CN105291410A - 一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺。该工艺包括以下步骤：(1)称取环氧树脂100重量份、固化剂50-90重量份、添加剂10-20重量份，按环氧树脂、添加剂、固化剂的顺序投入配胶筒中；(2)用搅拌器进行连续匀速搅拌10-20分钟得到混合胶体；(3)将混合后的胶体投入浸胶槽中；(4)在张力器作用下，将纤维通过浸胶槽，将纤维与胶体结合后以螺旋和环向的形式缠绕并完全包覆铝内胆表面，进行湿法缠绕；(5)将缠绕完毕的气瓶放入固化炉中进行固化即得产品。与现有技术相比，本发明具有固化后产品无气泡、易于浸润、不会发生黄变等优点。

Description

一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺

技术领域

本发明涉及一种储氢气瓶，尤其是涉及一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺。

背景技术

目前呼吸器用气瓶，主要有金属气瓶、金属内衬纤维缠绕气瓶、全复合气瓶三种类型。

金属气瓶：由金属构成。由于金属强度有限，为提高气瓶工作压力，只能增加气瓶厚度。但这会增加气瓶的制造难度，且容易造成加工缺陷。同时，金属材料密度较大，气瓶质量大。

纤维缠绕结构气瓶：为了提高气瓶的承载能力，并减轻质量，出现了金属内衬纤维缠绕结构。该结构中金属内衬并不承担压力载荷作用，仅仅起到密封作用。内衬材料通常是不锈钢或铝合金。压力载荷由外层缠绕的碳纤维、玻璃纤维或者碳纤维-玻璃纤维混合纤维承担。由于纤维强度大大高于普通金属，且比重小，可以减轻气瓶的质量。受到纤维缠绕工艺的限制，该技术也经历了从单一环向缠绕，环向+纵向缠绕，到多角度复合缠绕的发展过程。随着纤维质量的提高和缠绕工艺的不断改进，提高气瓶承载能力的同时，减轻了气瓶的质量。

全复合纤维缠绕结构气瓶：除减薄纤维增强层厚度外，通过减轻内衬质量，也能步减轻气瓶质量。通过结构优化设计，改进加工工艺，现已开发出工程热塑料内衬结构的全复合纤维缠绕结构。但这种结构的缺点是：抗外部冲击能力低；随着温度和压力升高，气体的渗透量增大；与金属接嘴连接处往往是薄弱环节，易泄漏。

现有的湿法缠绕和固化工艺制造纤维复合材料气瓶容易产生气泡、橘皮、缩孔等问题，气瓶要承载很高的压力，产品在加压后容易发生开裂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种固化后产品无气泡、易于浸润、不会发生黄变的制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

(1)称取环氧树脂100重量份、添加剂10-20重量份和固化剂50-90重量份，按环氧树脂、添加剂、固化剂的顺序投入配胶筒中；

(2)用搅拌器进行连续匀速搅拌10-20分钟得到混合胶体；

(3)将混合后的胶体投入浸胶槽中；

(4)在张力器作用下，将纤维通过浸胶槽，将纤维与胶体结合后形成复合材料，该复合材料中纤维的体积含量为60％-80％，该复合材料以螺旋和环向的形式缠绕并完全包覆铝内胆表面，进行湿法缠绕；

(5)将缠绕完毕的气瓶放入固化炉中进行固化即得产品。

(2)用搅拌器进行连续匀速搅拌10-20分钟得到混合胶体；

(3)将混合后的胶体投入浸胶槽中；

(4)在张力器作用下，将纤维通过浸胶槽，将纤维与胶体结合后以螺旋和环向的形式缠绕并完全包覆铝内胆表面，进行湿法缠绕；

(5)将缠绕完毕的气瓶放入固化炉中进行固化即得产品。

所述的环氧树脂为市售双酚A型环氧树脂E-51。

所述的固化剂为四氢苯酐。

所述的添加剂包括消泡剂、增韧剂和促进剂，所述的消泡剂的用量为1-3重量份，所述的增韧剂的用量为8-14重量份，所述的促进剂的用量为1-3重量份。

所述的消泡剂为聚硅氧烷，所述的增韧剂为丁腈橡胶，所述的促进剂为苄基二甲胺。

所述的搅拌器的搅拌速度为200-500转/分钟。

步骤(4)中所述的纤维为碳纤维，该碳纤维的体积含量为60-80％。

步骤(5)中所述的固化炉中进行固化步骤包括：

(1)将固化炉的温度在30-50分钟内从室温升温到70℃-100℃；

(2)在70℃-100℃保温50-90分钟；

(3)在20-30分钟内，将固化炉的炉温从70℃-100℃升到140℃-160℃；

(4)在140℃-160℃保温150-250分钟；

(5)自然降温至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)固化后的产品无气泡；

(2)配方体系工艺性强，易于浸润，能于纤维充分结合；

(3)产品无色透明，不会发生黄变；

(4)配方体系固化后收缩率小，硬度高，延伸率高，产品高压下不会开裂。气瓶固化后水压爆破压力在110-120MPa；固化后表面没有缩孔，橘皮，裂纹等现象，表面光滑平整；洛氏硬度90-95度；气瓶水压试验压力为50-51MPa，打压后气瓶表面没有裂纹；普通树脂固化剂配方延伸率1.5-2％左右，此配方延伸率3.5-4％左右。

附图说明

图1是本发明示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1用于呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺方法，该方法包括以下工艺步骤：

(1)按配方要求即100kg市售双酚A型环氧树脂E-51，聚硅氧烷2kg(为消泡剂)、丁腈橡胶10kg、苄基二甲胺2kg，四氢苯酐55kg，按照双酚A型环氧树脂E-51，聚硅氧烷，丁腈橡胶、苄基二甲胺，四氢苯酐的顺序全部溶剂投入配胶筒中；

(2)用搅拌器进行连续定向均速搅拌10～20分钟，所述的搅拌器的搅拌速度为300转/分钟；定向搅拌是因为工厂实际购买的简易搅拌器都是由一个冲击钻加装一个搅拌扇叶组成的，所以只有一个方向。且定向搅拌胶液不容易飞溅，变向搅拌胶液飞溅，不利于配比，而且飞溅浪费材料。

(3)待混合均匀后将胶体投入浸胶槽中；

(4)在张力器作用下，将纤维通过浸胶槽，将纤维与胶结合后(结合后碳纤维体积含量为70％)以螺旋和环向的形式缠绕并完全包覆铝内胆表面，进行湿法缠绕；

(5)将缠绕完毕的气瓶放入固化炉中进行固化，包括以下步骤：

①40分钟时间，将炉温从室温升到100℃

②100℃保温80分钟；

③25分钟时间，将炉温从100℃升到160℃；

④160℃保温200分钟；

⑤自然降温至室温。

(6)从炉中取出，测量重量，包装。

气瓶固化后水压爆破压力在120MPa；固化后表面没有缩孔，橘皮，裂纹，表面光滑平整；洛氏硬度95度；气瓶水压试验压力为51MPa，打压后气瓶表面没有裂纹；延伸率4％。

Claims (8)

1.一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

(1)称取环氧树脂100重量份、添加剂10-20重量份和固化剂50-90重量份，按环氧树脂、添加剂、固化剂的顺序投入配胶筒中；

(2)用搅拌器进行连续匀速搅拌10-20分钟得到混合胶体；

(3)将混合后的胶体投入浸胶槽中；

(4)在张力器作用下，将纤维通过浸胶槽，将纤维与胶体结合后形成复合材料，该复合材料中纤维的体积含量为60％-80％，该复合材料以螺旋和环向的形式缠绕并完全包覆铝内胆表面，进行湿法缠绕；

(5)将缠绕完毕的气瓶放入固化炉中进行固化即得产品。

2.根据权利要求1所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，所述的环氧树脂为市售双酚A型环氧树脂E-51。

3.根据权利要求1所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，所述的固化剂为四氢苯酐。

4.根据权利要求1所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，所述的添加剂包括消泡剂、增韧剂和促进剂，所述的消泡剂的用量为1-3重量份，所述的增韧剂的用量为8-14重量份，所述的促进剂的用量为1-3重量份。

5.根据权利要求4所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，所述的消泡剂为聚硅氧烷，所述的增韧剂为丁腈橡胶，所述的促进剂为苄基二甲胺。

6.根据权利要求1所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，所述的搅拌器的搅拌速度为200-500转/分钟。

7.根据权利要求1所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，步骤(4)中所述的纤维为碳纤维。

8.根据权利要求1所述的一种制备呼吸器用复合气瓶的缠绕和固化工艺，其特征在于，步骤(5)中所述的固化炉中进行固化步骤包括：

(1)将固化炉的温度在30-50分钟内从室温升温到70℃-100℃；

(2)在70℃-100℃保温50-90分钟；

(3)在20-30分钟内，将固化炉的炉温从70℃-100℃升到140℃-160℃；

(4)在140℃-160℃保温200-250分钟；

(5)自然降温至室温。