CN111645342A - 一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，包括以下步骤：一、采用上进胶的方式，使得混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊；二、经过分纱梳进行纤维分隔，混合纤维分隔采用高强度纤维包围低强度纤维的方式；三、再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。本发明在纤维湿法缠绕工艺上实现了缠绕层在同一层上进行混合纤维缠绕，即同一层上使用两种甚至三种不同种类的纤维，而不是现在使用的同一层上只使用同一种类的纤维进行缠绕，此方法在保证缠绕产品质量的前提下，大大地降低了制造成本。本发明实现了湿法缠绕工艺中的同一缠绕层上混合纤维缠绕，保证了产品质量的同时大大降低了生产制造成本，丰富了湿法缠绕工艺。

Description

一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺
技术领域
本发明涉及复合气瓶的制备领域，具体的是一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺。
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。
目前不论是国内还是国外，不论是金属内胆还是塑料内胆其纤维缠绕工艺分为两种方式：一是湿法缠绕工艺，即纤维经过胶液，然后按照预先编制好的缠绕程序，铺层到内胆心模上，然后固化；二是干法缠绕工艺，即先在纤维上涂布胶液并使其固化，然后在缠绕铺层时需要再次加热将胶液融化后再缠绕到内胆心模上，之后再进行固化。干法缠绕工艺所使用的胶液均为热塑性树脂，而且目前国内外也有相应的热塑性树脂制造的混合纤维。
由于目前湿法缠绕工艺中均是使用单一纤维进行设计承载压力，这就造成了要么使用强度高的碳纤维进行缠绕，这样生产制造成本高；要么使用强度低的玻璃纤维缠绕，这样气瓶重量非常重；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)，这样也会增加产品重量。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，本发明在纤维湿法缠绕工艺上实现了缠绕层在同一层上进行混合纤维缠绕，即同一层上使用两种甚至三种不同种类的纤维，而不是现在使用的同一层上只使用同一种类的纤维进行缠绕，此工艺方法在保证缠绕产品质量的前提下，大大地降低了制造成本。
同时，本发明实现了湿法缠绕工艺中的同一缠绕层上混合纤维缠绕，使得在保证了产品质量的同时大大降低了生产制造成本，丰富了湿法缠绕工艺，解决了干法缠绕工艺中混合缠绕时加热装置复杂和二次固化的问题，同时采用特定混合纤维配比、分隔方式以及缠绕方式充分发挥了混合纤维中各个纤维的力学性能，解决了现有湿法缠绕工艺要么生产制造成本高要么生产的产品重量重的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，包括以下步骤：
一、将成型后的内胆进行纤维缠绕，采用上进胶的方式，使得混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊，充分粘胶；
二、将步骤一得到的内胆经过分纱梳进行纤维分隔，混合纤维分隔采用强度高的纤维包围强度低的纤维的方式；
三、将步骤二得到的内胆再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
进一步地，所述步骤二中高强度纤维和低强度纤维分别为碳纤维和玻纤混合或者碳纤维和芳纶纤混合，纤维分隔为一根玻纤两边有两根碳纤维包围。
进一步地，所述高强度纤维：低强度纤维的配比为2:1以上。
进一步地，所述步骤三中的单根纤维的张力为15-25N，保证在达到纤维承受的最大张力的同时不会出现纤维磨损和起毛。
进一步地，所述热固性胶液和混合纤维均具有良好的浸润性。
进一步地，所述纤维缠绕方式为环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式。
本发明的有益效果：
1、本发明在纤维湿法缠绕工艺上实现了缠绕层在同一层上进行混合纤维缠绕，即同一层上使用两种甚至三种不同种类的纤维，而不是现在使用的同一层上只使用同一种类的纤维进行缠绕，此工艺方法在保证缠绕产品质量的前提下，大大地降低了制造成本。
2、本发明实现了湿法缠绕工艺中的同一缠绕层上混合纤维缠绕，使得在保证了产品质量的同时大大降低了生产制造成本，丰富了湿法缠绕工艺，解决了干法缠绕工艺中混合缠绕时加热装置复杂和二次固化的问题，同时采用特定混合纤维配比、分隔方式以及缠绕方式充分发挥了混合纤维中各个纤维的力学性能，解决了现有湿法缠绕工艺要么生产制造成本高要么生产的产品重量重的问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
在复合气瓶的制备过程中，主要工艺流程有：内胆成型、纤维缠绕、产品固化、水压试验和气密试验。
其中，纤维缠绕工艺，包括以下步骤：
内胆成型后流转到缠绕工序，进行纤维缠绕，纤维缠绕采用上进胶的方式，即混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊，然后经过分纱梳进行纤维的分隔，混合纤维分隔采用强度高的纤维包围强度低的纤维。高强度纤维和低强度纤维分别为碳纤维和玻纤混合或者碳纤维和芳纶纤混合。
以碳纤维和玻纤混合缠绕为例，纤维分隔即为一根玻纤两边有两根碳纤维包围，混合纤维的配比即高强度纤维：低强度纤维＝2:1，然后再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
同时，由于采用不同纤维进行同一层的缠绕所以再控制单根纱的张力时要保证在达到纤维承受的最大张力的同时不得出现纤维磨损和起毛，所以单根纤维的张力为15N。
缠绕所用的热固性胶液必须具有和混合纤维都具有很好浸润性，否则发挥不了纤维的强度，所用的纤维缠绕方式可以是环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式，也可以采用任何能够将纤维紧密缠绕在金属内胆上的其他缠绕方式。
缠绕所用的原材料主要包括碳纤维缠绕、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或者其他有机纤维等，优选碳纤维缠绕与玻璃纤维混合、树脂胶液、固化剂和助剂。
其中，爆破压力为47MPa，疲劳次数为15200次，实验合格，刚达到合格标准线。混合纤维的拉伸强度为1750GPa，剪切强度为13.8MPa，树脂胶液水域温度为25℃，胶液温度为20℃，环境温度为18℃，单个气瓶的混合纤维含胶量为25％，即树脂胶液的重量/树脂胶液+玻混合纤维的总重量。
实施例2：
在复合气瓶的制备过程中，主要工艺流程有：内胆成型、纤维缠绕、产品固化、水压试验和气密试验。
其中，纤维缠绕工艺，包括以下步骤：
内胆成型后流转到缠绕工序，进行纤维缠绕，纤维缠绕采用上进胶的方式，即混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊，然后经过分纱梳进行纤维的分隔，混合纤维分隔采用强度高的纤维包围强度低的纤维。高强度纤维和低强度纤维分别为碳纤维和玻纤混合或者碳纤维和芳纶纤混合。
以碳纤维和玻纤混合缠绕为例，纤维分隔即为一根玻纤两边有两根碳纤维包围，混合纤维的配比即高强度纤维：低强度纤维＝2.3:1，然后再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
同时，由于采用不同纤维进行同一层的缠绕所以再控制单根纱的张力时要保证在达到纤维承受的最大张力的同时不得出现纤维磨损和起毛，所以单根纤维的张力为20N。
缠绕所用的热固性胶液必须具有和混合纤维都具有很好浸润性，否则发挥不了纤维的强度，所用的纤维缠绕方式可以是环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式，也可以采用任何能够将纤维紧密缠绕在金属内胆上的其他缠绕方式。
缠绕所用的原材料主要包括碳纤维缠绕、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或者其他有机纤维等，优选碳纤维缠绕与玻璃纤维混合、树脂胶液、固化剂和助剂。
其中，爆破压力为55MPa，疲劳次数为18500次，实验合格。混合纤维的拉伸强度为1800GPa，剪切强度为14.1MPa，树脂胶液水域温度为35℃，胶液温度为25℃，环境温度为23℃，单个气瓶的混合纤维含胶量为28％，即树脂胶液的重量/树脂胶液+玻混合纤维的总重量。
实施例3：
在复合气瓶的制备过程中，主要工艺流程有：内胆成型、纤维缠绕、产品固化、水压试验和气密试验。
其中，纤维缠绕工艺，包括以下步骤：
内胆成型后流转到缠绕工序，进行纤维缠绕，纤维缠绕采用上进胶的方式，即混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊，然后经过分纱梳进行纤维的分隔，混合纤维分隔采用强度高的纤维包围强度低的纤维。高强度纤维和低强度纤维分别为碳纤维和玻纤混合或者碳纤维和芳纶纤混合。
以碳纤维和玻纤混合缠绕为例，纤维分隔即为一根玻纤两边有两根碳纤维包围，混合纤维的配比即高强度纤维：低强度纤维＝2.6:1，然后再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
同时，由于采用不同纤维进行同一层的缠绕所以再控制单根纱的张力时要保证在达到纤维承受的最大张力的同时不得出现纤维磨损和起毛，所以单根纤维的张力为25N。
缠绕所用的热固性胶液必须具有和混合纤维都具有很好浸润性，否则发挥不了纤维的强度，所用的纤维缠绕方式可以是环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式，也可以采用任何能够将纤维紧密缠绕在金属内胆上的其他缠绕方式。
缠绕所用的原材料主要包括碳纤维缠绕、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或者其他有机纤维等，优选碳纤维缠绕与玻璃纤维混合、树脂胶液、固化剂和助剂。
其中，爆破压力58MPa，疲劳次数20500次，实验合格。混合纤维的拉伸强度为1840GPa，剪切强度为14.5MPa，树脂胶液水域温度为45℃，胶液温度为30℃，环境温度为25℃，单个气瓶的混合纤维含胶量为30％，即树脂胶液的重量/树脂胶液+玻混合纤维的总重量。
对比例1：
在复合气瓶的制备过程中，主要工艺流程有：内胆成型、纤维缠绕、产品固化、水压试验和气密试验。
其中，纤维缠绕工艺，包括以下步骤：
内胆成型后流转到缠绕工序，进行纤维缠绕，纤维缠绕采用上进胶的方式，即混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊，然后经过分纱梳进行纤维的分隔，混合纤维分隔采用强度高的纤维包围强度低的纤维。高强度纤维和低强度纤维分别为碳纤维和玻纤混合或者碳纤维和芳纶纤混合。
以碳纤维和玻纤混合缠绕为例，纤维分隔即为一根玻纤两边有两根碳纤维包围，混合纤维的配比即高强度纤维：低强度纤维＝1.8:1，然后再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
同时，由于采用不同纤维进行同一层的缠绕所以再控制单根纱的张力时要保证在达到纤维承受的最大张力的同时不得出现纤维磨损和起毛，所以单根纤维的张力为12N。
缠绕所用的热固性胶液必须具有和混合纤维都具有很好浸润性，否则发挥不了纤维的强度，所用的纤维缠绕方式可以是环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式，也可以采用任何能够将纤维紧密缠绕在金属内胆上的其他缠绕方式。
缠绕所用的原材料主要包括碳纤维缠绕、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或者其他有机纤维等，优选碳纤维缠绕与玻璃纤维混合、树脂胶液、固化剂和助剂。
其中，混合纤维的拉伸强度为1710GPa，剪切强度为13.5MPa，树脂胶液水域温度为22℃，胶液温度为17.5℃，环境温度为15.2℃，单个气瓶的混合纤维含胶量为22.1％，即树脂胶液的重量/树脂胶液+玻混合纤维的总重量。
将实施例1-3和对比例1中得到的产品用于检验，对比例1得到的产品的不合格率明显高于实施例1-3得到的产品。
本发明是在纤维湿法缠绕工艺上实现了缠绕层在同一层上进行混合纤维缠绕，即同一层上使用两种甚至三种不同种类的纤维，而不是现在使用的同一层上只使用同一种类的纤维进行缠绕；此工艺方法在保证缠绕产品质量的前提下，大大地降低了制造成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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优点。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，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，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范围内。

Claims (6)

1.一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，其特征在于，包括以下步骤：
一、将成型后的内胆进行纤维缠绕，采用上进胶的方式，使得混合纤维同时经过沾有胶液的胶辊，充分粘胶；
二、将步骤一得到的内胆经过分纱梳进行纤维分隔，混合纤维分隔采用强度高的纤维包围强度低的纤维的方式；
三、将步骤二得到的内胆再依次经过带有热固性胶液的胶辊，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
2.根据权利要求1所述的一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，其特征在于，所述步骤二中高强度纤维和低强度纤维分别为碳纤维和玻纤混合或者碳纤维和芳纶纤混合，纤维分隔为一根玻纤两边有两根碳纤维包围。
3.根据权利要求2所述的一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，其特征在于，所述高强度纤维：低强度纤维的配比为2:1以上。
4.根据权利要求1所述的一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，其特征在于，所述步骤三中的单根纤维的张力为15-25N，保证在达到纤维承受的最大张力的同时不会出现纤维磨损和起毛。
5.根据权利要求4所述的一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，其特征在于，所述热固性胶液和混合纤维均具有良好的浸润性。
6.根据权利要求5所述的一种用于复合气瓶内胆的纤维缠绕工艺，其特征在于，所述纤维缠绕方式为环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式。
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