[发明专利]一种玻璃纤维全缠绕铝内胆复合气瓶及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料高压气瓶领域，具体涉及一种玻璃纤维全缠绕铝内胆复合气瓶及其制造工艺。

背景技术

目前，市场应用的气瓶可按照根据国际标准ISO 11119《复合结构气瓶规范和试验方法》对气瓶分为四类，主要有Ⅰ型金属气瓶、Ⅱ型金属内胆环向缠绕复合气瓶、Ⅲ型金属内胆全缠绕复合气瓶和Ⅳ型塑料内胆全缠绕复合气瓶。

Ⅰ型金属气瓶价格低廉，但安全性低，纵向强度得不到发挥，质量中，寿命低。钢质高压气瓶如遇到意外事故，其破裂属突发性破片模式，其产生的碎片对人具有很大伤害力。

Ⅱ型金属内胆环向缠绕复合气瓶主要为玻璃纤维环向缠绕钢内胆气瓶，应用于车载压缩天然气领域，纤维承载环向部分应力，其安全性低，易受天然气硫化物腐蚀，质量中。

Ⅲ型气瓶主要为碳纤维全缠绕铝内胆气瓶，其综合了复合材料的高比强度、可设计性以及内衬的良好气密性、优良的耐蚀性等诸多优点，使其达到高承压能力、高疲劳寿命、容重比大、耐腐蚀、未爆破先泄露等优良性能的完美结合。但是价格高、成型工艺复杂，限制了推广使用。

例如，公告号为CN 202327635U的中国实用新型专利公开了一种高强玻璃纤维增强铝内胆全缠绕复合气瓶，包括铝内胆，铝内胆上设置有高强度玻璃纤维缠绕层、高强度玻璃纤维缠绕层上设置有高强度玻璃纤维保护层；其铝内胆与高强度玻璃纤维缠绕层以缠绕的方式相连接，高强度玻璃纤维缠绕层与高强度玻璃纤维保护层以粘接的方式相连接。

例如，公开号为CN 102748584A的中国发明专利申请公开了一种铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶制造工艺方法，该复合气瓶的主要承载结构是铝内胆和碳纤维缠绕层，其筒体部分上的碳纤维缠绕层是由纵向螺旋缠绕纤维层和环向缠绕纤维层按优化设计所得的铺层次序交替缠绕而成，碳纤维全缠绕层的表面上缠绕玻璃纤维层作为复合气瓶的抗冲击保护层。经该工艺方法生产的铝内胆全缠绕复合气瓶主要技术指标为：安全系数n≥3.4，疲劳循环次数N≥10000次，满足了合理的应力场分布，保证复合气瓶在使用最少的纤维用量的条件下能够承受最大的爆破压力，使其破裂位置位于气瓶筒体部位、无碎片，并在给定的工作压力下复合气瓶的铝内胆始终处于弹性变形状态，保证复合气瓶具有持久、良好的气密性能和最佳安全性能。

Ⅳ型塑料内胆全缠绕复合气瓶技术尚未成熟，在国内高压气瓶领域尚未得到使用。

发明内容

本发明提供了一种玻璃纤维全缠绕铝内胆复合气瓶及其制造工艺，采用“分层加工、多次固化”技术研发的Ⅲ型玻璃纤维全缠绕铝内胆复合气瓶，克服了Ⅲ型碳纤维全缠绕铝内胆气瓶的原材料国外垄断、价格高、成型工艺复杂的缺点，并采用对玻纤进行干燥处理、对树脂进行加温消泡处理、对配好的树脂进行水浴保温处理三项工艺保证树脂对纤维的浸润以提高纤维强度的发挥系数，新型玻纤的使用相比碳纤维全缠绕铝内胆气瓶的生产工艺省去了铝内胆表面的绝缘层、气瓶表面的保护层，使成型工艺简化，效率得到提高。

一种玻璃纤维全缠绕铝内胆复合气瓶的制造工艺，包括如下步骤：

（1）将玻璃纤维进行干燥处理；将环氧树脂基体进行消泡处理后与固化剂混合均匀，得树脂基体，对所述树脂基体进行水浴保温；

（2）将步骤（1）中干燥处理后的玻璃纤维在水浴保温的树脂基体中浸润，得玻纤增强树脂基体复合材料；

（3）取铝合金内胆作为内衬，将所述玻纤增强树脂基体复合材料在铝合金内胆表面缠绕3~4mm为一层，每缠绕完一层后对该层进行消泡、固化和表面打磨处理；

（4）缠绕完最后一层后对缠绕有玻纤增强树脂基体复合材料的铝合金内胆进行后固化、水自压紧处理。

作为优选，所述铝合金内胆表面缠绕2~5层玻纤增强树脂基体复合材料，更优选地，为3层。

步骤（3）中每层的缠绕厚度为3~4mm，更优选为3mm。

作为优选，步骤（3）中的消泡和固化处理过程为：在固化炉中于75~85℃消泡1~1.5小时，消泡后升温至115~125℃固化1~1.5小时；更优选地，在固化炉中于80℃消泡1小时，消泡后升温至120℃固化1小时。

作为优选，步骤（3）中每一层的缠绕方式为：纵向缠绕与环向缠绕交替进行。

作为优选，步骤（1）中所述的干燥处理为：在75~85℃的烘箱中烘烤4~8小时；更优选地，在80℃的烘箱中烘烤4小时。

作为优选，步骤（1）中所述消泡处理为：在35~45℃的烘箱中烘烤2~4小时；更优选地，在40℃的烘箱中烘烤2小时。

作为优选，步骤（1）中水浴保温的温度为35~45℃；更优选地，为40℃。