[发明专利]一种制备碳纤维铝内胆储氢气瓶的湿法全缠绕和固化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种储氢气瓶，尤其是涉及一种制备碳纤维铝内胆储氢气瓶的湿法全缠绕和固化工艺。

背景技术

目前高压储氢容器，主要有金属储氢容器、金属内衬纤维缠绕储氢容器、全复合储氢容器三种类型。

金属储氢容器：由对氢气有一定抗腐蚀能力的金属构成。由于金属强度有限，为提高容器工作压力，只能增加容器厚度。但这会增加容器的制造难度，且容易造成加工缺陷。同时，金属材料密度较大，容器质量大，单位质量储氢密度较低。

纤维缠绕结构：为了提高容器的承载能力，并减轻质量，出现了金属内衬纤维缠绕结构。该结构中金属内衬并不承担压力载荷作用，仅仅起到盛装氢气的密封作用。内衬材料通常是不锈钢或铝合金。压力载荷由外层缠绕的碳纤维、玻璃纤维或者碳纤维-玻璃纤维混合纤维承担。由于纤维强度大大高于普通金属，且比重小，可以减轻容器的质量。受到纤维缠绕工艺的限制，该技术也经历了从单一环向缠绕，环向+纵向缠绕，到多角度复合缠绕的发展过程。随着纤维质量的提高和缠绕工艺的不断改进，提高容器承载能力的同时，减轻了容器的质量。

全复合纤维缠绕结构：除减薄纤维增强层厚度外，通过减轻内衬质量，也能步减轻容器质量，提高单位质量储氢密度。通过结构优化设计，改进加工工艺，现已开发出工程热塑料内衬结构的全复合纤维缠绕结构。但这种结构的缺点是：抗外部冲击能力低；随着温度和压力升高，氢气等气体的渗透量增大；与金属接嘴连接处往往是薄弱环节，易泄漏。

现有的湿法缠绕和固化工艺制造纤维复合材料储氢气瓶容易产生气泡、黄变、分层等问题，储氢气瓶要承载很高的压力，产品在加压后容易发生开裂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种固化后产品无气泡、易于浸润、不会发生黄变的制备碳纤维铝内胆储氢气瓶的湿法全缠绕和固化工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种制备碳纤维铝内胆储氢气瓶的湿法全缠绕和固化工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

(1)称取环氧树脂100重量份、固化剂30-60重量份、添加剂10-20重量份，按环氧树脂、添加剂、固化剂的顺序投入配胶筒中；

(2)用搅拌器进行连续定向匀速搅拌8-10分钟得到混合胶体；

(3)将混合后的胶体缓缓投入浸胶槽中；

(4)在张力器作用下，将纤维通过浸胶槽，将纤维与胶体结合后以螺旋和环向的形式缠绕并完全包覆铝内胆表面，进行湿法缠绕；

(5)将缠绕完毕的气瓶放入固化炉中进行固化即得产品。

所述的环氧树脂包括市售双酚A型环氧树脂E-51，酚醛环氧树脂F-51或溴化环氧树脂。

所述的固化剂包括脂环胺固化剂IPDA、二氨基二苯甲烷或乙二胺。

所述的添加剂包括消泡剂、增韧剂和促进剂，所述的消泡剂的用量为1-3重量份，所述的增韧剂的用量为8-14重量份，所述的促进剂的用量为1-3重量份。

所述的消泡剂包括聚硅氧烷、聚氧乙烯或磷酸三丁酯，所述的增韧剂包括丁腈橡胶、氯化聚乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，所述的促进剂包括苄基二甲胺或N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺。

所述的搅拌器的搅拌速度为200-500转/分钟。

步骤(4)中所述的纤维为碳纤维，该碳纤维的体积含量为60-80％。

步骤(5)中所述的固化炉中进行固化步骤包括：

(1)将固化炉的温度在20-30分钟内从室温升温到80℃-90℃；

(2)在80℃-90℃保温40-80分钟；

(3)在20-30分钟内，将固化炉的炉温从80℃-90℃升到130℃-140℃；

(4)在130℃-140℃保温170-200分钟；

(5)自然降温至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)固化后的产品无气泡；

(2)配方体系工艺性强，易于浸润，能于纤维充分结合；

(3)产品无色透明，不会发生黄变；

(4)配方体系粘结力大，固化后收缩率小，硬度高，韧性好，延伸率高，产品高压下不会开裂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

用于碳纤维铝内胆储氢气瓶的湿法全缠绕和固化工艺方法，该方法包括以下工艺步骤：