[发明专利]一种用于液氧容器的聚合物基复合材料及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料低温液氧容器的基本技术起源于20世纪80年代末至90年代初，最早是美国为了发展高性能航天器而开发的。

与传统的全金属材料液氧容器相比，聚合物基复合材料低温液氧容器具有重量轻、承压高、爆破前泄漏的安全失效模式等诸多优点。复合材料低温液氧容器的这些优势使其未来将大量的应用于各工业部门：以氢氧燃料电池为动力的清洁能源汽车成为了未来清洁能源交通的发展趋势；炼钢需要大量的氧气；移动医用供氧站、航天低温推进系统等行业对液氧需求量巨大。液化气体的储运是最为高效、安全的手段。如果采用金属材料，加上复杂的绝热层结构，将会使容器重量明显增大，从而降低了储运效率，复合材料液氧容器与传统金属容器的减重优势，对于30m³的复合材料储罐可以降低10％的整体重量，一般汽车重量每减少10％，燃油消耗可降低6％～8％，燃油经济性的提高明显。因此发展复合材料液氧容器成为了降低碳排放、提高储运效率的有效手段。

但是液氧具有强烈的助燃、氧化作用，当材料在液氧环境下当受到冲击、摩擦等外部介质作用时会产生爆炸、燃烧等剧烈反应的现象，能够产生这类现象的材料称为液氧不相容材料，不发生反应则为液氧相容性。

液氧容器在使用过程中要经历液氧充放过程，外壳结构难免会接触到液氧，因此从安全考虑所有所有液氧容器的外壳结构材料都必须具有良好的液氧相容性。

对于树脂基复合材料的液氧相容性主要由树脂基体所决定，因此首先要保证树脂基体具有良好的液氧相容性，而采用现有的树脂基复合材料制备液氧容器的液氧相容性差。

目前通用的聚合物，只有少数全氟聚合物能够满足液氧相容性的要求。但是采用全氟聚合物制备液氧容器成型困难，提高了制备成本。

发明内容

本发明目的是要解决现有的树脂基复合材料制备液氧容器的液氧相容性差，或者采用全氟聚合物制备液氧容器成型困难的问题，而提供一种用于液氧容器的聚合物基复合材料及其制备方法和使用方法。

一种用于液氧容器的聚合物基复合材料按重量份数由5～100份环氧树脂、5～100份苯并噁嗪树脂、5～100份氰酸脂、20～100份溶剂和10～100份助剂制备而成。

一种用于液氧容器的聚合物基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、称量：首先按重量份数称量5～100份环氧树脂、5～100份苯并噁嗪树脂、5～100份氰酸脂、20～100份溶剂和10～100份助剂；二、制备氰酸脂预聚体：在120℃～160℃下将步骤一称取的5～100份氰酸脂进行预聚反应，预聚反应时间为4h～6h，即得到氰酸脂预聚体；三、共融：在60℃～90℃下将步骤一称取的5～100份环氧树脂和步骤一称取的5～100份苯并噁嗪树脂熔融共混，得到环氧/苯并噁嗪胶液；四、制备胶液：首先将步骤二制备的氰酸脂预聚体溶解于步骤一称取的20～100份溶剂中，然后在25℃～120℃下加入到步骤三制备的环氧/苯并噁嗪胶液中，再在25℃～100℃下加入步骤一称取的10～100份助剂，混匀后即得到胶液，即为用于液氧压力容器的聚合物基复合材料。

一种用于液氧容器的聚合物基复合材料的使用方法，具体是按以下步骤完成的：首先在温度为25℃～60℃条件下将碳纤维T300、碳纤维T700、碳纤维T1000、无碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维、长线纤维、短线纤维、纤维布或无纺布浸入用于液氧压力容器的聚合物基复合材料中进行浸胶处理，然后采用缠绕成型方法、真空袋热压罐成型方法和手糊成型方法相结合进行成型处理，再采用梯度升温固化方法依次在100℃下固化处理60min～120min、140℃下固化处理60min和180℃下固化处理60min～120min，且梯度升温的升温速率为10℃/min，最后在180℃～220℃进行热处理10min～30min，即得到液氧容器。

本发明优点：一、按照ASTM D2512评判本发明制备的液氧容器，通过检测可知采用本发明制备用于液氧容器的聚合物基复合材料制成的液氧容器无爆炸、燃烧、闪光等明显反应；二、本发明采用用于液氧容器的聚合物基复合材料(一种胶液)制备液氧容器，并采用缠绕成型方法、真空袋热压罐成型方法和手糊成型方法相结合，降低了成型难度；三、采用本发明的聚合物基复合材料(一种胶液)制备的液氧容器能够满足≤183℃下使用要求。

具体实施方式