CN113290887A - 一种紫外光固化复合材料压力容器及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紫外光固化复合材料压力容器及成型方法，主要解决复合材料压力容器传统固化中固化速度慢、效率低、质量不可控、能耗高等问题。一种紫外光固化复合材料压力容器，包括保护层、复合材料缠绕层和内胆。其成型方法为：将预浸料按照事先规划的轨迹由缠绕机缠绕至内胆表面，在外部照射紫外光实现缠绕和固化一步完成，在缠绕的同时需要在内胆内部进行充气加压。这种紫外光固化成型方法无需体积庞大的固化炉，能源清洁，且制作成本低，制作过程简单环保，树脂黏度可控。

Description

一种紫外光固化复合材料压力容器及成型方法
技术领域
本发明属于复合材料容器领域，特别涉及一种紫外光固化复合材料压力容器及成型方法。
背景技术
纤维增强复合材料因其具有比强度高、比模量大、材料性能具有可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好、热膨胀系数与混凝土的相近等优点，被广泛用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
传统湿法缠绕成型的复合材料容器，如气瓶，在固化时需要将气瓶从工位上拆卸，整体放入固化炉中加热固化，最后得到制品。它存在以下几个问题：1、气瓶内胆为金属内胆，成型制品非常重；2、先缠绕后固化的工艺过于繁杂，不能实现原位固化，浪费时间，降低生产效率；3、气瓶缠绕好后放置在固化炉内静置不动，导致受热不均匀；4、胶液由于重力的原因向下流动，导致每单位含胶量不均匀；5、固化炉占地面积大，造成空间浪费；6、固化时间长且无法直观感受固化效果。
CN201820765752.0公开了一种缠绕气瓶固化装置，但其固化装置只适用于缠绕气瓶的外层固化，若气瓶壁厚较厚有可能导致靠近内胆的一侧不能完全固化，因此急需一种新的固化方式来解决此类问题。
CN211492352U公开了一种用于复合材料压力容器的高粘度树脂缠绕加热装置，这种固化装置比较复杂，且需要加热和加水，成本较高，本发明所需固化设备简单，且简单易操作。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种紫外光固化复合材料压力容器及成型方法。一种紫外光固化复合材料压力容器，包括保护层、复合材料缠绕层和压力容器。其成型方法为：将预浸料按照事先规划的轨迹由缠绕机缠绕至内胆表面，在外部照射紫外光实现缠绕和固化一步完成，在缠绕的同时需要在内胆内部进行充气加压。这种固化成型的压力容器与传统缠绕固化方法相比，成型过程简单，采用塑料内胆重量大大减轻，固化成本低，成型效率高，树脂黏度可控，能源消耗少，成品质量高，减少所需储存空间，适用度更高。
本发明提供了一种紫外光固化复合材料压力容器，包括保护层、复合材料缠绕层和内胆。
更进一步地，所述保护层用于压力容器的防腐、防水、防磨。
更进一步地，所述复合材料缠绕层为多层预浸料缠绕层，经由紫外光照射固化成型。
更进一步地，所述多层预浸料中含有环氧树脂、光引发剂和热引发剂。
更进一步地，所述多层预浸料经由高速缠绕机按照先螺旋缠绕，再过渡缠绕，最后环向缠绕的方式依次缠绕至内胆上。
更进一步地，所述紫外光由多个汞灯提供，功率可控，所述汞灯个数由压力容器体积决定，体积越大，所需汞灯个数越多，反之则越少。
更进一步地，所述汞灯放置在高速缠绕机对面一侧，防止缠绕过程损坏汞灯。
更进一步地，所述缠绕机和汞灯同时打开，可实现原位固化，缠绕和固化一步到位。
更进一步地，所述内胆为通过吹塑工艺成型的高密度聚乙烯塑料。
更进一步地，所述内胆在缠绕开始前需要进行表面处理：在内胆外表面喷涂或贴覆过渡层，或者使其粗糙化。
更进一步地，所述压力容器结构从里到外依次为高密度聚乙烯塑料薄膜、复合材料缠绕层、保护层。
更进一步地，所述紫外光固化复合材料压力容器的成型方法包括以下步骤：
S1：制作含有环氧树脂、光引发剂和热引发剂的预浸料，并进行检验。
S2：得到吹塑出来的高密度聚乙烯塑料内胆，并进行边角的修整。
S3：将内胆和检验合格的预浸料充气加压放置在高速缠绕机上，并将汞灯摆放在缠绕机对侧，汞灯尽可能靠近内胆，目的是使光引发剂充分吸收紫外光并与树脂反应，提高固化效率。
S4：开启缠绕机和汞灯，按照先螺旋缠绕，再过渡缠绕，最后环向缠绕的方式将预浸料依次缠绕至内胆表面。
S5：缠绕完毕后，减掉多余预浸料，继续保持缠绕机匀速转动，保证固化时受紫外光照均匀，等待固化完成。
S6：固化完毕后，将固化好的压力容器从缠绕机上卸下，并在其表面包裹或涂覆保护层。
S7：包裹或涂覆完毕后，若保护层有缺陷进行表面的修补工作，修补完成即可得到制品压力容器。
更进一步地，所述充气加压目的为用于支撑预浸料在内胆上的缠绕，保证内胆不会因为挤压而变形。
本发明的有益效果：
（1）简化成型工艺，采用紫外光固化方式可一步成型，原位缠绕固化，减少时间，提高效率。
（2）固化受热均匀，制品质量可靠。
（3）每单位含胶量均匀，制品质量可靠。
（4）内胆选用非金属高聚乙烯内胆，成型重量大大减小，方便携带。
（5）不需要笨重固化炉，占用空间面积小，提高空间利用率。
（6）固化效率高，固化效果肉眼可见。
附图说明
图1为本发明的紫外光复合材料压力容器整体结构示意图；其中1为保护层，2为复合材料缠绕层，3为内胆；
图2为本发明的预浸料环向缠绕成型设备示意图；其中1为内胆，2为压缩空气，3为汞灯，4为预浸料，5为缠绕机；
图3为本发明的成型流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
某容器采用紫外光照射方式进行缠绕与固化成型
由吹塑机吹出的内胆先进行边角的修整，使其达到平整状态，再经过表面喷涂或贴覆过渡层，使其粗糙化，目的是为了增加摩擦力，防止预浸料在内胆上滑动，在内胆内部通入压缩空气，以抵消预浸料在内胆上的作用力，将内胆和预浸料放置在缠绕工位上，提前制作的含有光引发剂的预浸料通过缠绕机按照先螺旋缠绕，再过渡缠绕，最后环向缠绕的线型缠绕至内胆表面，在缠绕开始时，放置在缠绕机对侧的汞灯也需要同步打开，汞灯放置的个数由容器的体积决定，容器体积越大，放置汞灯个数越多，当缠绕完毕后，将预浸料剪断，缠有预浸料的内胆仍需旋转，汞灯继续照射预浸料，使得纤维充分固化，固化完成后将固化好的压力容器卸下，并在容器表面包裹或涂覆保护层，防止复合材料缠绕层被破坏和被腐蚀，同时也有利于外貌美观，包裹或涂覆完毕后，若保护层有缺陷进行表面的修补工作，修补完成即可得到本发明提供的紫外光固化复合材料压力容器。

Claims (13)

1.一种紫外光固化复合材料压力容器，包括保护层、复合材料缠绕层和内胆。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述保护层用于压力容器的防腐、防水、防磨。
3.根据权利要求1所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述复合材料缠绕层为多层预浸料缠绕层，经由紫外光照射固化成型。
4.根据权利要求3所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述多层预浸料中含有环氧树脂、光引发剂和热引发剂。
5.根据权利要求3所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述多层预浸料经由缠绕机按照先螺旋缠绕，再过渡缠绕，最后环向缠绕的方式依次缠绕至内胆上。
6.根据权利要求3所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述紫外光由多个汞灯提供，功率可控，所述汞灯个数由压力容器体积决定，体积越大，所需汞灯个数越多，反之则越少。
7.根据权利要求3所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述汞灯放置在高速缠绕机对面一侧，防止缠绕过程损坏汞灯。
8.根据权利要求3-7所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述高速缠绕机和汞灯同时打开，可实现原位固化，缠绕和固化一步到位。
9.根据权利要求1所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述内胆为通过吹塑工艺成型的高密度聚乙烯塑料。
10.根据权利要求1所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述内胆在缠绕开始前需要进行表面处理：在内胆外表面喷涂或贴覆过渡层，或者使其粗糙化。
11.根据权利要求1-10所述的一种紫外光固化复合材料压力容器，其特征在于：所述压力容器结构从里到外依次为高密度聚乙烯塑料、复合材料缠绕层、保护层。
12.一种权利要求1-11任一项所述紫外光固化复合材料压力容器的成型方法，其特征在于：
S1：制作含有环氧树脂、光引发剂和热引发剂的预浸料，并进行质量检验；
S2：得到吹塑出来的高密度聚乙烯塑料内胆，并进行边角的修整；
S3：将内胆和检验合格的预浸料充气加压放置在高速缠绕机上，并将汞灯摆放在缠绕机对侧，汞灯尽可能靠近内胆，目的是使光引发剂充分吸收紫外光并与树脂反应，提高固化效率；
S4：开启缠绕机和汞灯，按照先螺旋缠绕，再过渡缠绕，最后环向缠绕的方式将预浸料依次缠绕至内胆表面；
S5：缠绕完毕后，减掉多余预浸料，继续保持缠绕机匀速转动，保证固化时受紫外光照均匀，等待固化完成；
S6：固化完毕后，将固化好的压力容器从缠绕机上卸下，并在其表面包裹或涂覆保护层，即可得到制品压力容器；
S7：包裹或涂覆完毕后，若保护层有缺陷进行表面的修补工作，修补完成即可得到制品压力容器。
13.根据权利要求12所述的一种紫外光固化复合材料压力容器的成型方法，其特征在于：所述充气加压目的为用于支撑预浸料在内胆上的缠绕，保证内胆不会因为挤压而变形。
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