CN104033724B - 竹缠绕复合立式储罐的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征是：依次制得封头内衬层、封头增强层和外防护层从而制得顶部封头，接着直接在平面基础上制作罐底平面，再制作储罐主体，将储罐顶部封头固定在匹配的储罐主体模具上端，先制得储罐主体内衬层，然后储罐主体模具绕其轴线旋转，缠绕小车在其轨道内上下往复运动，利用二者之间的相对运动将竹篾卷排列整齐地缠绕在储罐主体内衬层外面以及储罐主体与储罐顶部封头的结合处，边缠绕边加入树脂混合物经过固化后形成储罐主体增强层，最后涂上外防护层；罐底和主体的结合处内外用树脂和竹纤维无纺布密封，糊制圆弧过渡区，经固化后再涂一层外防护层。本发明所述方法成本低廉、过程环保、产品质量优良。

Description

竹缠绕复合立式储罐的制备方法

技术领域

本发明涉及一种竹缠绕复合立式储罐的制备方法，属于大直径压力容器应用领域。

背景技术

近年来，我国经济持续快速增长，为大直径容器在市场上的应用带来良好的机遇。尤其在石油化工、轻工、能源、航天等领域得到广泛应用。大型容器从结构形式上可分为四类：第一类是全金属型容器；第二类是金属内衬环向缠绕复合材料增强型复合压力容器；第三类是全缠绕复合材料立式储罐是大型容器主要表现形式；第四类是塑料内衬全缠绕复合材料增强型复合压力容器。

由于复合容器不仅兼顾了金属内衬的良好加工性、气密性、耐蚀性和高强度、高韧性等特点，又综合了复合材料重量轻、安全性好以及良好的可设计性等优点，使其具有强度好、质轻、耐腐等优良性能，复合容器比钢质压力容器的重量可减轻1／3～2／3；同时复合材料在受到撞击或高速冲击发生破坏时，不会产生具有危险性的碎片，从而降低或避免了对人员的伤害，复合容器比金属容器具有更好的使用安全性。

纤维缠绕复合压力容器实体结构是由内衬层、纤维缠绕增强层和外保护层组成。复合容器中增强层承担绝大部分的压力载荷，纤维是复合材料的主要承载部分。目前常用的纤维增强材料有玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉(Kevlar)纤维等，主要产品形式为无捻纱。这些材料制作的复合压力容器虽然有很多优点被广泛应用，但是存在成本高，能耗高，资源不可再生，不可降解等环境问题。

专利号为2010203026585，专利名称为“竹纤维增强塑料容器”的中国专利中公开了一种压力容器：由筒身和位于筒身端部的封头组成，其特征在于容器壁由从内到外排列的内衬层、增强层和外防护层构成，增强层为覆在内衬层上的竹纤维层，其说明书部分公开了上述容器的制备方法。这种容器既节约石油资源又节约能耗又环保且资源可再生，是理想的新一代复合容器。但上述容器的制备方法存在以下缺陷和不足：增强层使用的竹纤维毡和竹纤维布是竹材料需深层次加工，成本高、污染高，且采用手工糊制，生产效率低，产品质量稳定性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种生产成本低廉、生产过程环保、产品质量优于现有传统大直径容器的竹缠绕复合立式储罐的制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种竹缠绕复合立式储罐的制备方法，分别制得顶部封头和储罐主体，然后在罐底平面上进行组装，其特征在于：所述的顶部封头制备方法为竹纤维毡通过树脂粘附在顶部封头模具上制成顶部封头内衬层，将竹篾卷均匀地铺在封头内衬层外，边铺边加入树脂混合物，多层铺设以达到设计厚度，经过固化后形成顶部封头增强层，最后在顶部封头增强层外表面涂上防护层；

所述的罐底平面制备方法为直接在平面基础上制作，将竹材料与树脂按设计排列，分层糊制达到设计厚度，固化后再在其表面以竹纤维毡和不饱和聚酯树脂糊制3层，厚度达1.5-3mm，待固化后对接缝处进行表面打磨，为与罐体的连接做好准备；

所述的储罐主体制备方法为将储罐顶部封头固定在匹配的储罐主体模具上端，将竹纤维毡通过树脂粘附在储罐主体模具上制成储罐主体内衬层；缠绕小车轨道垂直立于储罐主体模具旁，PLC程序控制储罐主体模具绕其轴线旋转，缠绕小车在其轨道内上下往复运动，利用二者之间的相对运动将竹篾卷排列整齐地缠绕在储罐主体内衬层外面以及储罐主体与储罐顶部封头的结合处，边缠绕边加入树脂混合物，多层缠绕以达到设计厚度，经过固化后形成储罐主体增强层，最后在储罐主体增强层外表面涂上外防护层；

储罐底部和储罐主体的结合处内外用树脂和竹纤维无纺布密封，糊制圆弧过渡区，经固化后再涂一层外防护层。

本发明所述的顶部封头内衬层、储罐主体内衬层中所用的树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂。上述树脂防腐性能优异，可以满足贮放不同介质的要求。

本发明所述的竹篾卷的制作方法为将毛竹开成竹篾，接着脱脂然后清洗并干燥，最后竹篾与毡布粘结或缝合或编织的方式连接成一条连续的竹篾带，并卷成卷。使用竹篾卷作为原材料的缠绕方式，保持了竹材料轴向拉伸强度，同时使得竹材料加工更环保，成本更低廉，缠绕制作效率成倍提高。

本发明所述的竹篾卷用于制备储罐主体时将毛竹开成长2-6m、厚度0.5-3mm、宽1-25mm的竹篾。将毛竹开成上述尺寸范围的竹篾的好处是增加竹材料的利用率。

本发明所述的封头增强层制备过程中，将竹篾卷逐层交替铺设，各层之间夹角为0°~90°，采用上述铺设方法的好处是结构强度均匀、密实。

本发明所述的储罐主体增强层制备过程中，将竹篾卷逐层交叉缠绕在储罐主体内衬层外面以及储罐主体与储罐顶部封头的结合处，交叉角度为30°~90°，缠绕厚度由顶部向底部逐步递增。采用上述铺设方法的好处是能满足储罐各部位的受力要求。储罐罐体由上到下受到的内部压力逐渐增强，因此缠绕厚度由顶部向底部逐步递增。

本发明储罐主体与罐底的组装过程中，采用的树脂为不饱和聚酯树脂；圆弧的角度为45°。不饱和聚酯树脂的好处是树脂形变系数小、强度和延伸度较高、质量稳定。45度角的圆弧过渡区其作用和好处是分散载荷、消除底角连接处的应力集中的缺陷。

本发明所述的树脂混合物中各组分质量百分比为氨基类树脂87%-97%，生物基填料2%-10%，固化剂1-3%。上述树脂混合物的好处是价格低廉且与竹篾有优异的粘合效果。

本发明所述的外防护层为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、油漆或沥青等。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明采用了天然竹材而非目前能耗和成本都比较高的玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、竹纤维毡和竹纤维布（竹纤维毡和竹纤维布是由竹子经过纤维化后再加入化学胶拉捻而成，纤维化过程污染重、成本高。而用竹篾卷缠绕成增强层，既环保又能降低50%以上成本。）使用价格低廉的氨基类树脂作为粘结剂，将竹天然纤维的轴向拉伸强度使用至最大化，既节约石油资源、节约能耗、环保且资源可再生。本发明采用机械化加工，能高效率自动化制造新型大容量复合容器。同时本发明增加了竹材料资源的综合利用性，可增加农民收入，具有积极的社会经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例1所述储罐结构示意图。

图2为本发明实施例1储罐顶部封头结构示意图。

图3为本发明实施例1储罐组装结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例以容量为1000m3的立式储罐为例，其直径为10000mm；高度为13000mm。

本实施例中采用的竹纤维毡是一种竹纤维无纺布，为现有技术。

一、顶部封头的制备方法。

1、制作封头内衬层。

将上述竹纤维毡通过树脂粘附在顶部封头模具上，所述的树脂优选采用防腐性能好的树脂，形成防渗、防腐且内壁光滑的储罐顶部封头内衬层。

2、制作竹篾卷。

将毛竹开成竹篾，长度2000mm、宽度5mm和厚度0.8mm。接着干燥至含水率5%—8%，最后竹篾采用网格布粘结的方式连接成一条连续的竹篾带，并卷成卷。

3、制作封头增强层。

本实施例中将上述竹篾卷逐层交替铺设，各层之间夹角为0°~90°，铺设在储罐顶部封头内衬层外，上述铺设方式需考虑克服多方面的应力。边铺边加入树脂混合物，树脂混合物中各组分重量百分比为氨基类树脂87%-97%，生物基填料2%-10%，固化剂1-3%。

多层铺设竹篾卷以达到设计厚度，经过固化后形成储罐顶部封头增强层。

4、制作外防护层。

在储罐顶部封头增强层外涂上外防护层，外防护层材质为为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、油漆或沥青等，具有防腐防水的效果。参见图2，储罐顶部封头其截面上由内之外分别为封头内衬层1、封头增强层2和外防护层3。

二、储罐主体的制备方法。

1、将1000m3储罐主体模具放置在托架上保持储罐主体模具表面与地平面垂直，通过几个可伸缩的悬臂将托架固定在储罐主体模具中央一个大的主轴上，此主轴由液压驱动，通过管线与液压泵相连。缠绕小车轨道垂直立于模具旁，整个装置由PLC程序控制。将制好的顶部封头吊装在储罐主体罐体模具上方。

2、制作储罐主体内衬层4。

竹纤维毡通过树脂粘附在储罐主体模具上制成储罐主体内衬层，储罐主体内衬层与顶部封头内衬界面粘合。所述的树脂优选采用防腐性能优异的树脂，形成防渗、防腐且内壁光滑的储罐主体内衬层。

3、制作竹篾卷。

将毛竹开成长2m、厚度1.2mm、宽10mm的竹篾。干燥后的竹篾采用网格布粘结的方式连接成一条连续的竹篾带，并卷成卷。

4、制作储罐主体增强层5。

缠绕时，储罐主体模具水平旋转，小车在轨道上上下运动，利用二者之间的相对运动完成缠绕。通过PLC控制，将竹篾卷逐层采用交叉缠绕，交叉角度为30°-90°，交替地缠绕在储罐主体内衬层外面以及储罐主体与储罐顶部封头的结合处。竹篾卷排列整齐，边缠绕边加入树脂混合物，树脂混合物中各组分重量百分比为改性脲醛树脂95%，生物基填料3%，固化剂2%。

多层铺设竹篾卷以达到设计厚度，罐体厚度由上到下逐渐增厚（参见图3），容量1000m3、高13m的储罐由上到下缠绕厚度分别为：30mm（顶部3m处）、40mm（3-5m处）、50mm（5-7m处）、60mm（7-9m处）、70mm（9-11m处）、80mm（11-13m处）经过固化后形成储罐主体增强层。

5、制作外防护层3。

在储罐主体增强层外涂上防腐性能优异、耐氧化的树脂，固化后即形成储罐的外防护层。参见图1，储罐主体其截面上最外一层即为外防护层3。

三、组装储罐主体和罐底。

参见图1，罐底采用平底9，直接在平面基础6上制作。将竹材料与树脂按设计排列，分层糊制达20mm厚度，固化后再在表面以竹纤维毡和不饱和聚酯树脂糊制3层，厚度达2mm。待固化后接缝处进行表面打磨，为与罐体的连接做好准备。

罐底和罐体连接处内外都用树脂和竹纤维毡密封，分别糊制200mm半径、45°角的外圆弧过渡区7和400mm半径、45°角的内圆弧过渡区8。所述的树脂优选不饱和聚酯树脂。经固化后在外部再涂一层外防护层。外防护层材质为为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、油漆或沥青等。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种竹缠绕复合立式储罐的制备方法，分别制得顶部封头和储罐主体，然后在罐底平面上进行组装，其特征在于：所述的顶部封头制备方法为竹纤维毡通过树脂粘附在顶部封头模具上制成顶部封头内衬层，将竹篾卷均匀地铺在封头内衬层外，边铺边加入树脂混合物，多层铺设以达到设计厚度，经过固化后形成顶部封头增强层，最后在顶部封头增强层外表面涂上外防护层；

所述的罐底平面制备方法为直接在平面基础上制作，将竹材料与树脂按设计排列，分层糊制达到设计厚度，固化后再在其表面以竹纤维毡和不饱和聚酯树脂糊制3层，厚度达1.5-3mm，待固化后对接缝处进行表面打磨，为与罐体的连接做好准备；

所述的储罐主体制备方法为将储罐顶部封头固定在匹配的储罐主体模具上端，将竹纤维毡通过树脂粘附在储罐主体模具上制成储罐主体内衬层；缠绕小车轨道垂直立于储罐主体模具旁，PLC程序控制储罐主体模具绕其轴线旋转，缠绕小车在其轨道内上下往复运动，利用二者之间的相对运动将竹篾卷排列整齐地缠绕在储罐主体内衬层外面以及储罐主体与储罐顶部封头的结合处，边缠绕边加入树脂混合物，多层缠绕以达到设计厚度，经过固化后形成储罐主体增强层，最后在储罐主体增强层外表面涂上外防护层；

储罐底部和储罐主体的结合处内外用树脂和竹纤维毡密封，糊制圆弧过渡区，经固化后再涂一层外防护层。

2.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：所述的顶部封头内衬层、储罐主体内衬层中所用的树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂。

3.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于所述的竹篾卷的制作方法为将毛竹开成竹篾，接着脱脂然后清洗并干燥，最后竹篾与毡布粘结或缝合或编织的方式连接成一条连续的竹篾带，并卷成卷。

4.根据权利要求3所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：所述的竹篾卷用于制备储罐主体时将毛竹开成长2-6m、厚度0.5-3mm、宽1-25mm的竹篾。

5.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：所述的封头增强层制备过程中，将竹篾卷逐层交替铺设，各层之间夹角为0°~90°。

6.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：所述的储罐主体增强层制备过程中，将竹篾卷逐层交叉缠绕在储罐主体内衬层外面以及储罐主体与储罐顶部封头的结合处，交叉角度为30°~90°，缠绕厚度由顶部向底部逐步递增。

7.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：储罐主体与罐底的组装过程中，采用的树脂为不饱和聚酯树脂；圆弧的角度为45°。

8.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：所述的树脂混合物中各组分质量百分比为氨基类树脂87%-97%，生物基填料2%-10%，固化剂1%-3%。

9.根据权利要求1所述的竹缠绕复合立式储罐的制备方法，其特征在于：所述的外防护层为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、油漆或沥青。