[發明專利]一種短切碳纖維摻雜的加強筋型高壓氣瓶

有效

• 申請號: 201310283249.3
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103383058A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 閻泳;單曙光;宋佑濤;金全國
• 申請（專利權）人: 江蘇久維壓力容器制造有限公司
• 主分類號: F17C1/06
• 分類號: F17C1/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王華

技術領域

本發明屬于高壓氣瓶的技術領域，尤其涉及增強纖維復合層的高壓氣瓶。

背景技術

高壓氣瓶主要用于高壓氣體，如醫用氧氣、氮氣等液態的儲存，要求能承受20～30MPa的高壓。因此制造的氣瓶必須要求很高的氣密性，氣瓶瓶嘴的封口都采用高熱旋轉碾壓技術進行封口。普通的高壓氣瓶為了確保在工作壓力下的安全使用，氣瓶厚度較大，造成高壓氣瓶重量大、攜帶不便且成本增加。

另外，為了使高壓氣瓶輕量化，已經有金屬內襯復合材料的壓力容器，由于高性能碳纖維具有非常高的比強度和比剛度，很適合生產輕質高壓氣瓶。通過將浸漬過環氧樹脂的連續碳纖維按照特殊方式纏繞在金屬內襯表面形成承載保護層，但由于連續碳纖維在金屬內襯表面纏繞實際為單絲纏繞，單絲與單絲之間的結合力相對較低，同時形成的層與層之間的抗剪切強度相對較弱。尤其是在高壓氣瓶實用過程中出現碰撞時，造成高壓氣瓶的耐高壓強度降低，對安全使用造成隱患。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供了一種加強筋型高壓氣瓶，具有更高的工作壓強。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：一種短切碳纖維摻雜的加強筋型高壓氣瓶，包括金屬內襯，以及依次設在金屬內襯外表面的纏繞碳纖維復合層和外保護層，所述金屬內襯的筒體段外表面機加工有螺旋狀或環狀的加強筋；所述纏繞碳纖維復合層包括碳纖維下復合層和碳纖維上復合層，其中碳纖維下復合層通過螺旋纏繞或環向纏繞方式纏繞在加強筋之間形成的溝槽中，并與加強筋的高度一致，所述碳纖維上復合層則采用螺旋纏繞和環向纏繞的組合方式纏繞在上表面，且所述纏繞碳纖維復合層所采用的連續碳纖維經過環氧樹脂浸漬液浸漬時，該環氧樹脂浸漬液中包含有短切碳纖維。

作為優選，所述連續碳纖維經過含有短切碳纖維的環氧樹脂浸漬液浸漬后，總碳纖維質量含量為55～80%。

進一步的，所述外保護層采用玻璃鋼。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：本發明采用整體式加強筋型，具有更高的力學強度，提高了高壓氣瓶的安全使用壓力；同時利用二次纏繞碳纖維形成碳纖維復合層進一步提高了高壓氣瓶的安全壓力，尤其是連續碳纖維浸入環氧樹脂浸漬液浸漬時攜帶摻雜有短切碳纖維，提高了用于承載作用的纏繞碳纖維復合層的抗剪切強度，增強了高壓氣瓶的耐碰撞的安全可靠性。

附圖說明

圖1為本發明所述加強筋型高壓氣瓶的結構示意圖。

其中，金屬瓶體1、加強筋2、纏繞碳纖維復合層3、碳纖維上復合層31、碳纖維下復合層32、外保護層4。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

如圖1所示，一種加強筋2型高壓氣瓶，優選采用不銹鋼或鈦合金制成金屬瓶體1，整個瓶體的平均厚度為并通過機加工方式在瓶體表面加工形成環狀加強筋2，同時形成環狀的溝槽。加強筋2的高度優選為4mm，厚度2mm，且相鄰加強筋2的間距為1cm。接著在環狀溝槽中纏繞浸漬過環氧樹脂等熱固性樹脂的連續碳纖維得到纏繞連續碳纖維下復合層32，繼續進行第二次纏繞，此時采用螺旋纏繞和環向纏繞的組合方式得到碳纖維上復合層31。碳纖維上復合層31和碳纖維下復合層32組成纏繞碳纖維復合層3。帶纏繞完畢后，去除多余環氧樹脂后進行固化處理。作為改進，所述環氧樹脂浸漬液中加入5～10%的短切碳纖維，短切碳纖維長度為2～3mm，因此連續碳纖維在金屬瓶體表面進行纏繞時就攜帶有短切碳纖維，進行固化后短切碳纖維在整個復合層中時雜亂無章的分布，加強了單束碳纖維之間以及層之間的結合力和抗剪切強度，進一步提高了纏繞碳纖維復合層3的承載強度。

作為優選方案，所述瓶體采用機加工方式加工得到螺旋式加強筋2。此時形成的是螺旋狀的溝槽，因此可以采用單根連續碳纖維做螺旋式纏繞。加強筋不僅提高了金屬瓶體的力學強度，同時形成的溝槽中進行第一次碳纖維纏繞可得到嵌入式固定形態的碳纖維復合層，將原有的大面積纏繞分割成小區域纏繞提高了相對承載強度；另外與上碳纖維上復合層多形式纏繞組合（例如螺旋纏繞和環向纏繞的組合）的相互配合，形成松緊有度的碳纖維復合層，提高了整體的氣瓶安全性能。

最后，在最外表面制備一層玻璃鋼層作為外保護層4。