[發(fā)明專(zhuān)利]一種碳纖維纏繞氣瓶及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011480703.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114636093B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾升;李賀;張龍海;司耀輝;崔國(guó)彪;肖丹丹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 宇通客車(chē)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F17C1/06
• 分類(lèi)號(hào): F17C1/06
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發(fā)明屬于氣瓶領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維纏繞氣瓶及其制備方法。該纖維纏繞氣瓶包括筒形瓶體，還包括：碳纖維復(fù)合材料層，復(fù)合在筒形瓶體的外周面上，包括多層碳纖維纏繞層，所述多層碳纖維纏繞層相互之間通過(guò)樹(shù)脂結(jié)合成整體結(jié)構(gòu)；所述多層碳纖維纏繞層包括最內(nèi)側(cè)環(huán)形纏繞層、最外側(cè)環(huán)形纏繞層和設(shè)置在最內(nèi)側(cè)環(huán)形纏繞層、最外側(cè)環(huán)形纏繞層之間的至少兩層螺旋纏繞層，相鄰兩層螺旋纏繞層之間使用環(huán)形纏繞層隔開(kāi)。本發(fā)明的碳纖維纏繞氣瓶，內(nèi)側(cè)采用低角度纏繞，外側(cè)采用高角度纏繞，配合環(huán)向纏繞形成多角度纖維纏繞，纖維層之間形成交織關(guān)系，能夠提高纖維強(qiáng)度的轉(zhuǎn)化率，改善氣瓶受力結(jié)構(gòu)，在相同氣瓶強(qiáng)度下，具有更高的儲(chǔ)氫密度及抗暴破能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣瓶領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維纏繞氣瓶及其制備方法。

背景技術(shù)

目前高壓儲(chǔ)氫容器，主要有金屬儲(chǔ)氫容器、金屬內(nèi)襯纖維纏繞儲(chǔ)氫容器、全復(fù)合儲(chǔ)氫容器三種類(lèi)型。

車(chē)載儲(chǔ)氫容器由于其特殊性，需要增加儲(chǔ)氫量的同時(shí)盡量減輕質(zhì)量，一個(gè)儲(chǔ)氫容器的儲(chǔ)氫密度(儲(chǔ)氫量和容器總質(zhì)量之比)往往是評(píng)價(jià)該容器能否在汽車(chē)上應(yīng)用的一個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)，工作壓力為70MPa的儲(chǔ)氫氣瓶由于儲(chǔ)存壓力高，金屬儲(chǔ)氫容器和金屬內(nèi)襯纖維纏繞儲(chǔ)氫容器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)，但主要通過(guò)增加壁厚來(lái)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，氣瓶質(zhì)量大，儲(chǔ)氫密度低，約為2wt％～2.5wt％。

通過(guò)在金屬內(nèi)襯表面纏繞纖維增強(qiáng)容器承載力時(shí)，為了提高儲(chǔ)氫密度，可以通過(guò)優(yōu)化纏繞和固化工藝，減輕金屬內(nèi)襯的質(zhì)量的來(lái)減輕容器的質(zhì)量。如可以采用鋁合金內(nèi)膽制成碳纖維纏繞鋁合金內(nèi)膽儲(chǔ)氫氣瓶，這一類(lèi)氣瓶的制備方法現(xiàn)有技術(shù)中也有眾多方案，如申請(qǐng)公布號(hào)為CN102085724A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種制備碳纖維鋁內(nèi)膽儲(chǔ)氫氣瓶的濕法全纏繞和固化工藝，通過(guò)將環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和添加劑混合制成混合膠體，將碳纖維通過(guò)混合膠體并與混合膠體結(jié)合后以螺旋和環(huán)向的形式纏繞并完全包覆鋁內(nèi)膽表面，將纏繞后的氣瓶進(jìn)行固化即得產(chǎn)品。這類(lèi)氣瓶的一般結(jié)構(gòu)包括氣瓶瓶身和碳纖維復(fù)合材料層，通過(guò)以上濕法纏繞過(guò)程并經(jīng)固化，即實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料層與氣瓶瓶身的復(fù)合。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN103672387A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種70MPa高壓車(chē)載鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶，該儲(chǔ)氫氣瓶包括鋁合金內(nèi)膽、碳纖維纏繞層和玻璃纖維保護(hù)層；在鋁合金內(nèi)膽表面按照優(yōu)化設(shè)計(jì)的鋪設(shè)層次序用浸漬樹(shù)脂調(diào)節(jié)張力后的纖維進(jìn)行纏繞，玻璃纖維保護(hù)層纏繞鋪設(shè)在碳纖維纏繞層外表面；該氣瓶具有容重比大、耐腐蝕、未爆先露，工作壓力疲勞循環(huán)次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，但需要在鋁合金內(nèi)膽上同時(shí)纏繞碳纖維和玻璃纖維，并且碳纖維的纏繞層數(shù)多，纏繞方式復(fù)雜，成本高。并且根據(jù)工程實(shí)踐，以上專(zhuān)利申請(qǐng)中所提到的玻璃纖維，完全不能提高氣瓶的強(qiáng)度，反而會(huì)增加氣瓶的重量，同時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)際長(zhǎng)時(shí)間使用，玻璃纖維在暴曬后會(huì)出現(xiàn)“起毛”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響使用者的心理安全感。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維纏繞氣瓶，在相同氣瓶強(qiáng)度下，具有更高的儲(chǔ)氫密度及抗暴破能力。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述碳纖維纏繞氣瓶的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的碳纖維纏繞氣瓶的技術(shù)方案是：

一種碳纖維纏繞氣瓶，包括筒形瓶體，還包括：

碳纖維復(fù)合材料層，復(fù)合在筒形瓶體的外周面上，包括多層碳纖維纏繞層，所述多層碳纖維纏繞層相互之間通過(guò)樹(shù)脂結(jié)合成整體結(jié)構(gòu)；

所述多層碳纖維纏繞層包括最內(nèi)側(cè)環(huán)形纏繞層、最外側(cè)環(huán)形纏繞層和設(shè)置在最內(nèi)側(cè)環(huán)形纏繞層、最外側(cè)環(huán)形纏繞層之間的至少兩層螺旋纏繞層，相鄰兩層螺旋纏繞層之間使用環(huán)形纏繞層隔開(kāi)；至少兩層螺旋纏繞層包括最內(nèi)側(cè)螺旋纏繞層和最外側(cè)螺旋纏繞層，最內(nèi)側(cè)螺旋纏繞層為低角度纏繞，纏繞角為15-30°，最外側(cè)螺旋纏繞層為高角度纏繞，纏繞角為45-60°。

環(huán)形纏繞的纏繞角為90°，纏繞角為纏繞方向與氣瓶自身軸線(xiàn)的夾角。