CN108715043A - 一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法 - Google Patents

一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，包括以下步骤：1)内胆成型；2)将成型后的内胆进行外表面处理；3)将复合纤维缠绕至处理好的内胆上；4)产品固化：将缠绕好的气瓶送入固化炉固化；5)固化后的气瓶经过水压试验、烘干、气密性试验，包装入库，所述的步骤3)中所述的树脂胶液为热固性树脂胶液，将复合纤维交替并排通过热固性树脂胶液，纤维缠绕的张力10‑20N，同时调整复合纤维，使纤维表面带有的胶液均匀。本发明相对于现有技术具有质量轻、安全性高且成本低的优点。

Description

一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法
技术领域
本发明涉及压力容器制造领域，具体涉及使用复合纤维制备复合气瓶的方法。
背景技术
随着新能源技术的不断发展，与之配套的能源装配储运技术近年来也得到长足发展，国内外对于盛装能源介质特别是气体介质的压力气瓶的需求也大幅增加，目前国内市场上应用于高压气体储运的气瓶绝大多数为全金属或者具有金属内胆的纤维缠绕增强气瓶，而欧美一些国家已经开始使用塑料内胆纤维全缠绕复合气瓶，由于钢瓶和玻璃纤维环缠绕气瓶容重比低，金属内胆容易腐蚀，安全性不高等缺陷，在一定程度上限定了这两类气瓶的使用，所以现在气瓶制造商开发出了碳纤维全缠绕复合气瓶，目前碳纤维全缠绕复合气瓶的制造方法主要是内胆心模上先缠绕碳纤维待碳纤维全部缠绕结束后，再进行缠绕玻璃纤维，缠绕的玻璃纤维只是为了保护碳纤维，采用碳纤维全缠绕的气瓶比较安全，气瓶重量轻，容重比高且安全性高，但是气瓶价格很高；
由于碳纤维的价格非常昂贵，现在有些气瓶厂家考虑采用价格较低的玻璃纤维来取代一部分碳纤维以此来降低成本，但是由于碳纤维的力学性能远高于玻璃纤维，而且目前采用的取代方法只是单纯的用玻璃纤维取代碳纤维(即原来用碳纤维缠绕的一层现在用两层甚至三层来取代这一层碳纤维)，这样又会增加产品重量。
发明内容
本发明提供一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，通过该方法制备的复合气瓶安全性能好、重量轻，产品的制造成本降低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，包括以下步骤：
1)内胆成型：金属内胆采用旋压成型或刮板成型，塑料内胆采用吹塑成型或者挤出管材与注塑管件进行热熔焊接成型；
2)将成型后的内胆进行外表面处理：金属内胆采用电防腐漆喷涂或者刷涂，塑料内胆采用火焰处理或者等离子处理，塑料内胆经过表面处理后要求其表面张力≥47达因，采用火焰处理的塑料内胆的放置时间≤4H。由于碳纤维具有导电性会对金属内胆形成电腐蚀所以金属内胆都会喷涂一层电防腐漆，而塑料内胆由于其与热固性树脂的粘接性比较差所以需要提高塑料内胆表面的表面张力，以增强塑料内胆与树脂的粘结性，这样可以使塑料内胆与纤维复合层不分层。
3)将复合纤维缠绕至处理好的内胆上：将复合纤维通过树脂胶液，通过数控缠绕机将复合纤维缠绕到气瓶内胆芯模上；
4)产品固化：将缠绕好的气瓶送入固化炉固化；缠绕好的气瓶尽快送入固化炉固化，缠绕好的气瓶在室温环境中放置时间不得超过 2H
5)固化后的气瓶经过水压试验，包装入库；将固化后的气瓶放入水压试验机中进行水压施加自紧应力，按顺序记录好气瓶号，进行气瓶称重、加水后称重，做好记录，受试瓶装好后进行自紧、水压升压、保压，记录好气瓶水压后气瓶总重、总进水量，计算气瓶残余变形率、水压后实际容积。工艺参数：气瓶自紧压力33—38MPa，保压时间1分钟；气瓶水压试验压力25—45MPa，保压时间1分钟，气瓶残余变形率≤5％为合格。试验过程中准确记录水压试验压力、保压时间，气瓶容积全变形值和气瓶容积残余变形值，最后将经水压试验合格的气瓶进行烘干、气密试验，然后再包装入库。
所述的步骤3)中所述的树脂胶液为热固性树脂胶液，将复合纤维交替并排通过热固性树脂胶液，纤维缠绕的张力10-20N，同时调整复合纤维，使纤维表面带有的胶液均匀。
本发明采用复合纤维对气瓶进行缠绕，复合纤维相对于全碳纤维来说具有价格低的优点，复合纤维相对于全玻璃纤维来说质量轻，容重比高的优点。
进一步的，步骤3)中热固性树脂胶液水域温度32-45℃，胶液温度30-40℃，环境温度25-35℃，通过数控缠绕机按照预先编好缠绕程序将复合纤维缠绕在内胆上，复合纤维的进胶方式为上进胶，单根纤维的张力为10-20N，复合纤维的缠绕方式包括环向缠绕和螺旋缠绕。
进一步的，步骤4)中采用金属内胆的全缠绕气瓶固化温度为 75-85℃，固化2H，然后将固化温度调整为120-130℃，固化3H；对于采用塑料内胆的全缠绕气瓶，固化温度为75-85℃，固化8H。金属内胆和塑料内胆的材质不同，因此采用的固化温度和时间也不同。
进一步的，所述的复合纤维包括碳纤维与玻璃纤维混合、碳纤维与芳纶纤维混合或者芳纶纤维与玻璃纤维混合。
进一步的，单个气瓶的的复合纤维含胶量在25％-30％。
与现有技术相比，热固性树脂制品具有刚性大、硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好性的特点，但易脆，通过将复合纤维与热固性树脂结合，环向或螺旋缠绕在气瓶上，使制成的气瓶稳定性好、安全性高，相对于采用全碳纤维缠绕的方式具有成本低的优点，本方法相对于全玻璃纤维缠绕的方式具有质量轻、安全性高的优点，本方法相对于在碳纤维缠绕结束后再缠玻璃纤维的方法具有成本低、安全性高的优点，综上可知，本发明相对于现有技术具有质量轻、安全性高且成本低的优点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
以气瓶外径232mm容积30L的金属内胆为例，采用旋压成型或刮板成型，将成型后金属内胆采用电防腐漆喷涂，将碳纤维与玻璃纤维混合的复合纤维交替并排通过通过热固性树脂胶液，热固性树脂胶液水域温度32℃，胶液温度30℃，环境温度25℃，单根纤维的张力为10N，使胶液均匀附着在复合纤维上，通过上进胶的方式将复合纤维送进数控缠绕机，按照预先编好缠绕程序将复合纤维缠绕在内胆上，将缠好的气瓶送入固化炉固化，气瓶固化温度为75℃，固化2H，然后将固化温度调整为120℃，固化3H，采用外侧法对气瓶进行水压试验，测得气瓶自紧压力38MPa，保压时间1分钟；气瓶水压试验压力 30MPa，保压时间1分钟。
试验证明，气瓶残余变形率≤4％，单个气瓶质量为24KG，工作气压20MPA，重量低于CNG2-G-232-30-20B的25KG。
实施例2
以气瓶外径232mm容积30L的金属内胆为例，采用旋压成型或刮板成型，将成型后金属内胆采用电防腐漆喷涂，将碳纤维与玻璃纤维混合的复合纤维交替并排通过通过热固性树脂胶液，热固性树脂胶液水域温度45℃，胶液温度40℃，环境温度35℃，单根纤维的张力为20N，使胶液均匀附着在复合纤维上，通过上进胶的方式将复合纤维送进数控缠绕机，按照预先编好缠绕程序将复合纤维缠绕在内胆上，将缠好的气瓶放送入固化炉固化，气瓶固化温度为75℃，固化8H，采用外侧法对气瓶进行水压试验，气瓶自紧压力38MPa，保压时间1 分钟；气瓶水压试验压力30MPa，保压时间1分钟。
试验证明，气瓶残余变形率≤4％，单个气瓶质量为23.5KG，工作气压20MPA，重量低于CNG2-G-232-30-20B的25KG。
实施例3
以气瓶外径232mm容积30L的金属内胆为例，采用旋压成型或刮板成型，将成型后金属内胆采用电防腐漆喷涂，将碳纤维与玻璃纤维混合的复合纤维交替并排通过通过热固性树脂胶液，热固性树脂胶液水域温度40℃，胶液温度35℃，环境温度30℃，单根纤维的张力为15N，使胶液均匀附着在复合纤维上，通过上进胶的方式将复合纤维送进数控缠绕机，按照预先编好缠绕程序将复合纤维缠绕在内胆上，将缠好的气瓶送入固化炉固化，气瓶固化温度为80℃，固化2H，然后将固化温度调整为130℃，固化3H，采用外侧法对气瓶进行水压试验，气瓶自紧压力38MPa，保压时间1分钟；气瓶水压试验压力30MPa，保压时间1分钟。
试验证明，气瓶残余变形率≤3％，单个气瓶质量为24KG，工作气压20MPA，重量低于CNG2-G-232-30-20B的25KG。
对照例
以气瓶外径232mm容积30L的金属内胆为例，采用旋压成型，将成型后金属内胆采用电防腐漆喷涂，将玻璃纤维直接通过上进胶的方式将玻璃纤维送进数控缠绕机，按照预先编好缠绕程序将玻璃纤维缠绕在内胆上，将缠好的气瓶送入固化炉固化，气瓶固化温度为70℃，固化2H，然后将固化温度调整为110℃，固化3H，采用外侧法对气瓶进行水压试验，气瓶自紧压力38MPa，保压时间1分钟；气瓶水压试验压力30MPa，保压时间1分钟。
试验证明，气瓶残余变形率≤7％，单个气瓶质量为26KG，工作气压20MPA，重量高于CNG2-G-232-30-20B的25KG。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述发明和说明书中描述的只是说明发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，包括以下步骤：
1)内胆成型：金属内胆采用旋压成型或刮板成型，塑料内胆采用吹塑成型或者挤出管材与注塑管件进行热熔焊接成型；
2)将成型后的内胆进行外表面处理：金属内胆采用电防腐漆喷涂或者刷涂，塑料内胆采用火焰处理或者等离子处理，塑料内胆经过表面处理后要求其表面张力≥47达因；
3)将复合纤维缠绕至处理好的内胆上：将复合纤维通过树脂胶液，通过数控缠绕机将复合纤维缠绕到气瓶内胆芯模上；
4)产品固化：将缠绕好的气瓶送入固化炉固化；
5)固化后的气瓶经过水压试验，包装入库；其特征在于：所述的步骤3)中所述的树脂胶液为热固性树脂胶液，将复合纤维交替并排通过热固性树脂胶液，纤维缠绕的张力10-20N，同时调整复合纤维，使纤维表面带有的胶液均匀。
2.如权利要求1所述的一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，其特征在于：步骤2)中采用火焰处理的塑料内胆的放置时间≤4H。
3.如权利要求1所述的一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，其特征在于：步骤3)中热固性树脂胶液水域温度32-45℃，胶液温度30-40℃，环境温度25-35℃，通过数控缠绕机按照预先编好缠绕程序将复合纤维缠绕在内胆上，复合纤维的进胶方式为上进胶，单根纤维的张力为10-20N。
4.如权利要求3所述的一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，其特征在于：所述的缠绕方式包括环向缠绕和螺旋缠绕。
5.如权利要求1所述的一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，其特征在于：步骤4)中采用金属内胆的全缠绕气瓶固化温度为75-85℃，固化2H，然后将固化温度调整为120-130℃，固化3H；对于采用塑料内胆的全缠绕气瓶，固化温度为75-85℃，固化8H。
6.如权利要求1-5任一所述的一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，其特征在于：所述的复合纤维包括碳纤维与玻璃纤维混合、碳纤维与芳纶纤维混合或者芳纶纤维与玻璃纤维混合。
7.如权利要求1所述的一种使用复合纤维制备复合气瓶的方法，其特征在于：单个气瓶的的复合纤维含胶量在25％-30％。
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