CN102128262A - 一种复合材料压力容器及其在灭火器中的应用 - Google Patents

一种复合材料压力容器及其在灭火器中的应用 Download PDF

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牛国良
张娴
王艳玲
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Abstract

本发明公开了一种复合材料压力容器及其在灭火器中的应用，其中该复合材料压力容器包括内胆、内胆顶部的接口、位于接口外侧且与接口连接成一体以便对接口起支撑作用的增强环，以及包裹在内胆外且对内胆进行保护的玻璃纤维缠绕层，内胆和玻璃纤维缠绕层之间通过由环氧树脂及酚醛树脂组成的混和胶粘合在一起。由于内胆和接口都采用塑料材质，没有应力集中问题，而且通过热熔方式连接在一起，密封性能好，通过增强环对接口的增强作用，可以保证接口在压力容器的工作高压下不开裂。本发明结构简单、加工制作方便且能长期可靠运行，能够有效解决内胆和接口材质不相同而带来的应力集中所导致的隐患性问题，以及不同质材料所不能克服的密封性能恶化的问题。本发明的复合材料压力容器耐腐蚀性强、耐压高、重量轻，尤其适用于灭火器的压力容器。

Description

一种复合材料压力容器及其在灭火器中的应用
技术领域
本发明涉及一种压力容器，特别是涉及一种在一定压力下工作的灭火器用复合材料压力容器。
背景技术
灭火器的种类很多，按驱动灭火剂的动力来源可分为：储气瓶式、储压式、化学反应式；按所充装的灭火剂则又可分为：干粉、水系、气体等。
干粉灭火剂主要有碳酸氢钠和磷酸铵盐两大类，这种灭火剂对环境损害较大。水系灭火剂主要有水成膜泡沫和抗溶性水成膜泡沫；气体灭火剂主要有二氧化碳、七氟丙烷、三氟甲烷和惰性气体等。后两种灭火剂不含污染大气臭氧层物质，不污染着火区域。与干粉等消防产品相比，水系或气体灭火器使用时视线清晰；对呼吸道、对眼睛和皮肤无刺激；可100％生物降解；使用后易清理，属于洁净型的环保产品。近年来，随着人们对环境保护的重视不断提升。充装水系和气体灭火剂的灭火器在欧美国家的城市消防中被大量使用。
相对于干粉灭火剂，水系和气体灭火剂对充装的容器耐腐蚀性要求更高。同时为提高灭火器的灭火距离，欧美国家的一些高档灭火器的充装压力逐渐提高，这样对充装容器的耐压性能提出更高要求。另外为了提高单只灭火器的充装量，要求充装容器的重量越轻越好。
复合材料压力容器具有耐腐蚀性高、耐压高、重量轻等优点。由于复合材料压力容器的众多优点，欧美国家的高档灭火器逐渐采用复合材料压力容器。
如图1所示，现有的灭火器中使用的压力容器是由内胆3和其顶部接口1、以及缠绕在内胆外侧的玻璃纤维缠绕层4所组成，其内胆3与接口1的材质不同，如内胆为塑料、接口为金属，两者之间通过螺纹连接，采用密封圈6和7密封，接口1与内胆3间的密封性能，决定容器是否从此处泄漏，但是这种结构可靠性差，在长时间使用后，随着密封圈的预紧力下降，变形量变小，密封性会大幅下降。而且接口1为金属材质，内胆3为塑料材质，两者强度相差太大，会造成搭界处应力集中，导致在内胆3和接口1的搭界处开裂的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种复合材料压力容器及使用该复合材料压力容器的灭火器，其结构简单、强度高、密封性能好，加工制作方便且能长期可靠运行，能够有效解决使用过程中密封性能下降和搭接处开裂的隐患性问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种复合材料压力容器，包括内胆、内胆顶部的接口、以及包裹在内胆外且对内胆进行保护的玻璃纤维缠绕层，内胆和接口都采用塑料材质，内胆的材料选自适合吹塑的塑料，接口的材料选自适合注塑、强度更高的塑料，内胆和接口通过热熔方式连接成整体，还具有位于接口外侧且与接口连接成一体以便对接口起支撑作用的增强环，增强环的强度足以保证塑料材质的接口在压力容器的工作高压下不开裂。
所述复合材料压力容器可以为水容器或气体容器或气液混合体容器。
所述内胆的材质为聚乙烯或聚丙烯，配合选用接口的材质为增强聚丙烯或增强聚乙烯；内胆的材质还可以为ABS，此时与之配套的接口的材质为增强ABS。内胆和接口材料的选择需要考虑成型工艺和粘合性能，不是任意的塑料材料都可以的。
所述增强环与接口的连接方式为过渡配合或过盈配合并且通过两者的结合界面上涂胶增强接合强度。
所述增强环的材质为金属材质，例如铝或钢，又以铝的综合性能为最佳。
所述内胆和玻璃纤维缠绕层之间通过胶粘合在一起，所述胶是由环氧树脂及酚醛树脂组成的混和胶，混合胶中环氧树脂与酚醛树脂的比例可以为(2.5～3.5)∶1，又以环氧树脂与酚醛树脂的比例为3∶1为最佳。增强环和接口接合时使用的胶与内胆和玻璃纤维缠绕层之间粘合时使用的胶相同。
本发明的复合材料压力容器使用压力可达到3MPa，检测压力可达到4.5MPa。该复合材料压力容器可以用于灭火器容器，内部可装气体或液体或气液混合体。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、由于玻璃纤维缠绕层与内胆之间的连接方式为粘接，因而能够大大提高玻璃纤维缠绕层与内胆之间的剥离强度，使本发明能够长期可靠运行；混和胶的种类以及比例的选择是发明人经过长期的探索大量的试验并经过多年的使用完善才确定的，是与本发明中选用的特定的塑料材质组合相适应的，实验证明选用不合适的胶或者胶的比例选择不当或者与选用的具体的塑料不匹配，都不能保证粘合效果，比如环氧树脂与酚醛树脂的比例选择为4∶1，粘合性能很差，比如内胆选用ABS，而接口不选用增强ABS，也难以粘合。因此，要在众多的胶中将合适的胶选出来，并确定合适的胶的比例，需要经过长期的探索和研究，不是仅仅经过简单的试验就能得到的，并且与现有技术中使用的胶相比，本发明确定的混和胶是针对本发明中选用的塑料材质组合配制的专用胶，在压力容器中具有更好的技术效果，其粘合效果更加持久耐用，能够保证长期使用不开裂，至少在常规的疲劳性试验中从未发生过开裂现象。上述胶在接口和增强环中的粘合作用也具有同样的效果。
2、由于接口和内胆都采用塑料材质，且采用热熔方式连接为一个整体，所以密封性能好，克服了不同材质带来的应力问题，彻底解决了随时间推移而带来的密封性能恶化的问题，从而确保了容器在长期使用过程中性能稳定
3、增强环的设置是接口材料可以选择塑料材质的基础，确保了接口的持久耐用性能，避免了压力容器工作过程中压力过大带来的塑料材质接口的开裂问题。增强环的结构虽然简单，但是为接口采用塑料材质提供了保障，其效果是压力容器的生产工艺简单，整体密封性能、耐疲劳性能大大提高，质量大大改善。
4、根据本发明生产的灭火器，容器内部可装气体或气液混合体或液体，采用本发明的设计可使压力容器使用压力达到3MPa，检测压力4.5MPa。
需要指出的是，由本发明所生产的产品在容器疲劳性试验中达到了良好效果，能够有效解决现有技术生产的产品所存在的隐患性问题。
进一步的说明，本发明所采取的技术方案中的接口、内胆材质的选择、增强环的设置、以及胶的种类和比例在整体的技术方案中的作用是相互影响的，不是随意设置的，随意的设置可能带来产品整体技术效果的变差甚至导致产品的检验不合格。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为已有容器的局部结构放大图。
图2为本发明的整体结构示意图。
附图标记说明：
1-接口；              2-增强环；    3-内胆；
4-玻璃纤维缠绕层；    5-底座；
具体实施方式
第一实施例
如图2所示，本发明的压力容器包括底部固定用的底座5、内胆3、内胆3顶部的口颈处的接口1以及包裹在内胆3外且对内胆3进行保护的玻璃纤维缠绕层4，设置在接口1外侧的增强环2，内胆3和玻璃纤维缠绕层4间的连接方式为粘接，粘结材料为环氧树脂及酚醛树脂组成的混和胶，其中环氧树脂及酚醛树脂比例为2.5∶1，内胆的材料为聚乙烯，接口的材料为增强聚丙烯。内胆和接口通过热熔方式连接成整体。增强环2选用铝材料，通过过渡配合或过盈配合并且涂上环氧树脂及酚醛树脂组成的混和胶与接口1连接在一起，增强环的强度足以保证接口在高压下不开裂。
第二实施例
与第一实施例的不同之处仅在于内胆的材料为聚丙烯，接口的材料为增强聚乙烯，环氧树脂及酚醛树脂比例为3.5∶1。
第三实施例
与第一实施例的不同之处仅在于内胆的材料为ABS，接口的材料为增强ABS，环氧树脂及酚醛树脂比例为3∶1。
第四实施例
将上述三个实施例中制得的压力容器用作灭火器的容器，进一步制备灭火器。
上述四个实施例中的增强环的材质还可以为钢。接口材料也可选用高密度增强聚乙烯或高密度增强聚丙烯。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (17)

1.一种复合材料压力容器，包括内胆(3)、内胆顶部的接口(1)、以及包裹在内胆外且对内胆进行保护的玻璃纤维缠绕层(4)，其特征在于：内胆(3)和接口(1)都采用塑料材质，且内胆(3)和接口(1)通过热熔方式连接成整体，还具有位于接口(1)外侧且与接口(1)连接成一体以便对接口起支撑作用的增强环(2)，增强环(2)的强度足以保证塑料材质的接口(1)在压力容器的工作压力下不开裂。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：该复合材料压力容器为水容器或气体容器或气液混合体容器。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述内胆(3)的材质为聚乙烯或聚丙烯，所述接口(1)的材质为增强聚丙烯或增强聚乙烯。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述内胆(3)的材质为聚乙烯或聚丙烯，所述接口(1)的材质为高密度增强聚丙烯或高密度增强聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述内胆(3)的材质为ABS，所述接口(1)的材质为增强ABS。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述增强环(2)与接口(1)的连接方式为过渡配合或过盈配合并且通过两者的结合界面上涂胶增强接合强度。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述增强环(2)的材质为金属材质。
8.根据权利要求7所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述增强环(2)的金属材质选自铝或钢。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：内胆(3)和玻璃纤维缠绕层(4)之间通过胶粘合在一起。
10.根据权利要求9所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述胶为由环氧树脂及酚醛树脂组成的混和胶。
11.根据权利要求10所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述混合胶中环氧树脂与酚醛树脂的比例为(2.5～3.5)∶1。
12.根据权利要求11所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：所述混合胶中环氧树脂与酚醛树脂的比例为3∶1。
13.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：压力容器的使用压力达到3MPa，检测压力达到4.5MPa。
14.根据权利要求9所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：压力容器的使用压力达到3MPa，检测压力达到4.5MPa。
15.根据权利要求10-12中任一权利要求所述的一种复合材料压力容器，其特征在于：压力容器的使用压力达到3MPa，检测压力达到4.5MPa。
16.一种灭火器，其特征在于包括权利要求1-12所述的复合材料压力容器。
17.根据权利要求16所述的灭火器，其特征在于：压力容器的使用压力达到3MPa，检测压力达到4.5MPa。
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