[发明专利]一种加热固化成型装置及使用其制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固化装置及使用其制备复合容器的方法。

背景技术

以钢和铝等金属材料为内衬、以碳/玻纤维增强树脂基复合材料作为外缠绕层的复合容器，已被广泛应用于航空航天、能源、建筑、交通等领域。采用湿法工艺缠绕具有金属内衬的复合材料容器，其制造工艺过程为：首先在缠绕机上进行缠绕成型，其次根据固化制度要求对金属内衬外缠绕的复合材料层进行加热，使复合材料发生理化反应实现其固化成型。

目前金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化工艺主要采用外加热固化成型，即容器缠绕成型后，将其放入固化炉中对缠绕层按照设定的固化升温历程进行加热，促使复合材料发生理化反应，实现复合材料固化成型。由于采用外固化工艺，复合材料由外向内逐层被加热并发生理化反应，导致固化反应产生的热量和气体无法排出，从而影响复合材料固化质量，外固化工艺从外部加热的特点决定了容器缠绕、固化二道工序需要在缠绕机、固化炉两台独立的设备上完成，且容器需要在设备间转运输送。而厚壁容器需要多次缠绕和固化，导致容器生产成本高、效率低。

已公布的专利：玻璃钢缠绕管芯模全封闭式内加热固化装置，公开号：CN201979646U；一种用于缠绕玻璃钢管的加热固化模具，申请号：200420018782.3；缠绕玻璃钢管的方法及专用胎具，公开号：1359786。上述专利均描述了从内部对复合材料进行加热固化的方法，如果直接将上述装置和方法应用于缠绕容器的内固化成型会产生如下问题：

第一、上述已公布专利均是针对大长径比的管轴类形状复合材料(如玻璃钢管道、传动轴)，加热的对象均为可循环利用的内部模具，且模具及模具内部的加热芯管均为细长圆柱形状，因此易于实现模具均匀加热。然而复合材料容器通常是小长径比、容器直径大且封头入口直径小的形状。即容器封头直径远小于与容器直径，因此必须选用小直径加热芯管，芯管在插入容器内部后，在芯管和容器内衬间形成巨大的空间，通入的加热介质无法有效的流通，导致内衬加热不均匀，从而影响复合材料固化质量。

第二、如果采用导热油作为加热介质，导热油会污染容器的金属内衬，且容器体积较大时需要大量的导热油充满其内部空间，且不易实现循环加热，而且实际生产中易发生泄漏污染，显然不适合复合材料容器加热。

第三、蒸汽加热方式也不适用于复合材料容器。首先，高温高压蒸汽会使容器金属内衬表面发生氧化反应，影响容器内衬性能；其次，内衬被加热过程中会形成冷凝水，并聚集在水平放置容器的底部无法排出，容器在固化过程中需要旋转，使得内衬在转到底部时反复经历冷凝水的冷却，从而极大地影响复材固化质量；再次蒸汽温度都高于100摄氏度，固化过程中实现低于100摄氏度的金属内衬低温控制难度大，且温度控制精度非常低，从而不能有效的执行梯度固化制度，影响复合材料固化质量；最后，高温高压蒸汽不易获得，生产过程中需要单独建立锅炉并铺设供汽管路提供蒸汽，增加了生产和管理成本。

已公开发明专利“一种内加热方法及内加热固化装置CN101670633A”，是将电加热元件置于模具内，加热元件通过导电滑环与供电设施相连，该方式适用于模具需要成型后脱模并进行循环利用的产品成型，显然不适用于金属内衬复合容器，另外导电滑环是周期性耗材，在实际应用中需定期更换，且可靠性差。

以上现有技术都不能有效的实现纤维缠绕金属内衬复合容器从内部对其进行加热固化成型。

发明内容

本发明的目的是要解决现有采用外固化工艺导致容器固化成型时温度不均、固化质量差和成型效率低的问题，而提供一种加热固化成型装置及使用其制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法。

一种加热固化成型装置，它包括加热芯管、导流歧管、加热气囊、旋转接头、空气压缩机和加热器；

所述的旋转接头包括旋转接头第一进气口、旋转接头第二进气口和旋转接头出气口；加热芯管的顶端与旋转接头第二进气口相连通；加热芯管上设置与其相连通的导流歧管，且导流歧管从加热芯管的顶部至导流歧管的底部逐渐增多；

加热芯管的周围包覆带有气囊小孔的加热气囊，且加热芯管的轴心线与加热气囊的轴心线为同一轴心线；气囊小孔设置在加热气囊的外表面上，且气囊小孔从加热气囊的顶部至加热气囊的底部逐渐增多；

加热器的进气口与空气压缩机的排气口连通，加热器的排气口与旋转接头第一进气口相连通；空气压缩机的进气口与旋转接头出气口相连通。

使用一种加热固化成型装置制备纤维缠绕金属内衬复合容器的方法，具体是按以下步骤完成的：