[发明专利]碳纤维复合材料、槽罐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料、由其制备的槽罐及槽罐的制备方法。

背景技术

槽罐车是车体呈罐形的运输车辆，用来装运各种液体、液化气体、粉末状及浆状货物等，这些货物包括汽油、原油、各种粘油、植物油、液氨、酒精、水、各种酸碱类液体、水泥氧化铅粉等。槽罐车在运输中占有很重要的地位，约占货车总数的18％。现有槽罐车使用材质主要以金属为主，为保证槽罐车的运载能力，以钢为材质的槽罐车，设计容量为11m³，额定容量小于9.6m³时，最小壁厚不得低于5mm(带腐蚀附加量)，随载重容量的增加，罐体壁厚也随之增加，这使得钢材料运输罐自重大，运载能力降低，能耗大。

碳纤维复合材料具有强度高、比模量大、密度低、抗震动性好、抗疲劳性优越、环境耐受性好、设计自由度大等诸多卓越性能。但是目前，碳纤维价格仍十分昂贵，使用高品质碳纤维制造槽罐车将大大增加槽车的制造成本，经济效益不明显。

现有的槽罐车的制备方法工艺较复杂、生产周期长，能耗大，污染大，生产成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种轻质的、价格低的碳纤维复合材料。

本发明还提供由所述碳纤维复合材料制备的槽罐。

本发明进一步提供所述槽罐的制备方法。

本发明提供的碳纤维复合材料，其依次由非金属内层、局部增强层、增强层和外保护层组成。

根据碳纤维复合材料的不同用途，可以设计不同的厚度。例如，各层的厚度可以分别为：非金属内层1～5mm，局部增强层1～15mm，增强层1～20mm，外保护层1～5mm。

所述非金属内层为有机或无机防腐蚀层，可采用胶衣树脂、富胶的基体树脂或氟树脂进行涂层。

所述局部增强层可以根据设计需要适当增加或删减，其可以是由全碳纤维织物与基体树脂固化而成的复合材料；或者，也可以是局部例如幅面1/4-3/4部分使用碳纤维织物与基体树脂固化复合进行增强，其余的部分使用碳纤维织物、玻璃纤维毡、短切玻璃纤维和/或短切碳纤维与基体树脂固化复合进行增强的复合材料，其中碳纤维织物复合材料以及其他纤维复合材料所占的比重可以根据本发明材料的不同用途来计算设定，例如，当本发明的材料用于槽罐车时，可以根据槽罐的载重容量及相关需求计算设定。

其中，所述碳纤维织物的使用形式为纤维毡、机织纤维布、针织纤维布、编织纤维布、缝织纤维布、斜纹布、平纹布或单向布。

所述增强层由长纤维浸润基体树脂后共同成型固化而成；或者，也可以由纤维预浸带固化而成；所述增强层中纤维含量为50％～90％。

当将碳纤维复合材料制成筒状时，该增强层可由长纤维浸润基体树脂后通过缠绕共同成型固化而成；或者，也可以由纤维预浸带缠绕固化而成。

其中，所述长纤维或纤维预浸带为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、凯夫拉纤维或其预浸带；优选地，所述长纤维或纤维预浸带为24K以上大丝束碳纤维或其预浸带。

所述预浸带是将纤维浸渍在基体材料中制成的预浸料片材产品，是复合材料的中间材料，可市购获得。纤维主要有碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等。基体材料主要有环氧树脂、聚酯树脂、热可塑性树脂等。

本发明碳纤维复合材料的局部增强层和增强层中所用的基体树脂为热固性树脂，选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂中的一种或多种。

所述外保护层可以是胶衣层、耐磨涂料层或保温层中的一种。

本发明还提供一种槽罐，包括罐体，其中所述罐体由所述的碳纤维复合材料制成。该槽罐还可以包括金属嵌入件、输送管路、注入口和/或输出口等部件。

本发明进一步提供一种制备所述槽罐的方法，该方法包括如下步骤：1)制作罐体模具，包括罐壁和两端封头；2)在模具上通过铺设、喷射或手糊方式成型局部增强层，固化脱模，形成局部增强层，在局部增强层的内表面涂覆非金属内层，拼装罐壁和两端封头，形成带有局部增强层的非金属内层；3)将带有局部增强层的非金属内层安装于缠绕支架上，将长纤维或其预浸带逐层缠绕于局部增强层外，缠绕结束后固化成型，形成增强层；4)在增强层外部使用喷涂或涂刷方式涂装胶衣树脂、耐磨涂料或保温材料形成外保护层。

步骤1)中可以进一步对制作的模具进行基底处理，包括除去模具的油污、浮尘，打磨模具使其表面光滑，涂刷脱模剂等。