【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于纖維纏繞氣瓶，涉及纖維復(fù)合材料纏繞瓶及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、高壓氣瓶是氣體存儲領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備?，F(xiàn)有的高壓氣瓶主要有純鋼質(zhì)金屬瓶、鋼質(zhì)內(nèi)膽纖維纏繞瓶、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶四種。在氫燃料車等移動(dòng)場景中，鋼質(zhì)或鋁質(zhì)金屬內(nèi)膽的重量/容量比較大，導(dǎo)致能耗較大，因此塑料材質(zhì)內(nèi)膽的纖維纏繞瓶得到了越來越多的關(guān)注。但現(xiàn)有的塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶存在以下一些缺點(diǎn)：(1)塑料內(nèi)膽自身強(qiáng)度較低，在纏繞過程中易發(fā)生變形；(2)在極端工況下塑料內(nèi)膽和纏繞層可能發(fā)生脫離；(3)塑料內(nèi)膽本身承壓能力有限，重量/容量比仍有待降低；(4)為提高纏繞瓶強(qiáng)度，現(xiàn)有纏繞瓶大量使用熱固性的環(huán)氧樹脂，產(chǎn)品在達(dá)到使用年限后無法有效回收，形成大量的塑料污染物。因此，熱塑性無內(nèi)膽纖維纏繞瓶成為了高壓氣瓶的發(fā)展方向之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)提供一種纖維復(fù)合材料纏繞瓶及其制備方法。本專利技術(shù)使用聚酰胺材料原位聚合技術(shù)，結(jié)合纏繞瓶不同層級的實(shí)際需求，使用不同的纖維材料構(gòu)成纏繞瓶的內(nèi)層、中間層與外層，制備出高強(qiáng)度、高層間結(jié)合力、高制備效率、可有效回收的熱塑性無內(nèi)膽儲氫瓶。
2、具體而言，本專利技術(shù)提供一種纖維復(fù)合材料纏繞瓶，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶由內(nèi)向外包含一內(nèi)層、一中間層和一外層，所述內(nèi)層由內(nèi)向外由一層或多層尼龍纖維復(fù)合材料層組成，所述中間層由內(nèi)向外由一層或多層碳纖維復(fù)合材料層組成，所述外層由內(nèi)向外由一層或多層玻璃纖維復(fù)合材料層或碳纖維復(fù)合材料層組成；其中，一
3、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述內(nèi)層由內(nèi)向外由4-10層尼龍纖維復(fù)合材料層組成。
4、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述中間層由內(nèi)向外由7-11層碳纖維復(fù)合材料層組成。
5、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述外層由內(nèi)向外由4-10層玻璃纖維復(fù)合材料層或碳纖維復(fù)合材料層組成。
6、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在所述內(nèi)層中，最內(nèi)層的尼龍纖維復(fù)合材料層中的尼龍纖維以環(huán)向纏繞的形式排布，相鄰兩層尼龍纖維復(fù)合材料層中的尼龍纖維分別以環(huán)向纏繞和螺旋纏繞的形式排布，所述環(huán)向纏繞的纏繞角為90°，所述螺旋纏繞的纏繞角為15-45°，且在尼龍纖維以螺旋纏繞的形式排布的各尼龍纖維復(fù)合材料層中尼龍纖維的纏繞角由內(nèi)向外逐層遞增。
7、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在所述中間層中，最內(nèi)層的碳纖維復(fù)合材料層中的碳纖維以環(huán)向纏繞的形式排布，相鄰兩層碳纖維復(fù)合材料層中的碳纖維分別以環(huán)向纏繞和螺旋纏繞的形式排布，所述環(huán)向纏繞的纏繞角為90°，所述螺旋纏繞的纏繞角為15-45°，且在碳纖維以螺旋纏繞的形式排布的各碳纖維復(fù)合材料層中碳纖維的纏繞角由內(nèi)向外逐層遞增。
8、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在所述外層中，最內(nèi)層的玻璃纖維復(fù)合材料層中的玻璃纖維或最內(nèi)層的碳纖維復(fù)合材料層中的碳纖維以環(huán)向纏繞的形式排布，相鄰兩層玻璃纖維復(fù)合材料層中的玻璃纖維或相鄰兩層碳纖維復(fù)合材料層中的碳纖維分別以環(huán)向纏繞和螺旋纏繞的形式排布，所述環(huán)向纏繞的纏繞角為90°，所述螺旋纏繞的纏繞角為15-45°，且在玻璃纖維以螺旋纏繞的形式排布的各玻璃纖維復(fù)合材料層中玻璃纖維的纏繞角或在碳纖維以螺旋纏繞的形式排布的各碳纖維復(fù)合材料層中碳纖維的纏繞角由內(nèi)向外逐層遞增。
9、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述內(nèi)酰胺選自丁內(nèi)酰胺、戊內(nèi)酰胺、己內(nèi)酰胺、庚內(nèi)酰胺、辛內(nèi)酰胺、壬內(nèi)酰胺、癸內(nèi)酰胺、十一內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺中的一種或多種。
10、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述環(huán)氧樹脂基體選自雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂、雙酚s型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)式環(huán)氧樹脂、異氰尿酸三縮水甘油酯和脂肪族環(huán)氧樹脂中的一種或多種。
11、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述環(huán)氧樹脂固化劑選自六氫苯酐、四氫苯酐、甲基六氫苯酐、乙酸酐、己酸酐、琥珀酸酐、環(huán)己甲酸酐、苯胺和間苯二胺中的一種或多種。
12、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述尼龍纖維復(fù)合材料層、所述碳纖維復(fù)合材料層和所述玻璃纖維復(fù)合材料層的樹脂基體包含穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑包括受阻酚類抗氧化劑、亞磷酸酯類抗氧化劑和硫代酯類抗氧化劑，所述穩(wěn)定劑的質(zhì)量為所述樹脂基體質(zhì)量的0.3-1.5wt％，所述受阻酚類抗氧化劑、所述亞磷酸酯類抗氧化劑和所述硫代酯類抗氧化劑的質(zhì)量分別為所述樹脂基體質(zhì)量的0.1-0.5wt％。
13、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述尼龍纖維為尼龍6纖維或尼龍66纖維，所述尼龍纖維的細(xì)度為420-3000d，孔數(shù)為24-96f。
14、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述碳纖維表面涂覆有乙烯基酯類或聚酰胺類上漿劑。
15、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述內(nèi)層的尼龍纖維含量為60-70wt％，所述中間層的碳纖維含量為60-70wt％，所述外層的玻璃纖維或碳纖維含量為60-70wt％。
16、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述內(nèi)層中尼龍纖維復(fù)合材料層、所述中間層中碳纖維復(fù)合材料層和所述外層中玻璃纖維復(fù)合材料層或碳纖維復(fù)合材料層的總層數(shù)為22-28層。
17、本專利技術(shù)還提供一種制備本文任一實(shí)施方案所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶的方法，包括以下步驟：
18、(1)提供水溶性型坯；
19、(2)提供第一單體溶液和第二單體溶液，所述第一單體溶液包含第一單體和催化劑，所述第二單體溶液包含第二單體和活化劑，所述第一單體和所述第二單體為內(nèi)酰胺，將所述第一單體溶液和所述第二單體溶液混合均勻得到第一原料液；
20、(3)將所述第一原料液均勻附著在尼龍纖維表面；
21、(4)將附著有第一原料液的尼龍纖維纏繞到水溶性型坯上，由內(nèi)向外纏繞一層或多層尼龍纖維，同時(shí)對纏繞在水溶性型坯上的尼龍纖維進(jìn)行加熱使尼龍纖維表面的所述第一單體和所述第二單體反應(yīng)生成聚酰胺，得到內(nèi)層和水溶性型坯的復(fù)合體；
22、(5)提供第三單體溶液和第四單體溶液，所述第三單體溶液包含第三單體和催化劑，所述第四單體溶液包含第四單體和活化劑，所述第三單體和所述第四單體為內(nèi)酰胺，將所述第三單體溶液和所述第四單體溶液混合均勻得到第二原料液；
23、(6)將所述第二原料液均勻附著在碳纖維表面；
24、(7)將附著有第二原料液的碳纖維纏繞到內(nèi)層和水溶性型坯的復(fù)合體上，由內(nèi)向外纏繞一層或多層碳纖維，同時(shí)對纏繞在水溶性型坯上的碳纖維進(jìn)行加熱使碳纖維表面的所述第三單體和所述第四單體反應(yīng)生成聚酰胺，得到纖維復(fù)合材料纏繞瓶內(nèi)層、中間層和水溶性型坯的復(fù)合體；
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶由內(nèi)向外包含一內(nèi)層、一中間層和一外層，所述內(nèi)層由內(nèi)向外由一層或多層尼龍纖維復(fù)合材料層組成，所述中間層由內(nèi)向外由一層或多層碳纖維復(fù)合材料層組成，所述外層由內(nèi)向外由一層或多層玻璃纖維復(fù)合材料層或碳纖維復(fù)合材料層組成；其中，一層尼龍纖維復(fù)合材料層由一層纏繞的尼龍纖維和樹脂基體組成，一層碳纖維復(fù)合材料層由一層纏繞的碳纖維和樹脂基體組成，一層玻璃纖維復(fù)合材料層由一層纏繞的玻璃纖維和樹脂基體組成，所述尼龍纖維復(fù)合材料層和所述中間層中的所述碳纖維復(fù)合材料層的樹脂基體中的樹脂為聚酰胺，所述外層中的所述碳纖維復(fù)合材料層和所述玻璃纖維復(fù)合材料層的樹脂基體中的樹脂為聚酰胺或環(huán)氧樹脂，所述聚酰胺由內(nèi)酰胺聚合而成，所述環(huán)氧樹脂由環(huán)氧樹脂基體經(jīng)環(huán)氧樹脂固化劑交聯(lián)固化而成。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：
3.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：
4.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞
5.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述內(nèi)層中尼龍纖維復(fù)合材料層、所述中間層中碳纖維復(fù)合材料層和所述外層中玻璃纖維復(fù)合材料層或碳纖維復(fù)合材料層的總層數(shù)為22-28層。
6.一種制備權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述水溶性型坯由水溶性無機(jī)鹽經(jīng)燒結(jié)或熔融灌注而制成，所述水溶性無機(jī)鹽選自碳酸鉀、氯化鈉、氯化鉀、硝酸鉀、氯化銅和氯化鈣中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(3)、步驟(6)和步驟(9)中，采用注射的方式將原料液附著到纖維表面，注射速度為0.1-0.6g/s，注射時(shí)原料液的溫度為80-180℃。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(4)、步驟(7)和步驟(10)具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶由內(nèi)向外包含一內(nèi)層、一中間層和一外層，所述內(nèi)層由內(nèi)向外由一層或多層尼龍纖維復(fù)合材料層組成，所述中間層由內(nèi)向外由一層或多層碳纖維復(fù)合材料層組成，所述外層由內(nèi)向外由一層或多層玻璃纖維復(fù)合材料層或碳纖維復(fù)合材料層組成；其中，一層尼龍纖維復(fù)合材料層由一層纏繞的尼龍纖維和樹脂基體組成，一層碳纖維復(fù)合材料層由一層纏繞的碳纖維和樹脂基體組成，一層玻璃纖維復(fù)合材料層由一層纏繞的玻璃纖維和樹脂基體組成，所述尼龍纖維復(fù)合材料層和所述中間層中的所述碳纖維復(fù)合材料層的樹脂基體中的樹脂為聚酰胺，所述外層中的所述碳纖維復(fù)合材料層和所述玻璃纖維復(fù)合材料層的樹脂基體中的樹脂為聚酰胺或環(huán)氧樹脂，所述聚酰胺由內(nèi)酰胺聚合而成，所述環(huán)氧樹脂由環(huán)氧樹脂基體經(jīng)環(huán)氧樹脂固化劑交聯(lián)固化而成。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：
3.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料纏繞瓶具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：
4.如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料纏繞瓶，其特征在于，所述內(nèi)層的尼龍纖維含...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊桂生，朱敏，趙鑫，計(jì)娉婷，廖雄兵，
申請(專利權(quán))人：上海事升新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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