RU2732157C1

RU2732157C1 - Method of producing high-pressure balloon protective cover

Info

Publication number: RU2732157C1
Application number: RU2019121894A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Пиценко; Алексей Владимирович Милохин; Алексей Анатольевич Шишкин; Татьяна Валерьевна Филимонова
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" имени академика Г.И. Северина"
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2020-09-11

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to gas equipment. Method for producing a protective coating of a high-pressure balloon consists in making it pigmented, made with binding agent depending on the purpose of the bottle, which is impregnated with a tape assembled from glass fibres. Coloured binder is obtained by mixing the base colouring paste and the white colouring paste in a certain proportion to achieve the final composition opacity, and a binder consisting of a resin and hardener mixed in a certain proportion, wherein a resin which does not require heating for polymerisation is used.

EFFECT: technical result is improved manufacturing ability of the balloon by reducing the number of process operations.

1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области газовой аппаратуры и может найти применение в кислородных дыхательных аппаратах альпинистов, спасателей, в переносных изделиях криогенной техники, системах газообеспечения, кислородных и противопожарных системах летательных аппаратов, а также других отраслях.The invention relates to the field of gas equipment and can be used in oxygen breathing apparatus of climbers, rescuers, in portable cryogenic equipment, gas supply systems, oxygen and fire-fighting systems of aircraft, as well as other industries.

Предлагаемое изобретение может быть использовано при изготовлении композитных баллонов высокого давления, содержащих внутреннюю герметичную оболочку (лейнер) и внешнюю силовую оболочку (силовой корпус) из композиционного материала, образованную намоткой на поверхность лейнера волокна (например, углеволокна), пропитанного связующим.The proposed invention can be used in the manufacture of high-pressure composite cylinders containing an inner sealed shell (liner) and an outer load-bearing shell (load-bearing body) made of composite material, formed by winding a fiber (for example, carbon fiber) impregnated with a binder onto the surface of the liner.

Известен металлокомпозитный баллон для газообразного водорода высокого давления по патенту RU №99100 от 01.07.2010 г., содержащий внешнюю силовую композитную оболочку, состоящую из нескольких слоев, и лейнер, при этом внешняя силовая композитная оболочка выполнена из жгутов в виде не менее двух кольцевых слоев для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев для усиления баллона в осевом направлении, слои выполнены в виде нитей или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна.Known is a metal-composite cylinder for high-pressure gaseous hydrogen according to RU patent No. 99100 dated 01.07.2010, containing an external power composite shell, consisting of several layers, and a liner, while the outer power composite shell is made of bundles in the form of at least two annular layers for reinforcing the balloon in the annular direction and at least two spiral layers for reinforcing the balloon in the axial direction, the layers are made in the form of threads or fiberglass, or carbon fiber, or organo-fiber.

Для изготовления силовой оболочки на лайнер наматывают кольцевые слои для усиления баллона в кольцевом направлении и спиральные слои для усиления баллона в осевом направлении, кольцевые и спиральные слои чередуют между собой. Соотношение кольцевых и спиральных слоев, а также выбор применяемых нитей определяют с учетом конструктивных и эксплутационных требований, предъявляемых к баллону. После намотки заготовка металлокомпозитного баллона помещается в полимеризационную камеру с последующим ступенчатым повышением температуры не менее 100°С и выдержкой в течение 6 часов для полимеризации эпоксидного связующего.To manufacture the load-bearing shell, annular layers are wound on the liner to reinforce the balloon in the annular direction and spiral layers to reinforce the balloon in the axial direction; the annular and spiral layers alternate with each other. The ratio of the annular and spiral layers, as well as the choice of threads used, is determined taking into account the design and operational requirements for the cylinder. After winding, the blank of the metal-composite balloon is placed in a polymerization chamber, followed by a stepwise increase in temperature of at least 100 ° C and holding for 6 hours to polymerize the epoxy binder.

При необходимости на баллон может быть нанесено защитное покрытие, закрепленное на внешней силовой композитной оболочке. If necessary, a protective coating can be applied to the cylinder, attached to the outer power composite shell.

В соответствии с требованиями действующей нормативной документации, помимо основных требований, предъявляемых к газовым баллонам высокого давления (снижение удельной материалоемкости баллона, и обеспечение высокого ресурса по числу циклов нагружения при безопасной эксплуатации баллона), дополнительно предъявляется требование нанесения цветовой индикации среды на баллон.In accordance with the requirements of the current regulatory documentation, in addition to the basic requirements for high-pressure gas cylinders (reducing the specific material consumption of the cylinder, and ensuring a high resource in the number of loading cycles during safe operation of the cylinder), there is an additional requirement to apply color indication of the medium to the cylinder.

Существуют различные способы выполнения этого требования.There are various ways to fulfill this requirement.

1. Покрытие лакокрасочным материалом готового баллона после намотки и полимеризации. Недостатком является возможность скалывания и истирания покрытия при использовании баллона.1. Coating the finished cylinder with paint and varnish material after winding and polymerization. The disadvantage is the possibility of chipping and abrasion of the coating when using a balloon.

2. Использование цветного термоусадочного материала. Этот процесс также имеет недостатки:2. Using colored shrink material. This process also has disadvantages:

- нанесение информации о баллоне на пленку до термоусадки, что может привести к искажению информации после процесса термоусадки;- applying information about the cylinder to the film before shrinking, which can lead to distortion of information after the shrinking process;

- необходим определенный опыт оператора для проведения данной операции;- a certain experience of the operator is required to carry out this operation;

- зависимость от поставок термоусадочного материала;- dependence on the supply of heat-shrinkable material;

- низкая стойкость термоусадочного материала к механическим повреждениям и истиранию.- low resistance of heat shrinkable material to mechanical damage and abrasion.

3. Установка носителя информации (вкладыша) между силовой и защитной оболочками. При таком способе защитная оболочка должна быть выполнена оптически прозрачной, а на информационный каркас должны быть нанесены цветовые пигменты, отражающие инфракрасное излучение. Кроме этого при незначительных механических повреждениях верхнего слоя затрудняется читабельность информации на этикетке, ввиду чего не допускается дальнейшая эксплуатация работоспособного изделия.3. Installation of an information carrier (insert) between the power and protective shells. With this method, the protective shell should be made optically transparent, and the information frame should be coated with color pigments that reflect infrared radiation. In addition, with minor mechanical damage to the top layer, the readability of the information on the label is impeded, and therefore further operation of a workable product is not allowed.

4. Выполнение защитного слоя путем намотки пигментированных нитей, например, из стекловолокна.4. Implementation of the protective layer by winding pigmented threads, for example, from fiberglass.

Так, известен металлокомпозитный баллон высокого давления по патенту №181359 от 30.01.2018 г., принятый за прототип, в котором последний наматываемый слой выполняет функцию защитной оболочки и выполнен пигментированным. Перед намоткой последнего слоя на корпус баллона устанавливают информационную этикетку, что предполагает выполнение пигментированного слоя прозрачным, позволяющим однозначно идентифицировать назначение баллона.Thus, a metal-composite high-pressure cylinder is known according to patent No. 181359 dated January 30, 2018, taken as a prototype, in which the last wound layer acts as a protective shell and is made pigmented. Before winding the last layer on the body of the balloon, an information label is installed, which implies that the pigmented layer is made transparent, which makes it possible to uniquely identify the purpose of the balloon.

После окончания процесса намотки баллон подвергают термической обработке для полимеризации связующего.After the end of the winding process, the balloon is subjected to heat treatment to polymerize the binder.

Прототип имеет высокую себестоимость, так как для изготовления разных слоев силовой оболочки (основного и защитного) в качестве связующего используют разные компаунды, а эпоксидное связующее, применяемое при изготовлении последнего слоя силовой оболочки, включает шесть составляющих.The prototype has a high prime cost, since different compounds are used as a binder for the manufacture of different layers of the power shell (main and protective), and the epoxy binder used in the manufacture of the last layer of the power shell includes six components.

Кроме этого, этап термической обработки обладает рядом недостатков:In addition, the heat treatment stage has a number of disadvantages:

- дополнительная технологическая операция повышает трудозатраты на изготовление баллона и его себестоимость;- an additional technological operation increases labor costs for the manufacture of a cylinder and its cost;

- необходимо поддерживать определенную температуру связующего в ванне в процессе намотки, самого обматываемого лейнера, а также температуру в цехе намотки;- it is necessary to maintain a certain temperature of the binder in the bath during the winding process, of the wrapped liner itself, as well as the temperature in the winding shop;

- даже незначительные технологические остановки могут привести к изменению вязкости связующего или к его полимеризации;- even minor technological stops can lead to a change in the viscosity of the binder or to its polymerization;

- выбросы вредных веществ в рабочей зоне намотки.- emissions of harmful substances in the working area of the winding.

Задачей изобретения является снижение себестоимости баллона, снижение трудозатрат на его изготовление, повышение технологичности изготовления баллона за счет сокращения количества технологических операций. The objective of the invention is to reduce the cost of the cylinder, reduce labor costs for its manufacture, improve the manufacturability of the cylinder by reducing the number of technological operations.

Поставленная задача решается за счет использования при изготовлении силовой и защитной оболочки одной и той же эпоксидной смолы, не требующей нагревания для полимеризации. Способ изготовления защитной оболочки баллона высокого давления заключается в следующем.The problem is solved by using the same epoxy resin in the manufacture of the load-bearing and protective shell, which does not require heating for polymerization. A method of manufacturing a protective shell for a high-pressure cylinder is as follows.

Первоначально происходит изготовление колеровочной пасты нужного цвета. Для этого смешивают базовую колеровочную пасту с колеровочной пастой белого цвета, которая придает непрозрачность конечной композиции и отвечает за оттенок цвета.Initially, the tinting paste of the desired color is produced. To do this, mix the base tinting paste with a white tinting paste, which gives opacity to the final composition and is responsible for the color shade.

Пропорциональные части составляющих приведены в таблице 1.The proportional parts of the components are shown in table 1.

После этого готовят связующее: смешивают смолу с отвердителем в определенной пропорции, например, для связующего Этал-Инжект SL - на 100 г смолы 46,4 г отвердителя. Время смешивания ≥5 минут.After that, a binder is prepared: the resin is mixed with a hardener in a certain proportion, for example, for Etal-Inject SL binder - 46.4 g of hardener per 100 g of resin. Mixing time ≥5 minutes.

В приготовленное связующее добавляют приготовленную колеровочную пасту в необходимом количестве в процентном соотношении к массе связующего.The prepared tinting paste is added to the prepared binder in the required amount as a percentage of the binder weight.

Пример процентного добавления колеровочной пасты приведен в таблице 2.An example of the percentage addition of tinting paste is shown in Table 2.

Количество введенной колеровочной пасты отвечает за интенсивность цвета защитной оболочки. Время смешивания компонентов ≥10 минут.The amount of tinting paste introduced is responsible for the color intensity of the protective coating. Mixing time of components ≥10 minutes.

Полученное окрашенное связующее процеживают через как минимум 8 слоев мелкоячеистой синтетической ткани (например, мадаполам) для удаления комочков красителя колеровочной пасты.The resulting dyed binder is filtered through at least 8 layers of fine-mesh synthetic fabric (for example, Madapolam) to remove lumps of dye from the tinting paste.

После процеживания связующее наливают в пропиточную ванну намоточного станка, по нитетракту пропускают ленту, собранную из стекловолокон. After filtering, the binder is poured into the impregnating bath of the winding machine, a tape collected from fiberglass is passed through the thread.

Ленту пропускают через раскладчик и закрепляют на горловине баллона.The tape is passed through a spreader and fixed to the neck of the cylinder.

После этого выбирают программу намотки на намоточном станке с ЧПУ и выполняют нанесение окрашенного защитного слоя.After that, a winding program is selected on a CNC winding machine and a painted protective layer is applied.

По окончании программы баллон снимают со станка и подвешивают в вертикальном положении, где происходит его отверждение в течение 2 суток без нагревания.At the end of the program, the cylinder is removed from the machine and suspended in a vertical position, where it cures for 2 days without heating.

Таким образом, изготовление защитной оболочки баллона высокого давления без нагревания для полимеризации и применение одной эпоксидной смолы для изготовления основной и защитной оболочек позволяет снизить себестоимость баллона, трудозатраты на его изготовление и повысить технологичность изготовления баллона за счет сокращения количества технологических операций.Thus, the manufacture of a protective shell of a high-pressure cylinder without heating for polymerization and the use of one epoxy resin for the manufacture of the main and protective shells allows one to reduce the cost of the container, labor costs for its manufacture and improve the manufacturability of the container by reducing the number of technological operations.

Claims

1. A method of manufacturing a protective shell of a high-pressure cylinder, which consists in making it pigmented, made colored, depending on the purpose of the cylinder, with a binder, which impregnates a tape assembled from glass fibers, characterized in that the colored binder is obtained by mixing a base tinting paste and a tinting paste white in a certain proportion to achieve the opacity of the final composition, and a binder consisting of mixed in a certain proportion of resin and hardener, using a resin that does not require heating for polymerization.

2. The method according to claim 1, characterized in that for the production of the tinting paste of the desired color, 1 part of the base blue tinting paste and 4 parts of the white tinting paste are taken for the blue color, for the yellow 4 parts of the base yellow and 1 part of the white, for the red 2 parts basic red and 1 part white.