[发明专利]用玄武岩纤维作为增强材料的金属内衬压力容器及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及金属内衬压力容器，特别提供一种用玄武岩纤维作为增强材料的金属内衬压力容器及其制备方法。

背景技术

目前，我国及世界各国在储存高压空气、液体领域已使用了金属合金压力容器、玻璃纤维缠绕压力容器和碳纤维缠绕压力容器。金属合金压力容器成型简单、成本较低，但存在自身笨重、承压较低的问题；玻璃纤维缠绕压力容器受制于玻璃纤维自身较高的吸水性，在水域环境中使用受到限制；碳纤维缠绕压力容器具有质轻高强、耐腐蚀等一系列优点，但由于碳纤维成本较高，存在一定程度的成本问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用玄武岩纤维作为增强材料的金属内衬压力容器及其制备方法，用玄武岩纤维作为增强材料制造金属内衬压力容器，可以有效提高产品的耐水、酸、碱性能，还可降低压力容器成本，提高产品性能。

本发明具体提供了一种用玄武岩纤维作为增强材料制作的纤维缠绕金属内衬压力容器，其特征在于：所述纤维缠绕金属内衬压力容器由经过偶联剂表面处理过的连续玄武岩纤维增强材料、热固性树脂类基体以及辅助材料制成，其中辅助材料为固化剂、消泡剂、促进剂、光稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂之一种或多种。

用玄武岩矿石经熔化拉制出的玄武岩纤维，其原材料来源广泛、生产成本低，且具有玻璃纤维几乎所有的优势性能，它的耐碱性、热稳定性、抗拉强度与力学性能均超过普通玻璃纤维，并且具有明显的耐湿热环境性能；与碳纤维相比，其具有明显的成本优势以及更广泛的应用性。

本发明所述用玄武岩纤维作为增强材料制作的纤维缠绕金属内衬压力容器，其特征在于：所述偶联剂为硅烷类偶联剂，以便于和热固性树脂基体形成良好的界面层，具有良好的粘结性；所述热固性树脂类基体优选为酚醛类环氧树脂或双酚A类环氧树脂；所述固化剂优选脂肪胺、脂环胺、芳香胺、酸酐类固化剂之一种或多种，促进剂优选过酸酐、胺类促进剂之一种或多种，消泡剂优选改性有机硅酮复合物、不含硅酮的复合物之一种或多种，抗氧化剂优选硫醚，亚磷酸酯之一种或多种，阻燃剂优选溴化环氧树脂、红磷系阻燃剂之一种或多种。

本发明所述用玄武岩纤维作为增强材料制作的纤维缠绕金属内衬压力容器，其特征在于：所述辅助材料为固化剂、消泡剂、促进剂、抗氧化剂、阻燃剂，其中热固性树脂类基体与辅助材料的质量比为热固性树脂类基体：固化剂：消泡剂：促进剂：抗氧化剂：阻燃剂=100：10-100：0.1-5：0.1-5：0.1-5：0.1-5。

本发明还提供了所述用玄武岩纤维作为增强材料制作的纤维缠绕金属内衬压力容器的制备方法，其特征在于，所述制备方法由制作内衬、缠绕、打磨修整、自紧工艺四个工序组成，其中：

A.制作内衬

根据压力容器的用途选择内衬材料（如6061铝合金或30CrMo钢材），制造金属内衬；

B.缠绕结构和外保护层

根据压力容器的用途和使用环境，选用不同耐温程度的环氧树脂胶液，根据压力容器尺寸的大小，选用玄武岩纤维单股直接无捻纱或原丝集数无捻粗纱，经过干燥和浸胶处理，根据压力容器不同的工作压力，采取环向缠绕和/或螺旋缠绕两种线型进行往复缠绕，严格控制缠绕张力，要求张力值控制在0-100N之间（而且缠绕过程中张力波动变化较小，波动范围控制在±5N内为宜）；待缠绕完毕后，将压力容器放置在烘箱中固化；

C.打磨修整

压力容器固化完成后，采用修整设备对其进行加工修整，之后进行表面涂覆（如采用喷漆处理或光固化树脂），待膜（漆膜或树脂膜）干燥固化即可；

D.自紧工艺

根据压力容器的使用压力和缠绕层强度不同，选择不同自紧压力，使金属内衬产生不同程度的永久塑性变形，保证玄武岩纤维增强材料与金属内衬紧密结合，提高压力容器的疲劳寿命。

本发明所述金属内衬压力容器的制备方法，其特征在于：所述金属内衬经过拉伸、旋压碾薄、热旋收口、热处理和机械加工，保证内衬外表面平整，完成金属内衬制作。

本发明所述金属内衬压力容器的制备方法，其特征在于：缠绕工艺可以采用湿法或干法连续缠绕：

湿法缠绕：牵引玄武岩纤维粗纱通过树脂胶槽浸润树脂胶液以环向或螺旋布纱方式进行连续缠绕成型。

干法缠绕：用预浸树脂玄武岩纤维带缠绕成型，采用环向和螺旋缠绕相结合的模式全缠绕金属内衬，完成压力容器的制作。

采用玄武岩纤维增强材料制作的压力容器的有益效果：