CN103978591B - 一种加热固化成型装置及使用其制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法 - Google Patents

Abstract

一种加热固化成型装置及使用其制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，它涉及一种固化装置及使用其制备复合容器的方法。本发明的目的是要解决现有采用外固化工艺导致容器固化成型时温度不均、固化质量差和成型效率低的问题。装置包括加热芯管、导流歧管、加热气囊、旋转接头、空气压缩机和加热器；加热芯管上设置与其相连通的导流歧管；加热芯管的周围包覆带有气囊小孔的加热气囊；方法一：加热芯管及加热气囊插入金属内衬，金属内衬固定在缠绕机主轴上，缠绕，加热固化，降温；方法二：加热芯管及加热气囊插入金属内衬，金属内衬固定在缠绕机主轴上，缠绕的同时进行加热固化，降温。本发明可获得一种加热固化成型装置及纤维缠绕金属内衬复合容器。

Description

一种加热固化成型装置及使用其制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法

技术领域

本发明涉及一种固化装置及使用其制备复合容器的方法。

背景技术

以钢和铝等金属材料为内衬、以碳/玻纤维增强树脂基复合材料作为外缠绕层的复合容器，已被广泛应用于航空航天、能源、建筑、交通等领域。采用湿法工艺缠绕具有金属内衬的复合材料容器，其制造工艺过程为：首先在缠绕机上进行缠绕成型，其次根据固化制度要求对金属内衬外缠绕的复合材料层进行加热，使复合材料发生理化反应实现其固化成型。

目前金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化工艺主要采用外加热固化成型，即容器缠绕成型后，将其放入固化炉中对缠绕层按照设定的固化升温历程进行加热，促使复合材料发生理化反应，实现复合材料固化成型。由于采用外固化工艺，复合材料由外向内逐层被加热并发生理化反应，导致固化反应产生的热量和气体无法排出，从而影响复合材料固化质量，外固化工艺从外部加热的特点决定了容器缠绕、固化二道工序需要在缠绕机、固化炉两台独立的设备上完成，且容器需要在设备间转运输送。而厚壁容器需要多次缠绕和固化，导致容器生产成本高、效率低。

已公布的专利：玻璃钢缠绕管芯模全封闭式内加热固化装置，公开号：CN201979646U；一种用于缠绕玻璃钢管的加热固化模具，申请号：200420018782.3；缠绕玻璃钢管的方法及专用胎具，公开号：1359786。上述专利均描述了从内部对复合材料进行加热固化的方法，如果直接将上述装置和方法应用于缠绕容器的内固化成型会产生如下问题：

第一、上述已公布专利均是针对大长径比的管轴类形状复合材料(如玻璃钢管道、传动轴)，加热的对象均为可循环利用的内部模具，且模具及模具内部的加热芯管均为细长圆柱形状，因此易于实现模具均匀加热。然而复合材料容器通常是小长径比、容器直径大且封头入口直径小的形状。即容器封头直径远小于与容器直径，因此必须选用小直径加热芯管，芯管在插入容器内部后，在芯管和容器内衬间形成巨大的空间，通入的加热介质无法有效的流通，导致内衬加热不均匀，从而影响复合材料固化质量。

第二、如果采用导热油作为加热介质，导热油会污染容器的金属内衬，且容器体积较大时需要大量的导热油充满其内部空间，且不易实现循环加热，而且实际生产中易发生泄漏污染，显然不适合复合材料容器加热。

第三、蒸汽加热方式也不适用于复合材料容器。首先，高温高压蒸汽会使容器金属内衬表面发生氧化反应，影响容器内衬性能；其次，内衬被加热过程中会形成冷凝水，并聚集在水平放置容器的底部无法排出，容器在固化过程中需要旋转，使得内衬在转到底部时反复经历冷凝水的冷却，从而极大地影响复材固化质量；再次蒸汽温度都高于100摄氏度，固化过程中实现低于100摄氏度的金属内衬低温控制难度大，且温度控制精度非常低，从而不能有效的执行梯度固化制度，影响复合材料固化质量；最后，高温高压蒸汽不易获得，生产过程中需要单独建立锅炉并铺设供汽管路提供蒸汽，增加了生产和管理成本。

已公开发明专利“一种内加热方法及内加热固化装置CN101670633A”，是将电加热元件置于模具内，加热元件通过导电滑环与供电设施相连，该方式适用于模具需要成型后脱模并进行循环利用的产品成型，显然不适用于金属内衬复合容器，另外导电滑环是周期性耗材，在实际应用中需定期更换，且可靠性差。

以上现有技术都不能有效的实现纤维缠绕金属内衬复合容器从内部对其进行加热固化成型。

发明内容

本发明的目的是要解决现有采用外固化工艺导致容器固化成型时温度不均、固化质量差和成型效率低的问题，而提供一种加热固化成型装置及使用其制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法。

一种加热固化成型装置，它包括加热芯管、导流歧管、加热气囊、旋转接头、空气压缩机和加热器；

所述的旋转接头包括旋转接头第一进气口、旋转接头第二进气口和旋转接头出气口；加热芯管的顶端与旋转接头第二进气口相连通；加热芯管上设置与其相连通的导流歧管，且导流歧管从加热芯管的顶部至加热芯管的底部逐渐增多；

加热芯管的周围包覆带有气囊小孔的加热气囊，且加热芯管的轴心线与加热气囊的轴心线为同一轴心线；气囊小孔设置在加热气囊的外表面上，且气囊小孔从加热气囊的顶部至加热气囊的底部逐渐增多；

加热器的进气口与空气压缩机的排气口连通，加热器的排气口与旋转接头第一进气口相连通；空气压缩机的进气口与旋转接头出气口相连通。

使用一种加热固化成型装置制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、固定：将加热芯管和加热气囊插入到金属内衬内部，将金属内衬固定在缠绕机的主轴上，且金属内衬顶端与旋转接头相连通；

二、缠绕：设定缠绕工艺参数，启动缠绕机主轴旋转，在缠绕小车带动下将浸渍树脂的纤维按设定的工艺缠绕到金属内衬上，得到浸渍树脂的纤维缠绕金属内衬的复合容器；

三、加热固化：启动空气压缩机和加热器，经过空气压缩机和加热器后的热压缩气体从旋转接头第一进气口通入到加热芯管中，热压缩气体通过导流歧管进入到加热气囊中，再通过加热气囊上的气囊小孔进入到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬与气囊之间的夹腔里，通过金属内衬对浸渍树脂的纤维进行加热固化，再经旋转接头出气口回流至空气压缩机中，重新进行循环和加热固化；

四、降温：浸渍树脂的纤维固化完成后得到纤维缠绕金属内衬复合容器，待纤维缠绕金属内衬复合容器的温度降至室温，将纤维缠绕金属内衬复合容器从主轴上卸下，将加热芯管和加热气囊从纤维缠绕金属内衬复合容器中取出，即完成了纤维缠绕金属内衬复合容器的制备。

使用一种加热固化成型装置制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，具体是按以下步骤完成的：

首先将加热芯管和加热气囊插入到复合容器金属内衬内部，再将金属内衬固定在缠绕机的主轴上，然后设定缠绕工艺参数，且金属内衬顶端与旋转接头相连通；同时启动缠绕机主轴旋转、空气压缩机和加热器，在缠绕小车带动下将浸渍树脂的纤维按设定的工艺缠绕到金属内衬上，得到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬，且经过空气压缩机和加热器后的热压缩气体从旋转接头第一进气口通入到加热芯管中，热压缩气体通过导流歧管进入到加热气囊中，再通过加热气囊上的气囊小孔进入到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬与加热气囊之间的夹腔里，通过金属内衬对浸渍树脂的纤维进行加热固化，再经旋转接头出气口回流至空气压缩机中，重新进行循环和加热固化；浸渍树脂的纤维固化完成后得到纤维缠绕金属内衬复合容器；将纤维缠绕金属内衬复合容器从缠绕机的主轴上卸下，将加热芯管和加热气囊从纤维缠绕金属内衬复合容器中取出，即完成了纤维缠绕金属内衬复合容器的制备。

本发明的原理及优点：

一、本发明一种加热固化成型装置的加热芯管上设置与其相连通的导流歧管，加热芯管上导流歧管的排布规律为：导流歧管的直径为8mm～15mm，径向上导流歧管均匀分布在四个象限，且导流歧管的端点到加热芯管轴线的垂直距离不超过金属内衬瓶口半径的三分之一，轴向上导流歧管之间的间距成递减趋势，越靠近加热芯管的尾部，导流歧管距离越近，导流歧管越密集；导流歧管为七排，第一排导流歧管与旋转接头的距离占加热芯管总长度的10％，第二排导流歧管与第一排导流歧管的距离占加热芯管总长度的25％，第三排导流歧管与第二排导流歧管的距离占加热芯管总长度的22％，第四排导流歧管与第三排导流歧管的距离占加热芯管总长度的18％，第五排导流歧管与第四排导流歧管的距离占加热芯管总长度的13％，第六排导流歧管与第五排导流歧管的距离占加热芯管总长度的8％，第六排导流歧管距离加热芯管端尾的距离占加热芯管总长度的4％；

气囊小孔设置在加热气囊的外表面上，气囊小孔分布的规律为：气囊小孔的直径为4mm～6mm，径向上气囊小孔均匀分布，轴向上，气囊小孔之间的间距成递减趋势，越靠近气囊尾部，气囊小孔之间的间距越小，气囊小孔越密集；例如，有八排气囊小孔：第一排气囊小孔与加热气囊端头的距离占加热气囊总长度的10％，第二排气囊小孔与第一排的距离占加热气囊总长度的22％，第三排气囊小孔与第二排气囊小孔的距离占加热气囊总长度的20％，第四排气囊小孔与第三排气囊小孔的距离占加热气囊总长度的20％，第五排气囊小孔与第四排气囊小孔的距离占加热气囊总长度的13％，第六排气囊小孔与第五排气囊小孔的距离占加热气囊总长度的9％，第七排气囊小孔与第六排气囊小孔的距离占加热气囊总长度的6％，第八排气囊小孔与加热气囊尾部的长度占加热气囊总长度的3％。加热芯管的顶端与旋转接头进气口相连通，从加热气囊和金属内衬间流出的气体经旋转接头出气口后依次进入空气压缩机和加热器，重新进行循环和加热固化；

二、本发明根据浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的容器形状及尺寸不同，导流歧管与加热芯管之间的角度可以变化，以便更好的将热压缩空气输送至加热气囊底部，使加热气囊充分均匀膨胀。导流歧管沿加热芯管周向均匀分布，且导流歧管从加热芯管的顶部至加热芯管的底部间距逐渐增多；

三、本发明加热芯管的外层设有加热气囊，加热气囊上开有小孔；采用加热气囊的目的是：当加热气囊内部有压力时，加热气囊膨胀，热空气通过加热气囊上的小孔喷向浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬内部，由于加热气囊的这种弹性膨胀，使得加热气囊相比于加热芯管更贴近于浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内壁，从而能更好的的对浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内胆壁实现均匀加热；本发明中加热气囊的形状及尺寸随浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬形状及尺寸不同而不同，可通过加热气囊尺寸的改变来设计加热气囊和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬间的热空气流通通道，从而保证热空气流通的通畅性和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬加热的均匀性。气囊小孔沿加热气囊圆周方向均匀分布，且气囊小孔从加热气囊的顶部至加热气囊的底部逐渐增多；

四、本发明采用内加热固化方式制备的纤维复合材料缠绕金属内衬复合容器的外缠绕层的纤维复合材料固化成型时温度均匀，固化质量好，成型效率高和生产成本低；

五、本发明的方法简单，采用内加热固化方式，或边缠绕边固化方式有利于树脂浸润纤维，排除气泡，降低外层纤维的缠绕导致内层已经缠绕纤维的张力松弛，从而提高容器的质量及承载能力；加热气囊的应用，能够使得热空气沿金属内衬内壁流动，实现金属内衬内壁的均匀加热；采用压缩空气对金属内衬内胆加热，以防止用水蒸汽对金属内衬加热带来的氧化、加热冷凝水无法排出、低温控温难及蒸汽不易获得等问题；另外采用本发明的装置及方法金属内衬缠绕和外缠绕层的纤维复合材料固化在一台设备上即可完成，从而省掉固化炉及金属内衬从缠绕机到固化炉的输送作业，对于厚壁的金属内衬还可以在缠绕的同时进行固化，从而进一步提高容器成型效率。

本发明可获得一种加热固化成型装置及纤维缠绕金属内衬复合容器。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种加热固化成型装置的结构示意图；

图2为具体实施方式一所述的加热气囊的主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种加热固化成型装置，它包括加热芯管1、导流歧管2、加热气囊3、旋转接头、空气压缩机7和加热器8；

所述的旋转接头包括旋转接头第一进气口6-1、旋转接头第二进气口6-2和旋转接头出气口6-3；加热芯管1的顶端与旋转接头第二进气口6-2相连通；加热芯管1上设置与其相连通的导流歧管2，且导流歧管2从加热芯管1的顶部至加热芯管1的底部逐渐增多；

加热芯管1的周围包覆带有气囊小孔4的加热气囊3，且加热芯管1的轴心线与加热气囊3的轴心线为同一轴心线；气囊小孔4设置在加热气囊3的外表面上，且气囊小孔4从加热气囊3的顶部至加热气囊3的底部逐渐增多；

加热器8的进气口与空气压缩机7的排气口连通，加热器8的排气口与旋转接头第一进气口6-1相连通；空气压缩机7的进气口与旋转接头出气口6-3相连通。

图1为具体实施方式一所述的一种加热固化成型装置的结构示意图；图中1为加热芯管，2为导流歧管，3为加热气囊，5为要制备的纤维复合材料缠绕金属内衬复合容器，6-1为旋转接头第一进气口，6-2为旋转接头第二进气口，6-3为旋转接头出气口，7为空气压缩机，8为加热器；

图2为具体实施方式一所述的加热气囊的主视图，图中4为气囊小孔。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式一种加热固化成型装置的加热芯管1上设置与其相连通的导流歧管2，加热芯管1上导流歧管2的排布规律为：导流歧管2的直径为8mm～15mm，径向上导流歧管2均匀分布在四个象限，且导流歧管2的端点到加热芯管1轴线的垂直距离不超过金属内衬瓶口半径的三分之一，轴向上导流歧管2之间的间距成递减趋势，越靠近加热芯管1的尾部，导流歧管2距离越近，导流歧管2越密集；导流歧管2为七排，第一排导流歧管2与旋转接头的距离占加热芯管1总长度的10％，第二排导流歧管2与第一排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的25％，第三排导流歧管2与第二排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的22％，第四排导流歧管2与第三排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的18％，第五排导流歧管2与第四排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的13％，第六排导流歧管2与第五排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的8％，第六排导流歧管2距离加热芯管1端尾的距离占加热芯管1总长度的4％；

气囊小孔4设置在加热气囊3的外表面上，气囊小孔4分布的规律为：气囊小孔4的直径为4mm～6mm，径向上气囊小孔4均匀分布，轴向上，气囊小孔4之间的间距成递减趋势，越靠近气囊尾部，气囊小孔4之间的间距越小，气囊小孔4越密集；例如，有八排气囊小孔4：第一排气囊小孔4与加热气囊3端头的距离占加热气囊3总长度的10％，第二排气囊小孔4与第一排的距离占加热气囊3总长度的22％，第三排气囊小孔4与第二排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的20％，第四排气囊小孔4与第三排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的20％，第五排气囊小孔4与第四排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的13％，第六排气囊小孔4与第五排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的9％，第七排气囊小孔4与第六排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的6％，第八排气囊小孔4与加热气囊3尾部的长度占加热气囊3总长度的3％。加热芯管1的顶端与旋转接头进气口6-2相连通，从加热气囊3和金属内衬间流出的气体经旋转接头出气口6-3后依次进入空气压缩机和加热器，重新进行循环和加热固化；

二、本实施方式根据浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的容器形状及尺寸不同，导流歧管2与加热芯管1之间的角度可以变化，以便更好的将热压缩空气输送至加热气囊3底部，使加热气囊3充分均匀膨胀。导流歧管2沿加热芯管1周向均匀分布，且导流歧管2从加热芯管1的顶部至加热芯管1的底部逐渐增多；

三、本实施方式加热芯管1的外层设有加热气囊3，加热气囊3上开有小孔；采用加热气囊3的目的是：当加热气囊3内部有压力时，加热气囊3膨胀，热空气通过加热气囊3上的小孔喷向浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬内部，由于加热气囊3的这种弹性膨胀，使得加热气3相比于加热芯管1更贴近于浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内壁，从而能更好的的对浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内胆壁实现均匀加热；本实施方式中加热气囊3的形状及尺寸随浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬形状及尺寸不同而不同，可通过加热气囊3尺寸的改变来设计加热气囊3和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬间的热空气流通通道，从而保证热空气流通的通畅性和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬加热的均匀性。气囊小孔4沿加热气囊3圆周方向均匀分布，且气囊小孔4从加热气囊3的顶部至加热气囊3的底部逐渐增多；

四、本实施方式采用内加热固化方式制备的纤维缠绕金属内衬复合容器的外缠绕层的纤维固化成型时温度均匀，固化质量好，成型效率高和生产成本低；

五、本实施方式的方法简单，采用内加热固化方式，或边缠绕边固化方式有利于树脂浸润纤维，排除气泡，降低外层纤维的缠绕导致内层已经缠绕纤维的张力松弛，从而提高容器的质量及承载能力；加热气囊3的应用，能够使得热空气沿金属内衬内壁流动，实现金属内衬内壁的均匀加热；采用压缩空气对金属内衬内胆加热，以防止用水蒸汽对金属内衬加热带来的氧化、加热冷凝水无法排出、低温控温难及蒸汽不易获得等问题；另外采用本实施方式的装置及方法金属内衬缠绕和外缠绕层的纤维复合材料固化在一台设备上即可完成，从而省掉固化炉及金属内衬从缠绕机到固化炉的输送作业，对于厚壁的金属内衬还可以在缠绕的同时进行固化，从而进一步提高容器成型效率。

本实施方式可获得一种加热固化成型装置及纤维缠绕金属内衬复合容器。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：导流歧管2与加热芯管1之间的角度变化为距离加热芯管1的顶部1/10加热芯管1长度处设置的导流歧管2与加热芯管1的轴心线所成的角度为30°～45°，距离加热芯管1的顶部1/10加热芯管1长度处至距离加热芯管1的顶部2/25加热芯管1长度处，导流歧管2与加热芯管1的轴心线所成的角度均匀递增，角度为45°～85°，距离加热芯管1的顶部1/25加热芯管1长度处，导流歧管2与加热芯管1的轴心线所成的角度为90°，加热芯管1的底部设置的导流歧管2与加热芯管1的轴心线所成的角度为0°。其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：加热芯管1的材质为钢或铝。其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：导流歧管2的材质为钢或铝。其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：加热气囊3的材质为编织布。其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式是使用一种加热固化成型装置制备纤维复合材料缠绕金属内衬复合容器的方法具体是按以下步骤完成的：

一、固定：将加热芯管1和加热气囊3插入到金属内衬内部，将金属内衬固定在缠绕机的主轴上，且金属内衬顶端与旋转接头相连通；

二、缠绕：设定缠绕工艺参数，启动缠绕机主轴旋转，在缠绕小车带动下将浸渍树脂的纤维按设定的工艺缠绕到金属内衬上，得到浸渍树脂的纤维缠绕金属内衬的复合容器；

三、加热固化：启动空气压缩机7和加热器8，经过空气压缩机7和加热器8后的热压缩气体从旋转接头第一进气口6-1通入到加热芯管1中，热压缩气体通过导流歧管2进入到加热气囊3中，再通过加热气囊3上的气囊小孔4进入到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬与气囊之间的夹腔里，通过金属内衬对浸渍树脂的纤维进行加热固化，再经旋转接头出气口6-3回流至空气压缩机7中，重新进行循环和加热固化；

四、降温：浸渍树脂的纤维固化完成后得到纤维缠绕金属内衬复合容器，待纤维缠绕金属内衬复合容器的温度降至室温，将纤维缠绕金属内衬复合容器从主轴上卸下，将加热芯管1和加热气囊3从纤维复合材料缠绕金属内衬复合容器中取出，即完成了纤维复合材料缠绕金属内衬复合容器的制备。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式一种加热固化成型装置的加热芯管1上设置与其相连通的导流歧管2，加热芯管1上导流歧管2的排布规律为：导流歧管2的直径为8mm～15mm，径向上导流歧管2均匀分布在四个象限，且导流歧管2的端点到加热芯管1轴线的垂直距离不超过金属内衬瓶口半径的三分之一，轴向上导流歧管2之间的间距成递减趋势，越靠近加热芯管1的尾部，导流歧管2距离越近，导流歧管2越密集；导流歧管2为七排，第一排导流歧管2与旋转接头的距离占加热芯管1总长度的10％，第二排导流歧管2与第一排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的25％，第三排导流歧管2与第二排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的22％，第四排导流歧管2与第三排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的18％，第五排导流歧管2与第四排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的13％，第六排导流歧管2与第五排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的8％，第六排导流歧管2距离加热芯管1端尾的距离占加热芯管1总长度的4％；

气囊小孔4设置在加热气囊3的外表面上，气囊小孔4分布的规律为：气囊小孔4的直径为4mm～6mm，径向上气囊小孔4均匀分布，轴向上，气囊小孔4之间的间距成递减趋势，越靠近气囊尾部，气囊小孔4之间的间距越小，气囊小孔4越密集；例如，有八排气囊小孔4：第一排气囊小孔4与加热气囊3端头的距离占加热气囊3总长度的10％，第二排气囊小孔4与第一排的距离占加热气囊3总长度的22％，第三排气囊小孔4与第二排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的20％，第四排气囊小孔4与第三排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的20％，第五排气囊小孔4与第四排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的13％，第六排气囊小孔4与第五排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的9％，第七排气囊小孔4与第六排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的6％，第八排气囊小孔4与加热气囊3尾部的长度占加热气囊3总长度的3％。加热芯管1的顶端与旋转接头进气口6-2相连通，从加热气囊3和金属内衬间流出的气体经旋转接头出气口6-3后依次进入空气压缩机和加热器，重新进行循环和加热固化；

二、本实施方式根据浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的容器形状及尺寸不同，导流歧管2与加热芯管1之间的角度可以变化，以便更好的将热压缩空气输送至加热气囊3底部，使加热气囊3充分均匀膨胀。导流歧管2沿加热芯管1周向均匀分布，且导流歧管2从加热芯管1的顶部至加热芯管1的底部逐渐增多；

三、本实施方式加热芯管1的外层设有加热气囊3，加热气囊3上开有小孔；采用加热气囊3的目的是：当加热气囊3内部有压力时，加热气囊3膨胀，热空气通过加热气囊3上的小孔喷向浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬内部，由于加热气囊3的这种弹性膨胀，使得加热气3相比于加热芯管1更贴近于浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内壁，从而能更好的的对浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内胆壁实现均匀加热；本实施方式中加热气囊3的形状及尺寸随浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬形状及尺寸不同而不同，可通过加热气囊3尺寸的改变来设计加热气囊3和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬间的热空气流通通道，从而保证热空气流通的通畅性和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬加热的均匀性。气囊小孔4沿加热气囊3圆周方向均匀分布，且气囊小孔4从加热气囊3的顶部至加热气囊3的底部逐渐增多；

四、本实施方式采用内加热固化方式制备的纤维缠绕金属内衬复合容器的外缠绕层的纤维固化成型时温度均匀，固化质量好，成型效率高和生产成本低；

五、本实施方式的方法简单，采用内加热固化方式，或边缠绕边固化方式有利于树脂浸润纤维，排除气泡，降低外层纤维的缠绕导致内层已经缠绕纤维的张力松弛，从而提高容器的质量及承载能力；加热气囊3的应用，能够使得热空气沿金属内衬内壁流动，实现金属内衬内壁的均匀加热；采用压缩空气对金属内衬内胆加热，以防止用水蒸汽对金属内衬加热带来的氧化、加热冷凝水无法排出、低温控温难及蒸汽不易获得等问题；另外采用本实施方式的装置及方法金属内衬缠绕和外缠绕层的纤维复合材料固化在一台设备上即可完成，从而省掉固化炉及金属内衬从缠绕机到固化炉的输送作业，对于厚壁的金属内衬还可以在缠绕的同时进行固化，从而进一步提高容器成型效率。

本实施方式可获得一种加热固化成型装置及纤维缠绕金属内衬复合容器。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同点是：步骤二中所述的浸渍树脂为环氧树脂或酚醛树脂。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同点是：步骤二中所述的纤维为碳纤维或玻璃钢纤维。其他步骤与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同点是：步骤三中所述的加热固化的温度为80℃～180℃，固化的时间为30min～120min。其他步骤与具体实施方式六至八相同。

具体实施方式十：本实施方式是使用一种加热固化成型装置制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法具体是按以下步骤完成的：

首先将加热芯管1和加热气囊3插入到复合容器金属内衬内部，再将金属内衬固定在缠绕机的主轴上，然后设定缠绕工艺参数，且金属内衬顶端与旋转接头相连通；同时启动缠绕机主轴旋转、空气压缩机7和加热器8，在缠绕小车带动下将浸渍树脂的纤维按设定的工艺缠绕到金属内衬上，得到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬，且经过空气压缩机7和加热器8后的热压缩气体从旋转接头第一进气口6-1通入到加热芯管1中，热压缩气体通过导流歧管2进入到加热气囊3中，再通过加热气囊3上的气囊小孔4进入到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬与加热气囊3之间的夹腔里，通过金属内衬对浸渍树脂的纤维进行加热固化，再经旋转接头出气口6-3回流至空气压缩机7中，重新进行循环和加热固化；浸渍树脂的纤维固化完成后得到纤维缠绕金属内衬复合容器；将纤维缠绕金属内衬复合容器从缠绕机的主轴上卸下，将加热芯管1和加热气囊3从纤维复合材料缠绕金属内衬复合容器中取出，即完成了纤维缠绕金属内衬复合容器的制备。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式一种加热固化成型装置的加热芯管1上设置与其相连通的导流歧管2，加热芯管1上导流歧管2的排布规律为：导流歧管2的直径为8mm～15mm，径向上导流歧管2均匀分布在四个象限，且导流歧管2的端点到加热芯管1轴线的垂直距离不超过金属内衬瓶口半径的三分之一，轴向上导流歧管2之间的间距成递减趋势，越靠近加热芯管1的尾部，导流歧管2距离越近，导流歧管2越密集；导流歧管2为七排，第一排导流歧管2与旋转接头的距离占加热芯管1总长度的10％，第二排导流歧管2与第一排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的25％，第三排导流歧管2与第二排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的22％，第四排导流歧管2与第三排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的18％，第五排导流歧管2与第四排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的13％，第六排导流歧管2与第五排导流歧管2的距离占加热芯管1总长度的8％，第六排导流歧管2距离加热芯管1端尾的距离占加热芯管1总长度的4％；

气囊小孔4设置在加热气囊3的外表面上，气囊小孔4分布的规律为：气囊小孔4的直径为4mm～6mm，径向上气囊小孔4均匀分布，轴向上，气囊小孔4之间的间距成递减趋势，越靠近气囊尾部，气囊小孔4之间的间距越小，气囊小孔4越密集；例如，有八排气囊小孔4：第一排气囊小孔4与加热气囊3端头的距离占加热气囊3总长度的10％，第二排气囊小孔4与第一排的距离占加热气囊3总长度的22％，第三排气囊小孔4与第二排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的20％，第四排气囊小孔4与第三排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的20％，第五排气囊小孔4与第四排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的13％，第六排气囊小孔4与第五排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的9％，第七排气囊小孔4与第六排气囊小孔4的距离占加热气囊3总长度的6％，第八排气囊小孔4与加热气囊3尾部的长度占加热气囊3总长度的3％。加热芯管1的顶端与旋转接头进气口6-2相连通，从加热气囊3和金属内衬间流出的气体经旋转接头出气口6-3后依次进入空气压缩机和加热器，重新进行循环和加热固化；

二、本实施方式根据浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的容器形状及尺寸不同，导流歧管2与加热芯管1之间的角度可以变化，以便更好的将热压缩空气输送至加热气囊3底部，使加热气囊3充分均匀膨胀。导流歧管2沿加热芯管1周向均匀分布，且导流歧管2从加热芯管1的顶部至加热芯管1的底部逐渐增多；

三、本实施方式加热芯管1的外层设有加热气囊3，加热气囊3上开有小孔；采用加热气囊3的目的是：当加热气囊3内部有压力时，加热气囊3膨胀，热空气通过加热气囊3上的小孔喷向浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬内部，由于加热气囊3的这种弹性膨胀，使得加热气3相比于加热芯管1更贴近于浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内壁，从而能更好的的对浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬的内胆壁实现均匀加热；本实施方式中加热气囊3的形状及尺寸随浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬形状及尺寸不同而不同，可通过加热气囊3尺寸的改变来设计加热气囊3和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬间的热空气流通通道，从而保证热空气流通的通畅性和浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬加热的均匀性。气囊小孔4沿加热气囊3圆周方向均匀分布，且气囊小孔4从加热气囊3的顶部至加热气囊3的底部逐渐增多；

四、本实施方式采用内加热固化方式制备的纤维缠绕金属内衬复合容器的外缠绕层的纤维固化成型时温度均匀，固化质量好，成型效率高和生产成本低；

五、本实施方式的方法简单，采用内加热固化方式，或边缠绕边固化方式有利于树脂浸润纤维，排除气泡，降低外层纤维的缠绕导致内层已经缠绕纤维的张力松弛，从而提高容器的质量及承载能力；加热气囊3的应用，能够使得热空气沿金属内衬内壁流动，实现金属内衬内壁的均匀加热；采用压缩空气对金属内衬内胆加热，以防止用水蒸汽对金属内衬加热带来的氧化、加热冷凝水无法排出、低温控温难及蒸汽不易获得等问题；另外采用本实施方式的装置及方法金属内衬缠绕和外缠绕层的纤维复合材料固化在一台设备上即可完成，从而省掉固化炉及金属内衬从缠绕机到固化炉的输送作业，对于厚壁的金属内衬还可以在缠绕的同时进行固化，从而进一步提高容器成型效率。

本实施方式可获得一种加热固化成型装置及纤维缠绕金属内衬复合容器。

Claims (10)

1.一种加热固化成型装置，其特征在于它包括加热芯管(1)、导流歧管(2)、加热气囊(3)、旋转接头、空气压缩机(7)和加热器(8)；

所述的旋转接头包括旋转接头第一进气口(6-1)、旋转接头第二进气口(6-2)和旋转接头出气口(6-3)；加热芯管(1)的顶端与旋转接头第二进气口(6-2)相连通；加热芯管(1)上设置与其相连通的导流歧管(2)，且导流歧管(2)从加热芯管(1)的顶部至加热芯管(1)的底部逐渐增多；

加热芯管(1)的周围包覆带有气囊小孔(4)的加热气囊(3)，且加热芯管(1)的轴心线与加热气囊(3)的轴心线为同一轴心线；气囊小孔(4)设置在加热气囊(3)的外表面上，且气囊小孔(4)从加热气囊(3)的顶部至加热气囊(3)的底部逐渐增多；

加热器(8)的进气口与空气压缩机(7)的排气口连通，加热器(8)的排气口与旋转接头第一进气口(6-1)相连通；空气压缩机(7)的进气口与旋转接头出气口(6-3)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种加热固化成型装置，其特征在于导流歧管(2)与加热芯管(1)之间的角度变化为距离加热芯管(1)的顶部1/10加热芯管(1)长度处设置的导流歧管(2)与加热芯管(1)的轴心线所成的角度为30°～45°，距离加热芯管(1)的顶部1/10加热芯管(1)长度处至距离加热芯管(1)的顶部2/25加热芯管(1)长度处，导流歧管(2)与加热芯管(1)的轴心线所成的角度均匀递增，角度为45°～85°，距离加热芯管(1)的顶部1/25加热芯管(1)长度处，导流歧管(2)与加热芯管(1)的轴心线所成的角度为90°，加热芯管(1)的底部设置的导流歧管(2)与加热芯管(1)的轴心线所成的角度为0°。

3.根据权利要求1所述的一种加热固化成型装置，其特征在于加热芯管(1)的材质为钢或铝。

4.根据权利要求1所述的一种加热固化成型装置，其特征在于导流歧管(2)的材质为钢或铝。

5.根据权利要求1所述的一种加热固化成型装置，其特征在于加热气囊(3)的材质为编织布。

6.使用权利要求1所述的加热固化成型装置制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，其特征在于具体是按以下步骤完成的：

一、固定：将加热芯管(1)和加热气囊(3)插入到金属内衬内部，将金属内衬固定在缠绕机的主轴上，且金属内衬顶端与旋转接头相连通；

二、缠绕：设定缠绕工艺参数，启动缠绕机主轴旋转，在缠绕小车带动下将浸渍树脂的纤维按设定的工艺缠绕到金属内衬上，得到浸渍树脂的纤维缠绕金属内衬的复合容器；

三、加热固化：启动空气压缩机(7)和加热器(8)，经过空气压缩机(7)和加热器(8)后的热压缩气体从旋转接头第一进气口(6-1)通入到加热芯管(1)中，热压缩气体通过导流歧管(2)进入到加热气囊(3)中，再通过加热气囊(3)上的气囊小孔(4)进入到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬与气囊之间的夹腔里，通过金属内衬对浸渍树脂的纤维进行加热固化，再经旋转接头出气口(6-3)回流至空气压缩机(7)中，重新进行循环和加热固化；

四、降温：浸渍树脂的纤维固化完成后得到纤维缠绕金属内衬复合容器，待纤维缠绕金属内衬复合容器的温度降至室温，将纤维缠绕金属内衬复合容器从主轴上卸下，将加热芯管(1)和加热气囊(3)从纤维缠绕金属内衬复合容器中取出，即完成了纤维缠绕金属内衬复合容器的制备。

7.根据权利要求6所述的制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，其特征在于步骤二中所述的浸渍树脂为环氧树脂或酚醛树脂。

8.根据权利要求6所述的制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，其特征在于步骤二中所述的纤维为碳纤维或玻璃钢纤维。

9.根据权利要求6所述的制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，其特征在于步骤三中所述的加热固化的温度为80℃～180℃，固化的时间为30min～120min。

10.使用权利要求1所述的加热固化成型装置制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，其特征在于具体是按以下步骤完成的：

首先将加热芯管(1)和加热气囊(3)插入到复合容器金属内衬内部，再将金属内衬固定在缠绕机的主轴上，然后设定缠绕工艺参数，且金属内衬顶端与旋转接头相连通；同时启动缠绕机主轴旋转、空气压缩机(7)和加热器(8)，在缠绕小车带动下将浸渍树脂的纤维按设定的工艺缠绕到金属内衬上，得到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬，且经过空气压缩机(7)和加热器(8)后的热压缩气体从旋转接头第一进气口(6-1)通入到加热芯管(1)中，热压缩气体通过导流歧管(2)进入到加热气囊(3)中，再通过加热气囊(3)上的气囊小孔(4)进入到浸渍树脂的纤维缠绕的金属内衬与加热气囊(3)之间的夹腔里，通过金属内衬对浸渍树脂的纤维进行加热固化，再经旋转接头出气口(6-3)回流至空气压缩机(7)中，重新进行循环和加热固化；浸渍树脂的纤维固化完成后得到纤维缠绕金属内衬复合容器；将纤维缠绕金属内衬复合容器从缠绕机的主轴上卸下，将加热芯管(1)和加热气囊(3)从纤维缠绕金属内衬复合容器中取出，即完成了纤维缠绕金属内衬复合容器的制备。