[发明专利]一种复合材料气瓶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合材料气瓶及其制备方法，属于复合材料成型及测试技术领域。现有的复合材料气瓶补强方法浪费严重且设备投资成本高、工艺复杂，针对上述问题，本发明提供一种复合材料气瓶及其制备方法：铸造砂型模，在砂型模上缠绕纤维，旋转固化；裁切冲洗脱模，安装封头，缠绕纤维增强层，再进行旋转固化。本发明工艺简单，同时提高了复合材料气瓶的安全性能，节省材料，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种复合材料气瓶及其制备方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

复合材料气瓶在航空航天和新能源汽车领域内运用越来越广泛，主要作为储能设备使用。对于复合材料气瓶而言，保证其爆破压力和爆破模式是第一要素，这是气瓶安全性能的表征，爆破压力就是气瓶爆破时的最终压力，爆破模式就是气瓶爆破的位置，一般要求气瓶爆破在筒身位置，以保证气瓶爆破之后依然是一个整体，防止有高速飞溅物质对周围造成伤害。气瓶的强度通过纤维缠绕成型的外部复合材料层提供，一般该复合材料采用碳纤维制作而成，有两种缠绕方式，一种是环向缠绕，主要提供气瓶环向强度，一种是螺旋缠绕，主要提供气瓶在轴向的强度，同时也会承载少部分的环向载荷。

由于环向缠绕只能缠绕气瓶的直筒段，所以为了补强气瓶封头的强度采用螺旋缠绕方式，但在纤维连续全缠绕工艺下，需要对气瓶整体进行纤维螺旋缠绕，而爆破的压力主要取决于环向爆破压力，使得复合材料气瓶的直筒段的螺旋向纤维的利用效率低，往往需要缠绕较厚的纤维层，造成原材料的浪费，成本的升高。为了提升螺旋方向纤维发挥强度，国外采用机器人自动铺丝技术，且在干法缠绕工艺上实现，设备投资成本高，技术难度大、原材料成本高。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种复合材料气瓶及其制备方法，在保证爆破安全的前提下增加封头的强度、减少碳纤维用量、降低成本。

一种复合材料气瓶，包括内胆，复合材料气瓶整体缠绕纤维增强层，纤维增强层与内胆的封头之间设有封头补强件。封头补强件可以增强封头处的强度，使得气瓶在爆破时金属边缘处不发生破坏，破坏集中在筒身段，使得复合材料气瓶爆破数据稳定，安全性能稳定。

作为优选，封头补强件是由纤维以螺旋缠绕方式单独成型的，其形状与封头相适配并套在封头上。以螺旋缠绕方式缠绕封头补强件，增加了封头径向和环向的的强度。

作为优选，纤维增强层的缠绕方式为螺旋缠绕与环向缠绕交替。螺旋缠绕与环向缠绕交替，相较于单纯的螺旋缠绕方式，增加了气瓶内胆直筒段的径向强度，提高了纤维的利用效率。

作为优选，封头补强件由碳纤维或玻璃纤维制成，厚度为3mm至5mm。

作为优选，纤维增强层由碳纤维或玻璃纤维制成，厚度为27mm至32mm。

一种复合材料气瓶的制备方法，采用以下步骤实现：

步骤1，制作封头补强件，

S1.1铸造砂型模，砂型模的封头部分与内胆的封头部分尺寸一致，砂型模的直筒段长度小于内胆的直筒段长度；

S1.2，缠绕纤维，采用螺旋缠绕的方式将纤维缠绕到砂型模上；

S1.3，旋转固化，固化砂型模上的纤维层，优化固化制度，使固化时树脂不完全固化，依然具有环氧官能团供后续分层固化使用；

S1.4，裁切冲洗脱模，将固化后的制件沿垂直于砂型模主轴的方向裁切开，用高压水枪冲洗砂型模残留物，留下复合材料封头补强件。

步骤2，安装封头，将封头补强件套在气瓶内胆上，由于砂型模的封头与内胆的封头尺寸一致，可以完全匹配，对封头补强件的边缘部分进行倒角处理，用液态树脂填充空隙部分，确保封头补强件与内胆的封头完全贴合。