CN103499013A - 一种碳纤维复合材料高压气瓶 - Google Patents

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阎泳
单曙光
宋佑涛
金全国
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Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料高压气瓶，包括金属内衬，以及依次设在金属内衬外表面的的缠绕碳纤维复合层和外保护层；其中，所述缠绕碳纤维复合层的制备过程为：将环氧树脂和固化剂混合得到胶状溶液，并在该胶状溶液中加入短切碳纤维得到环氧树脂浸渍液，然后将连续碳纤维经过环氧树脂浸渍液浸渍后，在金属内衬外表面进行缠绕，并经过固化去除多余树脂得到缠绕碳纤维复合层。本发明采用掺杂有短切碳纤维的缠绕碳纤维复合层，提高了单束碳纤维间及层间的结合强度和抗剪切强度，加强了高压气瓶的承载强度和防碰撞性能。

Description

一种碳纤维复合材料高压气瓶
技术领域
本发明属于高压气瓶的技术领域，尤其涉及增强纤维复合层的高压气瓶。
背景技术
高压气瓶主要用于高压气体，如医用氧气、氮气等液态的储存，要求能承受20～30MPa的高压。因此制造的气瓶必须要求很高的气密性，气瓶瓶嘴的封口都采用高热旋转碾压技术进行封口。普通的高压气瓶为了确保在工作压力下的安全使用，气瓶厚度较大，造成高压气瓶重量大、携带不便且成本增加。
另外，为了使高压气瓶轻量化，已经有金属内衬复合材料的压力容器，由于高性能碳纤维具有非常高的比强度和比刚度，很适合生产轻质高压气瓶。通过将浸渍过环氧树脂的连续碳纤维按照特殊方式缠绕在金属内衬表面形成承载保护层，但由于连续碳纤维在金属内衬表面缠绕实际为单丝缠绕，单丝与单丝之间的结合力相对较低，同时形成的层与层之间的抗剪切强度相对较弱。尤其是在高压气瓶实用过程中出现碰撞时，造成高压气瓶的耐高压强度降低，对安全使用造成隐患。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种碳纤维复合材料高压气瓶，具有更高的工作压强。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种碳纤维复合材料高压气瓶，包括金属内衬，以及依次设在金属内衬外表面的的缠绕碳纤维复合层和外保护层；其中，所述缠绕碳纤维复合层的制备过程为：将环氧树脂和固化剂混合得到胶状溶液，并在该胶状溶液中加入短切碳纤维得到环氧树脂浸渍液，然后将连续碳纤维经过环氧树脂浸渍液浸渍后，在金属内衬外表面进行缠绕，并经过固化去除多余树脂得到缠绕碳纤维复合层。
所述连续碳纤维经过环氧树脂浸渍液浸渍后，总碳纤维的含量为55～80%。
所述浸渍后的连续碳纤维在金属内衬的缠绕方式为：金属内衬的筒体段采用螺旋缠绕环向缠绕的组合；金属内衬的封头段采用螺旋缠绕和平面缠绕的组合。
所述外保护层采用玻璃钢。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用掺杂有短切碳纤维的缠绕碳纤维复合层，提高了单束碳纤维间及层间的结合强度和抗剪切强度，加强了高压气瓶的承载强度和防碰撞性能。
附图说明
图1为本发明所述碳纤维复合材料高压气瓶的结构示意图。
其中，金属瓶体1、缠绕碳纤维复合层2、外保护层3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，一种碳纤维复合材料高压气瓶，采用不锈钢、铝合金或钛合金制成金属内衬，并在金属内衬外表面缠绕连续碳纤维形成缠绕碳纤维复合层。本发明的技术点在于：所述连续碳纤维在经过环氧树脂浸渍时，在普通的热固性环氧树脂中掺入5～10%的短切碳纤维，使得连续碳纤维浸渍后携带有短切碳纤维，并在金属内衬上缠绕，并经过固化后得到缠绕碳纤维复合层。由于短切碳纤维在复合层中时杂乱无章的分布，能提高单束连续碳纤维之间以及层之间的结合力和抗剪切强度，进而提高缠绕碳纤维复合层的承载强度。经过多次试验，经过浸渍后的连续碳纤维中总碳纤维含量优选在60～75%。并经过固化。最后在最外表面制备一层玻璃钢作为外保护层。

Claims (4)

1.一种碳纤维复合材料高压气瓶，其特征在于：包括金属内衬，以及依次设在金属内衬外表面的的缠绕碳纤维复合层和外保护层；其中，所述缠绕碳纤维复合层的制备过程为：将环氧树脂和固化剂混合得到胶状溶液，并在该胶状溶液中加入短切碳纤维得到环氧树脂浸渍液，然后将连续碳纤维经过环氧树脂浸渍液浸渍后，在金属内衬外表面进行缠绕，并经过固化去除多余树脂得到缠绕碳纤维复合层。
2.根据权利要求1所述碳纤维复合材料高压气瓶，其特征在于：所述连续碳纤维经过环氧树脂浸渍液浸渍后，总碳纤维的含量为55～80%。
3.根据权利要求2所述碳纤维复合材料高压气瓶，其特征在于：所述浸渍后的连续碳纤维在金属内衬的缠绕方式为：金属内衬的筒体段采用螺旋缠绕环向缠绕的组合；金属内衬的封头段采用螺旋缠绕和平面缠绕的组合。
4.根据权利要求3所述碳纤维复合材料高压气瓶，其特征在于：所述外保护层采用玻璃钢。
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PB01 Publication
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