CN112680635A - 一种压力容器用复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压力容器用复合材料，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为（100～120）∶（10～20）∶（20～40）∶1。本发明利用金属内衬做骨架，可以降低压力容器整体的质量，同时利用补强编织层来弥补骨架强度的不足，使压力容器整体强度得到保证，利用隔热材料层来防止骨架内的热量向外传递而实现保温并且防止补强编织层受热而出现性能下降的情况，利用纳米耐磨涂层来防止补强编织层受外力碰撞而损坏，几种材料相辅相成，提升了容器的整体性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种压力容器用复合材料。
背景技术
压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为相应的几种。
常见的压力容器多为金属容器，由具有一定耐压强度的金属材料制成。这种压力容器不仅质量大，而且在长期使用过程中，容器本身会受到内容物的腐蚀而造成金属性能下降的问题，最终引发事故。
综上所述，完全由金属材料制成的压力容器应当逐渐被新的材料所替代。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种压力容器用复合材料，能够在提升强度的同时使整体质量有所下降。
本发明是这样实现的：一种压力容器用复合材料，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为（100～120）∶（10～20）∶（20～40）∶1。
进一步地，所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：
0.01%～0.03% 的C；
0.02%～0.04 %的P；
0.01%～0.02%的S；
2.06%～2.18%的Mn；
2.8%～4.6%的Ni；
1.2%～2.8%的Cr；
1.6%～2.6%的Mo；
2.6%～3.8%的Mg；
0.5%～0.8%的Ti；
0.22%～0.34%的Zr；
0.18%～0.28%的RE；
其余为Al；
所述RE为Ce、Dy、Y、Nd 中的至少一种金属或两种以上金属以任意比例的混合物。
进一步地，所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：
0.02% 的C；
0.03 %的P；
0.015%的S；
2.12%的Mn；
3.7%的Ni；
2%的Cr；
2.1%的Mo；
3.2%的Mg；
0.6%的Ti；
0.28%的Zr；
0.23%的RE；
其余为Al；
所述RE为Ce、Dy、Y、Nd 中的至少一种金属或两种以上金属以任意比例的混合物。
进一步地，所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：
30%～42%的陶瓷纤维；
22%～28%的隔热棉；
16%～24%的玻璃纤维；
其余为石棉。
进一步地，所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：
36%的陶瓷纤维；
25%的隔热棉；
20%的玻璃纤维；
其余为石棉。
进一步地，所述补强编织层为碳纤维编织层、玻璃纤维编织层或两者按厚度比（1～2）∶1的结合。
进一步地，所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：
34%～46%的耐磨陶瓷颗粒；
7%～11%的聚四氟乙烯；
4%～8%的氯磺化聚乙烯；
8%～12%的石墨；
2%～4%的二甲苯；
3%～5%的环已酮；
5%～7%的胺固化剂；
其余为水。
进一步地，所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：
40%的耐磨陶瓷颗粒；
9%的聚四氟乙烯；
6%的氯磺化聚乙烯；
10%的石墨；
3%的二甲苯；
4%的环已酮；
6%的胺固化剂；
其余为水。
本发明带来的有益效果是：
1、本发明利用金属内衬做骨架，可以降低压力容器整体的质量，同时利用补强编织层来弥补骨架强度的不足，使压力容器整体强度得到保证，利用隔热材料层来防止骨架内的热量向外传递而实现保温并且防止补强编织层受热而出现性能下降的情况，利用纳米耐磨涂层来防止补强编织层受外力碰撞而损坏，几种材料相辅相成，提升了容器的整体性能。
2、本发明中的骨架由稀土和合金构成，不仅具备良好的机械强度，而且还具有防腐的效果，能够避免内容物的腐蚀而引发骨架性能下降。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
一种压力容器用复合材料，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为100∶10∶20∶1。
所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：0.01%的C；0.02%的P；0.01%的S；2.06%的Mn；2.8%的Ni；1.2%的Cr；1.6%的Mo；2.6%的Mg；0.5%的Ti；0.22%的Zr；0.18%的RE；其余为Al；所述RE为Ce、Dy、Y和Nd以任意比例的混合物。
所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：30%的陶瓷纤维；22%的隔热棉；16%的玻璃纤维；其余为石棉。
所述补强编织层为碳纤维编织层。
所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：34%的耐磨陶瓷颗粒；7%的聚四氟乙烯；4%的氯磺化聚乙烯；8%的石墨；2%的二甲苯；3%的环已酮；5%的胺固化剂；其余为水。
实施例二
一种压力容器用复合材料，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为120∶20∶40∶1。
所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：
0.03% 的C；0.04 %的P；0.02%的S；2.18%的Mn；4.6%的Ni；2.8%的Cr；2.6%的Mo；3.8%的Mg；0.8%的Ti；0.34%的Zr；0.28%的RE；其余为Al；所述RE为Ce、Dy和Y以任意比例的混合物。
所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：42%的陶瓷纤维；8%的隔热棉；24%的玻璃纤维；其余为石棉。
所述补强编织层为玻璃纤维编织层。
所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成： 46%的耐磨陶瓷颗粒；11%的聚四氟乙烯；8%的氯磺化聚乙烯；12%的石墨；4%的二甲苯；5%的环已酮；7%的胺固化剂；其余为水。
实施例三
一种压力容器用复合材料，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为110∶16∶32∶1。
所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：0.02% 的C；0.03 %的P；0.015%的S；
2.12%的Mn；3.7%的Ni；2%的Cr；2.1%的Mo；3.2%的Mg；0.6%的Ti；0.28%的Zr；0.23%的RE；其余为Al；所述RE为Ce。
所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：36%的陶瓷纤维；25%的隔热棉；20%的玻璃纤维；其余为石棉。
所述补强编织层为碳纤维编织层和玻璃纤维编织层按照厚度比1∶1的结合。
所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：40%的耐磨陶瓷颗粒；9%的聚四氟乙烯；6%的氯磺化聚乙烯；10%的石墨；3%的二甲苯；4%的环已酮；6%的胺固化剂；其余为水。
实施例四
一种压力容器用复合材料，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为100∶20∶30∶1。
所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：0.03% 的C；0.02的P；0.02%的S；2.06%的Mn；4.6%的Ni；1.2%的Cr；2.6%的Mo；2.6%的Mg；0.8%的Ti；0.22%的Zr；0.28%的RE；其余为Al；所述RE为Nd。
所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：42%的陶瓷纤维；22%的隔热棉；24%的玻璃纤维；其余为石棉。
所述补强编织层为碳纤维编织层和玻璃纤维编织层按照厚度比2∶1的结合。
所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：34%的耐磨陶瓷颗粒；11%的聚四氟乙烯；4%的氯磺化聚乙烯；12%的石墨；2%的二甲苯；5%的环已酮；5%的胺固化剂；其余为水。
本发明中的复合材料制成的容积为1000L的压力容器的各种参数与现有技术中同规格的压力容器的对比如下表所示：
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种压力容器用复合材料，其特征在于，包括由内而外依次设置的骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层；所述骨架、隔热材料层、补强编织层和纳米耐磨涂层的厚度比为（100～120）∶（10～20）∶（20～40）∶1。
2.根据权利要求1所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：
0.01%～0.03% 的C；
0.02%～0.04 %的P；
0.01%～0.02%的S；
2.06%～2.18%的Mn；
2.8%～4.6%的Ni；
1.2%～2.8%的Cr；
1.6%～2.6%的Mo；
2.6%～3.8%的Mg；
0.5%～0.8%的Ti；
0.22%～0.34%的Zr；
0.18%～0.28%的RE；
其余为Al；
所述RE为Ce、Dy、Y、Nd 中的至少一种金属或两种以上金属以任意比例的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述骨架由如下质量百分比的各物质组成：
0.02% 的C；
0.03 %的P；
0.015%的S；
2.12%的Mn；
3.7%的Ni；
2%的Cr；
2.1%的Mo；
3.2%的Mg；
0.6%的Ti；
0.28%的Zr；
0.23%的RE；
其余为Al；
所述RE为Ce、Dy、Y、Nd 中的至少一种金属或两种以上金属以任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：
30%～42%的陶瓷纤维；
22%～28%的隔热棉；
16%～24%的玻璃纤维；
其余为石棉。
5.根据权利要求4所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述隔热材料层由如下质量百分比的各物质组成：
36%的陶瓷纤维；
25%的隔热棉；
20%的玻璃纤维；
其余为石棉。
6.根据权利要求1所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述补强编织层为碳纤维编织层、玻璃纤维编织层或两者按厚度比（1～2）∶1的结合。
7.根据权利要求1所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：
34%～46%的耐磨陶瓷颗粒；
7%～11%的聚四氟乙烯；
4%～8%的氯磺化聚乙烯；
8%～12%的石墨；
2%～4%的二甲苯；
3%～5%的环已酮；
5%～7%的胺固化剂；
其余为水。
8.根据权利要求7所述的一种压力容器用复合材料，其特征在于，所述纳米耐磨涂层由如下质量百分比的各物质组成：
40%的耐磨陶瓷颗粒；
9%的聚四氟乙烯；
6%的氯磺化聚乙烯；
10%的石墨；
3%的二甲苯；
4%的环已酮；
6%的胺固化剂；
其余为水。
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