[發明專利]一種復合材料氣瓶及其制備方法

在審

• 申請號: 202011079618.3
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112283572A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 胡正云;陳明和;謝蘭生
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F17C1/16
• 分類號: F17C1/16;F17C13/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

本發明公開了一種復合材料氣瓶及其制備方法，屬于復合材料成型及測試技術領域。現有的復合材料氣瓶補強方法浪費嚴重且設備投資成本高、工藝復雜，針對上述問題，本發明提供一種復合材料氣瓶及其制備方法：鑄造砂型模，在砂型模上纏繞纖維，旋轉固化；裁切沖洗脫模，安裝封頭，纏繞纖維增強層，再進行旋轉固化。本發明工藝簡單，同時提高了復合材料氣瓶的安全性能，節省材料，降低成本。

技術領域

本發明涉及一種復合材料氣瓶及其制備方法，屬于復合材料成型技術領域。

背景技術

復合材料氣瓶在航空航天和新能源汽車領域內運用越來越廣泛，主要作為儲能設備使用。對于復合材料氣瓶而言，保證其爆破壓力和爆破模式是第一要素，這是氣瓶安全性能的表征，爆破壓力就是氣瓶爆破時的最終壓力，爆破模式就是氣瓶爆破的位置，一般要求氣瓶爆破在筒身位置，以保證氣瓶爆破之后依然是一個整體，防止有高速飛濺物質對周圍造成傷害。氣瓶的強度通過纖維纏繞成型的外部復合材料層提供，一般該復合材料采用碳纖維制作而成，有兩種纏繞方式，一種是環向纏繞，主要提供氣瓶環向強度，一種是螺旋纏繞，主要提供氣瓶在軸向的強度，同時也會承載少部分的環向載荷。

由于環向纏繞只能纏繞氣瓶的直筒段，所以為了補強氣瓶封頭的強度采用螺旋纏繞方式，但在纖維連續全纏繞工藝下，需要對氣瓶整體進行纖維螺旋纏繞，而爆破的壓力主要取決于環向爆破壓力，使得復合材料氣瓶的直筒段的螺旋向纖維的利用效率低，往往需要纏繞較厚的纖維層，造成原材料的浪費，成本的升高。為了提升螺旋方向纖維發揮強度，國外采用機器人自動鋪絲技術，且在干法纏繞工藝上實現，設備投資成本高，技術難度大、原材料成本高。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術不足，提供一種復合材料氣瓶及其制備方法，在保證爆破安全的前提下增加封頭的強度、減少碳纖維用量、降低成本。

一種復合材料氣瓶，包括內膽，復合材料氣瓶整體纏繞纖維增強層，纖維增強層與內膽的封頭之間設有封頭補強件。封頭補強件可以增強封頭處的強度，使得氣瓶在爆破時金屬邊緣處不發生破壞，破壞集中在筒身段，使得復合材料氣瓶爆破數據穩定，安全性能穩定。

作為優選，封頭補強件是由纖維以螺旋纏繞方式單獨成型的，其形狀與封頭相適配并套在封頭上。以螺旋纏繞方式纏繞封頭補強件，增加了封頭徑向和環向的的強度。

作為優選，纖維增強層的纏繞方式為螺旋纏繞與環向纏繞交替。螺旋纏繞與環向纏繞交替，相較于單純的螺旋纏繞方式，增加了氣瓶內膽直筒段的徑向強度，提高了纖維的利用效率。

作為優選，封頭補強件由碳纖維或玻璃纖維制成，厚度為3mm至5mm。

作為優選，纖維增強層由碳纖維或玻璃纖維制成，厚度為27mm至32mm。

一種復合材料氣瓶的制備方法，采用以下步驟實現：

步驟1，制作封頭補強件，

S1.1鑄造砂型模，砂型模的封頭部分與內膽的封頭部分尺寸一致，砂型模的直筒段長度小于內膽的直筒段長度；

S1.2，纏繞纖維，采用螺旋纏繞的方式將纖維纏繞到砂型模上；

S1.3，旋轉固化，固化砂型模上的纖維層，優化固化制度，使固化時樹脂不完全固化，依然具有環氧官能團供后續分層固化使用；

S1.4，裁切沖洗脫模，將固化后的制件沿垂直于砂型模主軸的方向裁切開，用高壓水槍沖洗砂型模殘留物，留下復合材料封頭補強件。

步驟2，安裝封頭，將封頭補強件套在氣瓶內膽上，由于砂型模的封頭與內膽的封頭尺寸一致，可以完全匹配，對封頭補強件的邊緣部分進行倒角處理，用液態樹脂填充空隙部分，確保封頭補強件與內膽的封頭完全貼合。