[发明专利]碳纤复材储氢罐预成型体编织成型方法

说明书

本发明公开了一种碳纤复材储氢罐预成型体编织成型方法，步骤如下：根据储氢罐预成型体进行尺寸设计，在储氢罐芯模表面进行内层正向纤维编织，然后进行纤维缠绕，在外层进行反向纤维编织。编织过程从储氢罐头部开始，编织到尾部结束一个行程，在结尾处用胶带或扎带固定，然后返回编织，达到内层预定厚度之后进行纤维缠绕，最后再对缠绕后的外层进行反向编织。对储氢罐的预成型采用正向编织‑缠绕‑反向编织的方式，能够避免单一编织或缠绕导致储氢罐预成型体出现纤维纵向与横向的受力不均匀现象，提高储氢罐预成型体的包覆性能，同时能够节约原料和降低编织成本。

技术领域

本发明涉及一种碳纤复材储氢罐预成型体编织成型方法，属于储氢罐制造过程中的碳纤复合材料编织成型方法应用。

背景技术

氢气和甲烷是清洁燃料，特别是氢气，燃烧后的产物是水蒸气，不会对环境造成污染和危害。而氢气作为一种燃料面临较大的问题是氢气的储存，目前氢气使用的关键问题在于安全储存氢气，主要的储存方法有三种：(1)吸附储氢，主要是利用储氢材料对氢气进行吸附，以达到储存氢气的目的；(2)低温液化储氢，该方法单位体积容器的储存量大，但是需要较低的温度；(3)高压储氢，该方法对储氢罐的要求较高，需要储氢罐具备较高的强度和抗变形能力。

碳纤复材是一种强度高、质量轻的优质材料，能够满足储氢罐储氢的需要。制作碳纤复材储氢罐的重要一步是制作储氢罐预成型体，预成型体结构直接影响碳纤复材储氢罐性能。

在储氢罐预成型体制作过程中，目前普遍采用的方法是纤维缠绕，就是围绕储氢罐芯模进行横向缠绕和纵向缠绕的方式。在纤维缠绕制作储氢罐预成型体过程中，预成型体的最外层总是沿着横向或者纵向某一个单一的方向，不能形成纵横交织的纤维排列顺序。这就造成了储氢罐罐体在横向或者纵向方向上存在着应力集中的现象，而采用编织的形式能够使得各个方向上应力均匀，有利于提高储氢罐的结构稳定性。除此之外，目前储氢罐的编织还存在以下技术难题：

当固态储氢罐充入氢气时，储氢材料吸收氢气放热，在这个过程中如果热量不能及时散出，就会对储氢材料造成较大的影响，导致吸氢速率下降甚至停止吸氢。此外，储氢材料位于储氢本体内，以粉末的形式存在，粉末直径越小，其传导热量的性能越低。储氢材料在储氢罐中通过吸收和释放氢气产生晶格的膨胀和收缩，在这种应力循环的作用下，储氢粉末进一步变细，导热性能变差。如何设计储氢罐体，使得储氢罐体能够对热传导特性进行调节，是储氢罐体需要解决的主要问题。

储氢罐体需要具备快速的热传导特性，热量在储氢罐体内积累，对罐体的力学性能要求较高，制造力学性能优异、具有良好热变形适应性的储氢罐对于提高储氢罐储氢性能具有重要的作用。传统的储氢罐预成型体采用缠绕成型的方式，导致纤维的厚度不均匀，由于碳纤维复材属于各向异性材料，从而导致储氢罐体受力失衡，影响材料整体的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能优异、具有良好热变形适应性的储氢罐。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种碳纤复材储氢罐预成型体编织成型方法，其特征在于，编织成型过程包括以下步骤：

在三维编织机上完成碳纤复材储氢罐预成型体的编织，编织时，将储氢罐内胆充当储氢罐芯模，编织过程中，储氢罐芯模在三维编织机的编织环中沿碳纤复材储氢罐预成型体中心轴线往复水平运动，集缠绕与编织两种方法于一体完成碳纤复材储氢罐预成型的编织；当碳纤复材储氢罐预成型体在三维编织机上完成一个行程时，改变储氢罐芯模的牵引方向，储氢罐芯模在下一个行程中向着与上一个行程相反的方向移动，继续进行编织，直至碳纤复材储氢罐预成型体达到预定的编织厚度为止。

优选的，编织过程中，在所述储氢罐芯模的表面先进行内层正向纤维的编织，再进行纤维的缠绕，缠绕完成后进行外层反向纤维的编织，并且纤维的编织存在方向，定义纤维缠绕的内部编织方向为正向，纤维缠绕外层编织方向为反向。