CN112659595B - 碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除装置及方法，去除装置包括卡箍、封头、导流线和真空袋，封头安装在瓶口外部，封头包括硬质层和吸附层，卡箍安装在封头硬质层外部，真空袋上设有导流线，瓶体放入真空袋并抽真空后，导流线的一端延伸到封头的吸附层上。瓶体放入真空袋后，控制合理的真空度和温度，使溶剂析出并沿导流线汇集到封头吸附层，本发明可以高效出去瓶体上聚酰亚胺析出的溶剂，而且可以保持瓶身光滑无粘附物。

Description

碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除装置及方法

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺复合材料气瓶制造技术领域。

背景技术

聚酰亚胺耐热温度最高可达600℃以上，长期使用温度范围在200～500℃，是国际上通用的耐高温、高承载结构的主体材料。目前以其性能优异的工程塑料被广泛应用于航空航天、电子元器件等高新技术领域，尤其随着航天工业发展，导弹及飞行器越来越高速化、远程化，飞行器气动加热问题对气瓶的要求越来越严苛，为了满足轻量化、耐高温、耐高压性能，碳纤维聚酰亚胺复合材料越来越多的用于高压气瓶，如专利申请2017105985041中公开的瓶体结构，瓶体包括金属内衬和金属内衬外缠绕的复合材料外壳，其中复合材料外壳为碳纤维材料粘附聚酰亚胺胶液缠绕在金属内衬并高温固化成型的。

由于耐高温聚酰亚胺胶液粘度较大，"且与碳纤维界面融合不好，树脂的浸润性差，造成碳纤维强度损失较大，因此在实际使用中需要添加各种特定溶剂，以期降低粘度和提高树脂对纤维的浸润度，如专利申请2019111586457中公开的溶剂添加方法。但是在缠绕在气瓶的金属内衬上并固化时，需要将其中的溶剂去除，以提高聚酰亚胺的浓度，聚酰亚胺浓度过低会影响复合层外壳的粘结强度和应力传递。去除溶剂还可以减少气泡等缺陷的产生，提高气瓶缠绕层质量。高温下溶剂形成的小分子或气体能析出缠绕复合层，同时也有多余胶液渗出，即使有包覆层的吸附，也容易连同包覆层一起粘附在瓶体表面，下一步工序前还要手动刮除，不但效率低，也容易损伤碳纤维，影响复合层壳体强度。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除装置及方法，可以高效出去瓶体上聚酰亚胺析出的溶剂，而且可以保持瓶身光滑无粘附物。

本发明采用的技术方案是，碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除装置，其特征在于：包括卡箍、封头、导流线和真空袋，封头安装在瓶口外部，封头包括硬质层和吸附层，卡箍安装在封头硬质层外部，真空袋上设有导流线，瓶体放入真空袋并抽真空后，导流线的一端延伸到封头的吸附层上。进一步，为了抽真空的便利性，所述封头上设有开孔，开孔连通与抽真空管路，所述封头边缘和瓶体的瓶口之间保留缝隙。

碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除方法，包括以下步骤：

第一步，将碳纤维浸渍聚酰亚胺胶液，在缠绕张力控制下按照一定线性规律，在瓶体内衬上依次进行环形缠绕、螺旋缠绕，缠绕层数达到4-8层时停止缠绕；

第二步，在瓶口外部设置封头，卡箍固定住封头，封头上设有吸附层；

第三步，在真空袋上设置导流线，然后将瓶体放置在真空袋内，保证导流线的一端与瓶口封头的吸附层相连接；导流线选用玻璃纤维带、短切纤维或者固化聚酰亚胺条。

第四步，对真空袋进行抽真空操作，真空度不大于-0.095MPa；

第五步，真空袋放入烘箱内，将烘箱设置到工作温度，并保持1-2小时，烘箱工作温度为90-230℃；

第六步，保留真空袋的真空状态，降低烘箱温度，冷却置室温；

第七步，打开真空袋，取出瓶体，拆掉瓶体上的封头及顶杆。

其中导流线的布置方式可以灵活多样：真空袋抽真空后，导流线沿瓶体轴向延伸，导流线下端延伸至瓶口封头的吸附层上；或者采用交错形成网状的横向导流线和纵向导流线，导流线的一端同样要延伸至瓶口封头的吸附层上。

真空袋内表面设有凸起或棱纹。

导流线粘附在真空袋上。

封头的吸附层高出瓶口一端距离。

本发明的有益效果是可以高效去除聚酰亚胺析出的小分子，气体等物质，表面无残留，可以直接进行下一阶段的缠绕工作。

附图说明

图1为本发明操作方式示意图。

图2为瓶体放入真空袋后结构示意图。

图中标记为：1-金属内衬，2-复合层，4-封头，41-硬质层，42-吸附层，44-保护螺钉， 5-导流线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除装置，包括卡箍3、封头4、导流线 5和真空袋。瓶口内部设有保护螺钉44，封头4安装在瓶口外部，可选用铝合金螺钉或耐高温塑料螺钉，卡箍安装在封头4硬质层外部，封头4包括硬质层41和吸附层42，真空袋上设有导流线5，导流线材料可以选用硬化的条状聚酰亚胺。硬质层41采用耐高温硬质材料，在高温条件下起到承力作用，吸附层用42于吸附聚酰亚胺析出物，真空袋上设有导流线，吸附层材料选用无捻粗砂布或玻璃纤维等。吸附层42在高温下具有很好的稳定性，具有强吸附性能。瓶体放入真空袋并抽真空后，导流线5的一端延伸到封头的吸附层上，导流线5用于疏导析出物流向封头吸附层42。

本发明的碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除方法，包括以下步骤：

第一步，将碳纤维浸渍聚酰亚胺胶液在瓶体内衬上依次进行环形缠绕、螺旋缠绕，环形缠绕两层，螺旋缠绕两层，环形缠绕两层，共6层。其中聚酰亚胺胶液要添加适当的溶剂，调整到合适粘度，每缠绕一层后进行刮胶，避免碳纤维上粘附过多聚酰亚胺胶液；

第二步，在瓶口外侧放置卡箍，卡箍固定封头，阻挡封头掉落，封头与卡箍接触的一端为硬质层，用于承力和支撑吸附层，同时硬质层和瓶口之间设置密封件，在卡箍的收紧作用下，将瓶口进行密封，抽真空操作时，瓶体内气体始终保持在里面。吸附层在封头朝向瓶口外侧的一端，抽真空后向内收缩，包覆住瓶口；

第三步，在真空袋上设置导流线，调整到合适位置，将导流线粘附在真空袋表面，然后将瓶体放置在真空袋内，保证抽真空后，各条导流线的一端均与瓶口封头的吸附层相连接；导流线材料可以选用玻璃纤维带、短切纤维或者固化聚酰亚胺条，导流线的横截面可以为方形、弧形或者多棱型。导流线保持一定硬度，抽真空后，有导流线的存在，析出的液体和气体更容易向导流线处汇集。导流线采用硬化的条状聚酰亚胺，或者其它疏水性好的材料，一旦液体吸附到导流线上，可以更高效、更大概率的被输送到塞头位置。而且导流线可以避免粘附在瓶体上，导流线与瓶体接触面积小，粘附力度小，同时导流线与瓶体材料胶合性差，不易粘附，

第四步，对真空袋进行抽真空操作，保证真空度不大于-0.095MPa，一般为-0.095MPa 至-0.098MPa。此时聚酰亚胺内溶剂还并未析出；

第五步，真空袋放入烘箱内，将烘箱设置到工作温度，并保持1-2小时，烘箱工作温度为90-230℃，具体温度可以根据所添加溶剂进行适当调整，这个过程中溶剂逐渐以气相或液体形式析出，首先向瓶体表面汇集，然后再沿导流线向瓶口吸附层汇集；空袋内表面设有凸起或棱纹，便于液体流动。

第六步，保留真空袋的真空状态，降低烘箱温度，冷却置室温；

第七步，打开真空袋，取出瓶体，拆除瓶体上的卡箍及封头。

其中导流线的布置方式可以灵活多样：导流线沿瓶体轴向延伸，导流线下端延伸至瓶口封头的吸附层上；或者采用交错形成网状的横向导流线和纵向导流线，导流线的一端要延伸至瓶口封头的吸附层上。导流线粘附在真空袋上。

封头上的通气孔位置可以设置在封头层中心位置，或者偏离中心一段距离，如图2所示。封头边缘和瓶口要保持缝隙，缝隙可以在封头外缘纵向交错分布。

本发明的有益效果是可以高效去除聚酰亚胺析出的小分子，气体等物质，表面无残留，可以直接进行下一阶段的缠绕工作。

Claims (3)

1.碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除方法，其特征在于：所用瓶体溶剂分层去除装置结构如下，包括卡箍、封头、导流线和真空袋，封头安装在瓶口外部，封头包括硬质层和吸附层，卡箍安装在封头硬质层外部，卡箍将硬质层与瓶口卡紧，硬质层和瓶口之间保持密封；真空袋上设有导流线，导流线粘附在真空袋上，真空袋内表面设有凸起或棱纹；

溶剂去除包括以下步骤：

第一步，将碳纤维浸渍聚酰亚胺胶液在缠绕张力控制下，按照预先设定线型规律缠绕在内衬外表面，依次进行环形缠绕、螺旋缠绕，缠绕层数达到4-8层时停止缠绕；

第二步，在瓶口外部安装封头，封头上设有吸附层，使用卡箍固定封头；

第三步，在真空袋上设置导流线，然后将瓶体放置在真空袋内，保证导流线的一端与瓶口封头的吸附层相连接；真空袋抽真空后，导流线沿瓶体轴向延伸，导流线下端延伸至瓶口封头的吸附层上；

第四步，对真空袋进行抽真空操作，真空度不大于-0.095MPa；

第五步，真空袋放入烘箱内，将烘箱设置到工作温度，并保持1-2小时，烘箱工作温度为90-230℃；

第六步，保留真空袋的真空状态，降低烘箱温度，冷却置室温；

第七步，打开真空袋，取出瓶体，拆掉瓶体上的封头。

2.如权利要求1所述的碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除方法，其特征在于：

第一步中，碳纤维浸渍聚酰亚胺胶液，按照一定规律缠绕于内衬表面。

3.如权利要求1所述的碳纤维聚酰亚胺复合材料瓶体溶剂分层去除方法，其特征在于：第三步中，导流线包括相互交错形成网状的横向导流线和纵向导流线，导流线的一端延伸至瓶口封头的吸附层上。

Images