CN2649929Y - 一种纤维缠绕复合材料压力容器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有层间结构的纤维缠绕复合材料压力容器，主要解决压力容器整体性能发挥不好的问题，其目的是提供一种耐压强度高、疲劳及爆破性能优异的纤维缠绕复合材料压力容器，它包括纤维缠绕复合材料层及压力容器内衬，其特征在于：压力容器内衬与所述纤维缠绕复合材料层之间以及纤维缠绕复合材料的层与层之间均铺敷有变形协调层。本实用新型具有质量轻、制造成本低、生产周期短、质量稳定、耐疲劳、防爆性能好等优点。它即使破坏也不会产生出大量杀伤性碎片。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种压力容器，特别是一种纤维缠绕复合材料压力容器。
技术背景
复合材料压力容器具有重量轻、耐腐蚀性好、可设计性强、失效时无杀伤性碎片产生等许多优点，已广泛应用于航空航天、船舶、汽车、抢险救生、医疗卫生等诸多领域。
复合材料压力容器的制作工艺一般是用浸渍树脂的纤维在其容器内衬上进行纵环向缠绕，然后固化成型。内衬的设置是在缠绕过程中起芯模和骨架的作用。外层的复合材料层是内压载荷的主要承受层，它是由连续纤维经纵向或环向交替缠绕成型，固化后成为一种多层的各向异性结构。因此，复合材料层的层间行为是影响其整体性能发挥的关键。早在20世纪40年代，复合材料压力容器首次在美国军用飞机上使用；随后，国内外许多制造公司，对其进行了大量研究和开发工作，较好的解决了复合材料压力容器设计制作的技术问题。但是，随着压力容器工作压力和使用要求的提高，目前的设计制造方法较难发挥复合材料层的整体性能，纤维利用率低，其层间效果差、层与层之间协同效应低，易发生移位或松动，导致压力容器的耐压强度低，耐疲劳及耐爆破性能差，无法满足先进复合材料压力容器耐高压的技术要求。
实用新型内容
为了提高压力容器内衬所覆着的纤维缠绕复合材料层的层间效果，解决压力容器整体性能发挥不好的问题，本实用新型的目的是提供一种耐压强度高、疲劳及爆破性能优异的带有层间结构的复合材料压力容器。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种带有层间结构的纤维缠绕复合材料压力容器，它包括内衬、纤维缠绕复合材料层及介质进出口，其特征在于：所述内衬与所述纤维缠绕复合材料层之间铺敷有变形协调层。
所述纤维缠绕复合材料层为多层，所述变形协调层夹敷于纤维缠绕复合材料层与层之间。
所述变形协调层为高分子胶膜层，其高分子胶膜层厚度为0.1-2.0mm。
所述纤维复合材料层为纤维复合材料在所述内衬上以连续纵向及环向交替缠绕的缠绕方式组成。
所述内衬为球形、柱形、环形或其他回转形状。所述内衬选用金属或非金属材质制造。
所述介质进出口至少设定一个，其与所述压力容器内外相连通。
本实用新型采用以上技术方案，其优点如下：
1、纤维缠绕复合材料压力容器由内衬、复合材料层和变型协调层组成，变型协调层采用高分子胶膜，使纤维缠绕复合材料层呈现多层的各向异性结构能够有机的粘结为一体。因而可以最大限度的发挥复合材料各层的协同效应，显著提高其层间的应力-应变传递效率，降低负面效应的影响。
2、高性能复合材料(如，碳纤维复合材料)与金属内衬的电极电位存在一定的差异，如果压力容器是在潮湿的环境中工作，存在金属内衬被电化学腐蚀的危险，通过在金属内衬和复合材料层间加入协调层不仅可以避免这种情况的发生，而且可以提高金属内衬和复合材料的粘接效果，改善金属内衬的受力状态，提高压力容器的整体性能。
3、采用在复合材料层间预埋变形协调层将显著提高纤维缠绕复合材料的层间效果，可有效提高压力容器的耐疲劳和抗爆破的性能，同时保护了金属内衬免受电化学腐蚀的危险。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图
图2为复合材料层与变形协调层的层状结构示意图
具体实施方式
本实用新型是针对影响纤维缠绕复合材料压力容器的关键因素提出的，因此，本实用新型对制造高性能纤维缠绕复合材料压力容器具有非常重要的意义。
如图1所示，本实用新型的压力容器以气瓶为例，它包括内衬1、纤维缠绕复合材料层2、介质进出口3组成，纤维缠绕复合材料层2由纵环向缠绕纤维层21与变形协调层22组成，纤维层21缠绕5mm后时，铺敷一层变形协调层22，其厚度为0.2mm，再进行第二次纤维层21缠绕，再铺敷设与层之间铺覆有变形协调层3组成，在气瓶一端设有一介质进出口3，介质进出口3将压力容器内外相连通。
所述压力容器内衬1起气密作用，其内衬1的材质为铝合金材料，纵向及环向缠绕纤维层21是由经双酚A型环氧树脂或乙烯基酯树脂浸渍过的碳纤维、芳纶纤维或玻璃纤维增强材料缠绕至一定厚度形成，缠绕方法采用常规方法，变形协调层22选用高分子胶膜，高分子胶膜为环氧树脂胶膜，以铺敷方式形成，其厚度为2mm。
纵环向缠绕纤维层21与变形协调层22的复合层的具体操作为：纵环向缠绕纤维层21缠绕于金属内衬上铺敷一层高分子环氧树脂胶膜，0.1mm厚，交替进行环向和纵向缠绕后，停置固化；再铺敷第二层胶膜0.2mm厚，进行第二次缠绕，再停置固化；至少经三个循环。纤维缠绕复合材料层由16层纵向，20层环向循环缠绕形成，总厚度为15mm。
压力容器的形状可以根据需要，设定为球形、柱形、环形或其他回转体。
所述内衬材料还可以选用橡胶或者塑料材料。
本实用新型的工作原理：
纤维缠绕复合材料外层的复合材料层呈现多层的各向异性结构。因此，最大限度的发挥复合材料各层的协同效应是制造高性能复合材料气瓶的关键，在复合材料层间加入起变形协调作用的结构层后，将提高层间的应力-应变传递效率，降低负面效应的影响。
同时，高性能复合材料(如，碳纤维复合材料)与金属内衬的电极电位存在一定的差异，如果气瓶是在潮湿的环境中工作，存在金属内衬被电化学腐蚀的危险。通过在金属内衬和复合材料层间加入协调层不仅可以避免这种情况的发生，而且可以提高金属内衬和复合材料的粘接效果，改善金属内衬的受力状态，提高气瓶的整体性能。
复合材料压力容器是由金属内衬层和复合材料结构层之间加入了起变形协调作用的结构层组成，其中纤维纵环向缠绕复合材料是非常重要的一个环节，它直接影响到整个复合材料气瓶的性能发挥，本实用新型在实施过程中采用了分层固化的工艺，并且在层间加入了起层间变形协调作用的结构层。
分层固化工艺是在内衬上先缠绕一定厚度的缠绕层，使其固化，冷却到室温打磨再缠绕第二层。依次循环直至缠绕满足强度设计要求的层数为止。变形协调层就是在分层的间隙铺覆一种特殊的高分子胶膜，形成一种夹层结构。
Claims (7)
1、一种纤维缠绕复合材料压力容器，它包括内衬、纤维缠绕复合材料层及介质进出口，其特征在于：所述内衬与所述纤维缠绕复合材料层之间铺敷有变形协调层。
2、根据权利要求1所述纤维缠绕复合材料压力容器，其特征在于：所述纤维缠绕复合材料层为多层，所述变形协调层夹敷于所述纤维缠绕复合材料层的层与层之间。
3、根据权利要求1或2所述纤维缠绕复合材料压力容器，其特征在于：所述变形协调层为高分子胶膜层。
4、根据权利要求3所述纤维缠绕复合材料压力容器，其特征在于：所述高分子胶膜层厚度为0.1-2.0mm。
5、根据权利要求1所述纤维缠绕复合材料压力容器，其特征在于：所述内衬为球形、柱形或环形状。
6、根据权利要求1或2或5所述纤维缠绕复合材料压力容器，其特征在于：所述纤维复合材料层为所述纤维复合材料在所述内衬上以纵向及环向交替连续缠绕组成。
7、根据权利要求1所述纤维缠绕复合材料压力容器，其特征在于：所述介质进出口至少设定一个，其进出口与所述压力容器内外相连通。
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