[发明专利]一种丝束预浸料、以及复合材料高压储氢罐及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种环氧树脂丝束预浸料，采用高韧性、耐疲劳树脂的体系，加入的增强剂从全方位力学角度出发，提高材料的强度和韧性；得到的丝束预浸料力学性能优异，强度高，韧性好，耐疲劳性强；本发明还公开了一种复合材料高压储氢罐，采用石墨烯改性内胆，配合性能优异的环氧树脂丝束预浸料和热塑性树脂丝束预浸料缠绕层，提高了储氢罐的力学性能和韧性，适用于高压氢气及液态气体的储存和使用环境，耐疲劳性能好，使用寿命长；本发明还公开了一种复合材料高压储氢罐的制备工艺，可实现湿法和热熔法预浸料的制备，内胆自紧工艺和缠绕工艺可产生较强的内胆自紧效应，并使各纤维束所受张力更加均匀，充分利用纤维的强度优势，耐疲劳性能好。

技术领域

本发明涉及丝束预浸料以及复合材料高压容器技术领域，尤其涉及一种丝束预浸料、以及复合材料高压储氢罐及其制备工艺。

背景技术

纤维增强复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等性能优势，在实际应用中可大幅度减重并能提升制件性能。预浸料作为复合材料的中间材料是把纤维浸渍在基体中制成的预浸料片材产品，预浸料成型后的产品相对于其他材料来说，能改善强度、疲劳强度、硬度、耐磨耗性、耐冲击性、耐蚀性、轻量化等多种特征，经常使用于宇宙航空产业和一般产业。随着预浸料技术的不断发展，纤维增强复合材料的应用领域也在不断扩大，包括交通运输、汽车、土木建筑、能源等领域，具有广阔的前景。

不同领域对复合材料构件的工作条件、制造工艺不同，对预浸料的性能也提出了不同的要求。高压气态储氢罐储氢密度的大小严重受限于压力的大小，要增加氢气的密度就必须增加储氢压力，这对容器的大小、重量以及安全性、储存成本提出了挑战，目前的高压气态储氢罐已无法满足市场的需求。采用纤维增强复合材料制备轻量化储气罐是大势所趋，但现有纤维增强复合材料依然存在着剪切强度弱、韧性不足的问题，受压过大易断裂，不适用与储气罐的高压环境和力学强度；而且储气罐长期处于充气放气的使用环境中，基体容易产生疲劳损伤，影响储气罐的使用寿命。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种环氧树脂丝束预浸料，采用粘度适中、高强度、高韧性、耐疲劳的树脂体系，添加的增强剂从全方位力学角度出发，显著提高材料的强度和韧性，得到的环氧树脂丝束预浸料力学性能优异，强度高，韧性好，耐候性强，可有效保障高压气罐的使用寿命；

本发明的目的之二在于提供一种复合材料高压储氢罐，采用石墨烯改性内胆，配合上述环氧树脂丝束预浸料和改良的热塑性树脂丝束预浸料缠绕层，大大提高了储氢罐的力学性能和韧性，适用于高压氢气及液态气体的储存和使用环境，耐疲劳性能优异，使用寿命长；

本发明的目的之三在于提供一种上述复合材料高压储氢罐的制备工艺，优化了工艺流程和参数，丝束预浸料制备系统可实现湿法和热熔法的多功能预浸，优化的内胆自紧工艺和缠绕工艺可产生较强的内胆自紧效应，并使各束纤维所受张力更加均匀，充分利用纤维得强度优势，耐疲劳性能好。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种环氧树脂丝束预浸料，包括纤维丝束，依次浸涂于纤维丝束表面的环氧树脂专用纤维上浆剂、环氧树脂组合物；

所述环氧树脂组合物包括按重量份计的如下组分：高强度环氧树脂20～60，耐低温环氧树脂20～60份、固化剂5～30份、促进剂0.5～5份、耐低温增韧剂1～20份、增强剂0.5～10份；

所述增强剂为微孔状PA热塑性树脂粒子、纳米纤维状热塑性树脂、石墨烯中的一种或多种的组合。

优选地，所述高强度环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂的组合；所述耐低温环氧树脂为4.5-环氧环己乙烷-1.2-二甲酸二缩水甘油酯、聚氨酯改性环氧树脂的组合；所述耐低温增韧剂为环氧化端羟基液体聚丁二烯(EHTPB)、聚乙烯醇缩甲醛、超支化聚合物中的两种或三种的组合。

采用耐低温环氧树脂和增韧剂，更适用于高压气体的储存，复合材料耐候性能和耐疲劳性能优异。