靠性和安全性。在合理控制金属内衬应力应变水平和保证COPVs强度和疲劳性能技术指标的前提下，金属内衬壁厚的降低可有效提高复合材料压力容器的结构效率，减小COPVs的结构质量。以铝合金内衬COPVs为例，铝合金内衬的质量约占整个COPVs质量的1/3以上，且铝合金内衬壁厚每减薄0.1mm，COPVs的质量减小3％～6％。因此，为实现减重目的，世界各国争先开展超薄金属内衬的研制工作。但是，薄壁金属内衬由于结构刚度很小，导致其在后续的纤维缠绕、热固化、液压自紧、试验和使用等过程中极易发生失稳或屈曲失效，进而大大降低了COPVs的循环疲劳性能，严重影响容器的安全寿命。

在COPVs内衬的壁厚直径比(δ/D)较大的情况下，内衬刚度较好，在纤维缠绕、固化、自紧、试验和使用等过程中不易发生失稳或屈曲失效现象，但限制了COPVs结构效率的提高空间。随着航天COPVs轻质化的发展需要，金属内衬壁厚直径比将大幅度减小，内衬刚度变差，将面临在纤维缠绕、固化、自紧、试验和使用等过程中的失稳或屈曲失效问题，危及容器的可靠性和安全性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法。

根据本发明提供的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，包含以下步骤：

步骤S1：对金属内衬的外表面进行表面处理；

步骤S2：在金属内衬的外表面敷设粘结层；

步骤S3：将纤维复合层缠绕在粘结层上；

步骤S4：对粘结层与纤维复合层进行共固化。

优选地，所述步骤S1包含以下任一个或任多个步骤：

化学铣切步骤：对金属内衬的外表面进行化学铣切；

逐层打磨步骤：采用不同号的砂轮对金属内衬的外表面进行逐层机械打磨；

化学氧化处理步骤：对金属内衬的外表面进行化学氧化处理。

优选地，所述化学氧化处理步骤中，化学氧化处理液的质量配比为：

重铬酸钾：浓硫酸：水＝1:10:30。

优选地，所述步骤S2中，所述粘结层呈固态胶膜性状，其厚度在0.1～0.4mm之间；

粘结层在敷设前其两面均用防粘隔离纸隔开，并在-18℃以下低温贮存。

优选地，所述步骤S2中，按金属内衬外表面尺寸裁剪粘结层，圆筒段裁剪成长方形，球形封头和椭球封头裁剪成花瓣形；

揭掉粘结层一面的防粘隔离纸，将粘结层铺贴于经表面处理的金属内衬外表面，铺贴过程中使用刮板排除裹进的气泡；

如果粘结层与金属内衬外表面粘贴不实，用电吹风边加热边贴合；

贴实粘结层后，揭掉粘结层另一面的防粘隔离纸。