CN115609979A - 一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，主要应用包括航空航天储气瓶及车载储氢瓶等压力容器，具体步骤如下:步骤1:塑料内胆表面处理；步骤2：预浸丝缠绕；步骤3：固化成型；步骤4：打磨；步骤5：清洗；步骤6：刷涂与固化。通过干法缠绕可严格控制树脂含量(精确到2％以内)、操作环境干燥且无原材料浪费、能够准确地控制产品的重量并且生产效率高；使用内胆涂胶的方式可以提高塑料内胆外表面与预浸丝碳纤维层粘接力；采用恒压固化与表面缠绕OPS热收缩膜相结合可以提高内胆固化后的稳定性、疲劳性，不会产生内胆塌陷、纤维层与内胆分层、纤维层间分层，提高复合材料层间强度，提高纤维强度发挥率，达到气瓶轻量化的目的,同时层间剪切强度提高20%以上，孔隙率降低15%以上。

Description

一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法

技术领域

本发明涉及塑料内胆干法缠绕技术领域，具体为一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法。

背景技术

缠绕成型是将浸过树脂胶液的连续纤维按照一定的规律缠绕到芯模上，然后经过固化、脱模获得产品的过程。按照物理、化学状态的不同，可分为干法缠绕、湿法缠绕两种缠绕工艺。干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸丝或带，在缠绕机上直接缠绕到芯模上。湿法缠绕是将纤维丝浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上，该发明采用的是干法缠绕成型方法。

塑料内胆缠绕气瓶以其重量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能用以替代传统的金属气瓶，传统的塑料内胆采用湿法缠绕成型，不易控制树脂含量，产品质量偏差大，纤维容易滑线落纱不稳定，爆破压力不稳定，操作环境较差，还会造成材料的浪费，而且采用常压固化，内胆固化后的稳定性、疲劳性较差，容易产生内胆塌陷、纤维层与内胆分层、纤维层间分层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，以解决上述背景技术中提出的湿法缠绕成型不易控制树脂含量，产品质量偏差大，纤维容易滑线落纱不稳定，爆破压力不稳定，操作环境较差，还会造成材料的浪费，常压固化容易产生内胆塌陷、纤维层与内胆分层、纤维层间分层的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，所述技术的步骤包括：

步骤1:塑料内胆表面处理：

使用目数为50-200目的砂纸将塑料内胆表面进行砂毛。采用聚氨酯类胶粘剂，对塑料内胆进行刷胶，且胶膜厚度为0.2mm-0.4mm，在胶粘剂刷涂完成后晾15-20min；表面处理后的内胆，要在3个小时内完成缠绕，以保证碳纤维与内胆的粘接性；

步骤2：预浸丝缠绕：

缠绕前在塑料内胆充入0.3-0.6兆帕恒压空气，预浸丝按照纵向缠绕、螺旋缠绕及环向缠绕交替进行的缠绕方式在塑料内胆的外表面上进行缠绕,且能够实现纵向缠绕与螺旋缠绕之间、螺旋缠绕与环向缠绕之间、环向缠绕与纵向缠绕之间在不割断纤维的条件下进行连续缠绕，直到缠绕厚度达到设计要求为止。纵向缠绕角度为±5°～±40°，螺旋缠绕角度为±40°～±80°，环向缠绕角度为±80°～±90°。在进行缠绕时，缠绕的张力范围为10-60N，张力由内层到外层逐层递减，并且通过安装张力控制系统，对张力实时监控，预浸丝缠绕后在表面缠绕一层OPS热收缩膜，缠绕张力范围为60-80N；

步骤3：固化成型：

通过阶梯升温加热固化的方式对缠绕后的塑料内胆进行固化成型，此过程中继续保持塑料内胆内0.3-0.6兆帕恒压，固化温度为90-120℃，升温速率为1-2℃/min，固化时间为4-6h；

步骤4：打磨：

固化成型后成为塑料内胆复合材料气瓶，塑料内胆复合材料气瓶进行外表面打磨，打磨的方式为利用砂纸进行打磨，砂纸的目数为50-200目；

步骤5：清洗：

对打磨后的塑料内胆复合材料气瓶进行清洗，清洗剂采用乙酸乙酯或丙酮；

步骤6：刷涂与固化：

将塑料内胆复合材料气瓶装入UV光固化自转设备里进行刷涂及固化。

进一步的，所述步骤2中预浸丝采用碳纤维与环氧树脂预浸而成，预浸丝宽度为5-12mm。

进一步的，所述步骤2中在缠绕过程中还通过加热装置进行在线加热，加热温度为40-80℃，加热方式为热风、红外、超声或热辊，并且通过温度控制系统，实时对温度进行检测和控制，使加热效果更好。

有益效果：

本发明塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法相对比湿法缠绕成型方法，干法缠绕可严格控制树脂含量(精确到2％以内)、操作环境干净且无原材料浪费、能够准确地控制产品的重量并且生产效率高；

本发明使用内胆涂胶的方式可以提高塑料内胆外表面与预浸丝碳纤维层粘接力；采用恒压固化与表面缠绕OPS热收缩膜相结合的方式进行成形，与常压固化相比，恒压固化可以提高内胆固化后的稳定性、疲劳性，不会产生内胆塌陷、纤维层与内胆分层、纤维层间分层；

提高复合材料层间强度，提高纤维强度发挥率，达到气瓶轻量化的目的，同时干法缠绕制品层间剪切强度提高20％以上；孔隙率降低15％以上；气瓶水压爆破后，纤维层间未见明显分层，复合材料气瓶爆破强度提高30％-50％，气瓶疲劳次数可提高20％-30％；

本发明通过安装温度检测控制系统，通过温度检测控制系统，可以对加热系统进行严格的检测，温度检测控制系统用来对加热系统的加热温度进行调节，在进行干法缠绕时加热效果更好，从而也方便工作人员对加热的稳定进行控制和调节；通过安装张力检测控制系统，通过张力检测控制系统，可以对张力系统进行严格的检测，张力检测控制系统用来对张力系统的张力进行调节，在进行干法缠绕时张力控制精准，缠绕性能有保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明实施例的气瓶干法缠绕成型的流程图。

具体实施方式

下面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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：请参考图1：

本发明提供如下技术方案：一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，所述技术的步骤包括：

步骤1:塑料内胆表面处理：

采用聚氨酯类胶粘剂，对塑料内胆进行刷胶，且胶膜厚度为0.2mm-0.4mm。在胶粘剂刷涂完成后晾置15-20min；

步骤2：预浸丝缠绕：

缠绕前在塑料内胆充入0.3-0.6兆帕恒压空气，通过预浸丝对塑料内胆进行缠绕，在进行缠绕时，缠绕的张力保持为10-60N，并且通过安装张力控制系统，对张力实时监控；预浸丝采用碳纤维与环氧树脂预浸而成，预浸丝宽度为5-12mm；在缠绕过程中还通过加热装置进行在线加热，加热温度为40-80℃，加热方式为热风、红外、超声或热辊，并且通过温度控制系统，实时对温度进行检测和控制，使加热效果更好；通过安装温度检测控制系统，通过温度检测控制系统，可以对加热系统进行严格的检测，温度检测控制系统用来对加热系统的加热温度进行调节，在进行干法缠绕时加热效果更好，从而也方便工作人员对加热的稳定进行控制和调节；通过安装张力检测控制系统，通过张力检测控制系统，可以对张力系统进行严格的检测，张力检测控制系统用来对张力系统的张力进行调节，在进行干法缠绕时张力控制精准，缠绕性能有保证；

步骤3：固化成型：

通过阶梯升温加热固化的方式对缠绕后的塑料内胆进行固化成型，此过程中继续保持塑料内胆内0.3-0.6兆帕恒压，固化温度为90-120℃，升温速率为1-2℃/min，固化时间为4-6h；

步骤4：打磨：

固化成型后成为的塑料内胆复合材料气瓶，塑料内胆复合材料气瓶外表面进行打磨，打磨的方式为利用砂纸进行打磨，砂纸的目数为50-200目；

步骤5：清洗：

对打磨后的塑料内胆复合材料气瓶进行清洗，清洗剂采用乙酸乙酯或丙酮；

步骤6：刷涂与固化：

将塑料内胆复合材料气瓶装入UV光固化自转设备里进行刷涂及固化。

本发明塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法相对比湿法缠绕成型方法，干法缠绕可严格控制树脂含量(精确到2％以内)、操作环境干净且无原材料浪费、能够准确地控制产品的重量并且生产效率高；

本发明使用内胆涂胶的方式可以提高塑料内胆外表面与预浸丝碳纤维层粘接力；采用加压固化方式进行成形，与常压固化相比，加压固化可以提高内胆固化后的稳定性、疲劳性，不会产生内胆塌陷、纤维层与内胆分层、纤维层间分层，提高复合材料层间强度，提高纤维强度发挥率，达到气瓶轻量化的目的，同时干法缠绕制品层间剪切强度提高20％以上；孔隙率降低15％以上；气瓶水压爆破后，纤维层间未见明显分层，复合材料气瓶爆破强度提高30％-50％，气瓶疲劳次数可提高20％-30％。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1: 塑料内胆表面处理：

使用目数为50-200目的砂纸将塑料内胆表面进行砂毛。

2.采用聚氨酯类胶粘剂，对塑料内胆进行刷胶，且胶膜厚度为0.2mm-0.4mm，在胶粘剂刷涂完成后晾15-20min；表面处理后的内胆，要在3个小时内完成缠绕，以保证碳纤维与内胆的粘接性；

步骤2：预浸丝缠绕：

缠绕前在塑料内胆充入0.3-0.6兆帕恒压空气，通过预浸丝对塑料内胆进行缠绕，在进行缠绕时，缠绕的张力范围为10-60N，张力由内层到外层逐层递减，并且通过安装张力控制系统，对张力实时监控，预浸丝缠绕后在表面缠绕一层OPS热收缩膜，缠绕张力范围为60-80N；

步骤3：固化成型：

通过阶梯升温加热固化的方式对缠绕后的塑料内胆进行固化成型，此过程中继续保持塑料内胆内0.3-0.6兆帕恒压，固化温度为90-120℃，升温速率为1-2℃/min，固化时间为4-6h；

步骤4：打磨：

固化成型后成为塑料内胆复合材料气瓶，塑料内胆复合材料气瓶进行外表面打磨，打磨的方式为利用砂纸进行打磨，砂纸的目数为50-200目；

步骤5：清洗：

对打磨后的塑料内胆复合材料气瓶进行清洗，清洗剂采用乙酸乙酯或丙酮；

步骤6：刷涂与固化：

将塑料内胆复合材料气瓶装入UV光固化自转设备里进行刷涂及固化。

3.根据权利要求1所述的一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，其特征在于：所述步骤2中预浸丝采用碳纤维与环氧树脂预浸而成，预浸丝宽度为5-12mm。

4.根据权利要求1所述的一种塑料内胆复合材料气瓶干法缠绕成型方法，其特征在于：所述步骤2中在缠绕过程中还通过加热装置进行在线加热，加热温度为40-80℃，加热方式为热风、红外、超声或热辊，并且通过温度控制系统，实时对温度进行检测和控制。

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