[实用新型]智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶

说明书

技术领域

本实用新型涉及新型复合材料耐压容器领域，特别是指一种智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶。

背景技术

碳纤维复合材料耐压气瓶具有重量轻、耐腐蚀、刚性好、耐压稳定性高、可设计性强等综合优势，在介质存储、交通运输等领域有着广泛的应用。目前的复合材料耐压气瓶容器的制作主要是利用高性能碳纤维浸渍树脂后，通过二维缠绕制备纤维预制体结构，其厚度方向主要是二维纤维排布结构，再通过热固化成型制备复合材料。

传统的复合材料气瓶的受压条件要求严苛，要求复合材料气瓶的不同组成结构均要承受工况条件要求的压强，同时保证有一定的使用寿命。在复合材料纤维缠绕过程中要达到结构对耐压工况条件的预测较为不现实，这也是目前复合材料耐压气瓶应用过程中质量不稳定的一个重要因素。

实用新型内容

本实用新型提供一种智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶，该耐压气瓶能有效监控复合材料耐压结构状态，实现对复合材料耐压气瓶的寿命预测和工况条件跟踪。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶，包括筒身段、封头段和连接筒身段和封头段的连接段，其中：

所述筒身段为二维螺旋缠绕层，所述筒身段设置有均匀分布的第一传感器，所述第一传感器埋入所述筒身段的中间或外表面位置；

所述封头段也为二维螺旋缠绕层，所述封头段设置有均匀分布的第二传感器，所述第二传感器埋入所述封头段的中间或外表面位置；

所述连接段通过纵向缝合的二维编织叠层结构将所述筒身段和封头段连接，所述连接段设置有第三传感器，所述第三传感器埋入所述连接段的中间或外表面位置。

进一步的，所述第一传感器和第二传感器为光纤、光栅、磁栅、应变片中的一种或几种组合，所述第三传感器为光纤或应变片中的一种或两种组合，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器的数量为一个或多个。

进一步的，所述二维螺旋缠绕层由主体纤维和辅助纤维组成；所述筒身段的外径尺寸为5～30cm，所述筒身段的厚度为5～40mm，所述筒身段的长度为0.5～3m；所述封头段的高度为10～40cm，所述封头段厚度为5～40mm；所述连接段的长度为20～40cm。

进一步的，所述筒身段的二维螺旋缠绕层的主体纤维的使用量在80％以上，所述主体纤维为碳纤维，辅助纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维中的一种或几种组合。

进一步的，所述封头段的二维螺旋缠绕层的主体纤维的使用量在80％以上，所述主体纤维为碳纤维，所述辅助纤维为芳纶纤维、UHMWPE纤维和玄武岩纤维中的一种或几种组合。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型中，耐压气瓶采用碳纤维及其他复合材料混杂组成二维缠绕结构，具有重量轻、耐腐蚀、刚性好、耐压稳定性高、可设计性强等综合优点；在耐压气瓶的缠绕结构的不同厚度位置埋入一组或多组应变传感器，在复杂压力条件下，耐压气瓶的应变传感器感应耐压气瓶不同位置的微小变化，从而预测高压气瓶的承压状态，进而预知使用状态和寿命，对承压极限状态进行提前预警，有效提高碳纤维复合材料耐压气瓶的使用寿命和服役稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的整体结构示意图；

其中，1：筒身段；2：封头段；3：连接段；4：第一传感器；5：第二传感器；6：第三传感器。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本实用新型提供一种智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶，如图1所示，包括，筒身段1、封头段2和连接筒身段1和封头段2的连接段3，其中：

筒身段1为二维螺旋缠绕层，筒身段1设置有均匀分布的第一传感器4，第一传感器4埋入筒身段1的中间或外表面位置；

封头段2也为二维螺旋缠绕层，封头段2设置有均匀分布的第二传感器5，第二传感器5埋入封头段2的中间或外表面位置；

连接段3通过纵向缝合的二维编织叠层结构将筒身段1和封头段2连接，连接段3设置有第三传感器6，第三传感器6埋入连接段3的中间或外表面位置。