[發明專利]一種加熱固化成型裝置及使用其制備纖維纏繞金屬內襯復合容器的方法

有效

• 申請號: 201410203418.2
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103978591A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 許家忠;喬明;尤波;楊紅紅;楊海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B29C35/04
• 分類號: B29C35/04;B29L22/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種固化裝置及使用其制備復合容器的方法。

背景技術

以鋼和鋁等金屬材料為內襯、以碳/玻纖維增強樹脂基復合材料作為外纏繞層的復合容器，已被廣泛應用于航空航天、能源、建筑、交通等領域。采用濕法工藝纏繞具有金屬內襯的復合材料容器，其制造工藝過程為：首先在纏繞機上進行纏繞成型，其次根據固化制度要求對金屬內襯外纏繞的復合材料層進行加熱，使復合材料發生理化反應實現其固化成型。

目前金屬內襯復合材料纖維纏繞容器固化工藝主要采用外加熱固化成型，即容器纏繞成型后，將其放入固化爐中對纏繞層按照設定的固化升溫歷程進行加熱，促使復合材料發生理化反應，實現復合材料固化成型。由于采用外固化工藝，復合材料由外向內逐層被加熱并發生理化反應，導致固化反應產生的熱量和氣體無法排出，從而影響復合材料固化質量，外固化工藝從外部加熱的特點決定了容器纏繞、固化二道工序需要在纏繞機、固化爐兩臺獨立的設備上完成，且容器需要在設備間轉運輸送。而厚壁容器需要多次纏繞和固化，導致容器生產成本高、效率低。

已公布的專利：玻璃鋼纏繞管芯模全封閉式內加熱固化裝置，公開號：CN201979646U；一種用于纏繞玻璃鋼管的加熱固化模具，申請號：200420018782.3；纏繞玻璃鋼管的方法及專用胎具，公開號：1359786。上述專利均描述了從內部對復合材料進行加熱固化的方法，如果直接將上述裝置和方法應用于纏繞容器的內固化成型會產生如下問題：

第一、上述已公布專利均是針對大長徑比的管軸類形狀復合材料(如玻璃鋼管道、傳動軸)，加熱的對象均為可循環利用的內部模具，且模具及模具內部的加熱芯管均為細長圓柱形狀，因此易于實現模具均勻加熱。然而復合材料容器通常是小長徑比、容器直徑大且封頭入口直徑小的形狀。即容器封頭直徑遠小于與容器直徑，因此必須選用小直徑加熱芯管，芯管在插入容器內部后，在芯管和容器內襯間形成巨大的空間，通入的加熱介質無法有效的流通，導致內襯加熱不均勻，從而影響復合材料固化質量。

第二、如果采用導熱油作為加熱介質，導熱油會污染容器的金屬內襯，且容器體積較大時需要大量的導熱油充滿其內部空間，且不易實現循環加熱，而且實際生產中易發生泄漏污染，顯然不適合復合材料容器加熱。

第三、蒸汽加熱方式也不適用于復合材料容器。首先，高溫高壓蒸汽會使容器金屬內襯表面發生氧化反應，影響容器內襯性能；其次，內襯被加熱過程中會形成冷凝水，并聚集在水平放置容器的底部無法排出，容器在固化過程中需要旋轉，使得內襯在轉到底部時反復經歷冷凝水的冷卻，從而極大地影響復材固化質量；再次蒸汽溫度都高于100攝氏度，固化過程中實現低于100攝氏度的金屬內襯低溫控制難度大，且溫度控制精度非常低，從而不能有效的執行梯度固化制度，影響復合材料固化質量；最后，高溫高壓蒸汽不易獲得，生產過程中需要單獨建立鍋爐并鋪設供汽管路提供蒸汽，增加了生產和管理成本。

已公開發明專利“一種內加熱方法及內加熱固化裝置CN101670633A”，是將電加熱元件置于模具內，加熱元件通過導電滑環與供電設施相連，該方式適用于模具需要成型后脫模并進行循環利用的產品成型，顯然不適用于金屬內襯復合容器，另外導電滑環是周期性耗材，在實際應用中需定期更換，且可靠性差。

以上現有技術都不能有效的實現纖維纏繞金屬內襯復合容器從內部對其進行加熱固化成型。

發明內容

本發明的目的是要解決現有采用外固化工藝導致容器固化成型時溫度不均、固化質量差和成型效率低的問題，而提供一種加熱固化成型裝置及使用其制備纖維纏繞金屬內襯復合容器的方法。

一種加熱固化成型裝置，它包括加熱芯管、導流歧管、加熱氣囊、旋轉接頭、空氣壓縮機和加熱器；

所述的旋轉接頭包括旋轉接頭第一進氣口、旋轉接頭第二進氣口和旋轉接頭出氣口；加熱芯管的頂端與旋轉接頭第二進氣口相連通；加熱芯管上設置與其相連通的導流歧管，且導流歧管從加熱芯管的頂部至導流歧管的底部逐漸增多；

加熱芯管的周圍包覆帶有氣囊小孔的加熱氣囊，且加熱芯管的軸心線與加熱氣囊的軸心線為同一軸心線；氣囊小孔設置在加熱氣囊的外表面上，且氣囊小孔從加熱氣囊的頂部至加熱氣囊的底部逐漸增多；

加熱器的進氣口與空氣壓縮機的排氣口連通，加熱器的排氣口與旋轉接頭第一進氣口相連通；空氣壓縮機的進氣口與旋轉接頭出氣口相連通。

使用一種加熱固化成型裝置制備纖維纏繞金屬內襯復合容器的方法，具體是按以下步驟完成的：