竹纏繞復合立式儲罐的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征是：依次制得封頭內(nèi)襯層、封頭增強層和外防護層從而制得頂部封頭，接著直接在平面基礎(chǔ)上制作罐底平面，再制作儲罐主體，將儲罐頂部封頭固定在匹配的儲罐主體模具上端，先制得儲罐主體內(nèi)襯層，然后儲罐主體模具繞其軸線旋轉(zhuǎn)，纏繞小車在其軌道內(nèi)上下往復運動，利用二者之間的相對運動將竹篾卷排列整齊地纏繞在儲罐主體內(nèi)襯層外面以及儲罐主體與儲罐頂部封頭的結(jié)合處，邊纏繞邊加入樹脂混合物經(jīng)過固化后形成儲罐主體增強層，最后涂上外防護層；罐底和主體的結(jié)合處內(nèi)外用樹脂和竹纖維無紡布密封，糊制圓弧過渡區(qū)，經(jīng)固化后再涂一層外防護層。本發(fā)明所述方法成本低廉、過程環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。
【專利說明】竹纏繞復合立式儲罐的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，屬于大直徑壓力容器應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國經(jīng)濟持續(xù)快速增長，為大直徑容器在市場上的應(yīng)用帶來良好的機遇。尤其在石油化工、輕工、能源、航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大型容器從結(jié)構(gòu)形式上可分為四類:第一類是全金屬型容器；第二類是金屬內(nèi)襯環(huán)向纏繞復合材料增強型復合壓力容器；第三類是全纏繞復合材料立式儲罐是大型容器主要表現(xiàn)形式；第四類是塑料內(nèi)襯全纏繞復合材料增強型復合壓力容器。
[0003]由于復合容器不僅兼顧了金屬內(nèi)襯的良好加工性、氣密性、耐蝕性和高強度、高韌性等特點，又綜合了復合材料重量輕、安全性好以及良好的可設(shè)計性等優(yōu)點，使其具有強度好、質(zhì)輕、耐腐等優(yōu)良性能，復合容器比鋼質(zhì)壓力容器的重量可減輕I / 3?2 / 3 ;同時復合材料在受到撞擊或高速沖擊發(fā)生破壞時，不會產(chǎn)生具有危險性的碎片，從而降低或避免了對人員的傷害，復合容器比金屬容器具有更好的使用安全性。
[0004]纖維纏繞復合壓力容器實體結(jié)構(gòu)是由內(nèi)襯層、纖維纏繞增強層和外保護層組成。復合容器中增強層承擔絕大部分的壓力載荷，纖維是復合材料的主要承載部分。目前常用的纖維增強材料有玻璃纖維、碳纖維、凱芙拉(Kevlar)纖維等，主要產(chǎn)品形式為無捻紗。這些材料制作的復合壓力容器雖然有很多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用，但是存在成本高，能耗高，資源不可再生，不可降解等環(huán)境問題。
[0005]專利號為2010203026585，專利名稱為“竹纖維增強塑料容器”的中國專利中公開了一種壓力容器:由筒身和位于筒身端部的封頭組成，其特征在于容器壁由從內(nèi)到外排列的內(nèi)襯層、增強層和外防護層構(gòu)成，增強層為覆在內(nèi)襯層上的竹纖維層，其說明書部分公開了上述容器的制備方法。這種容器既節(jié)約石油資源又節(jié)約能耗又環(huán)保且資源可再生，是理想的新一代復合容器。但上述容器的制備方法存在以下缺陷和不足:增強層使用的竹纖維氈和竹纖維布是竹材料需深層次加工，成本高、污染高，且采用手工糊制，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種生產(chǎn)成本低廉、生產(chǎn)過程環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于現(xiàn)有傳統(tǒng)大直徑容器的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，分別制得頂部封頭和儲罐主體，然后在罐底平面上進行組裝，其特征在于:所述的頂部封頭制備方法為竹纖維氈通過樹脂粘附在頂部封頭模具上制成頂部封頭內(nèi)襯層，將竹篾卷均勻地鋪在封頭內(nèi)襯層外，邊鋪邊加入樹脂混合物，多層鋪設(shè)以達到設(shè)計厚度，經(jīng)過固化后形成頂部封頭增強層，最后在頂部封頭增強層外表面涂上防護層； 所述的罐底平面制備方法為直接在平面基礎(chǔ)上制作，將竹材料與樹脂按設(shè)計排列，分層糊制達到設(shè)計厚度，固化后再在其表面以竹纖維氈和不飽和聚酯樹脂糊制3層，厚度達
1.5-3mm，待固化后對接縫處進行表面打磨，為與罐體的連接做好準備；
所述的儲罐主體制備方法為將儲罐頂部封頭固定在匹配的儲罐主體模具上端，將竹纖維氈通過樹脂粘附在儲罐主體模具上制成儲罐主體內(nèi)襯層；纏繞小車軌道垂直立于儲罐主體模具旁，PLC程序控制儲罐主體模具繞其軸線旋轉(zhuǎn)，纏繞小車在其軌道內(nèi)上下往復運動，利用二者之間的相對運動將竹篾卷排列整齊地纏繞在儲罐主體內(nèi)襯層外面以及儲罐主體與儲罐頂部封頭的結(jié)合處，邊纏繞邊加入樹脂混合物，多層纏繞以達到設(shè)計厚度，經(jīng)過固化后形成儲罐主體增強層，最后在儲罐主體增強層外表面涂上外防護層；
儲罐底部和儲罐主體的結(jié)合處內(nèi)外用樹脂和竹纖維無紡布密封，糊制圓弧過渡區(qū)，經(jīng)固化后再涂一層外防護層。
[0008]本發(fā)明所述的頂部封頭內(nèi)襯層、儲罐主體內(nèi)襯層中所用的樹脂為環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂。上述樹脂防腐性能優(yōu)異，可以滿足貯放不同介質(zhì)的要求。
[0009]本發(fā)明所述的竹篾卷的制作方法為將毛竹開成竹篾，接著脫脂然后清洗并干燥，最后竹篾與氈布粘結(jié)或縫合或編織的方式連接成一條連續(xù)的竹篾帶，并卷成卷。使用竹篾卷作為原材料的纏繞方式，保持了竹材料軸向拉伸強度，同時使得竹材料加工更環(huán)保，成本更低廉，纏繞制作效率成倍提高。
[0010]本發(fā)明所述的竹篾卷用于制備儲罐主體時將毛竹開成長2-6m、厚度0.5_3mm、寬l-25mm的竹篾。將毛竹開成上述尺寸范圍的竹篾的好處是增加竹材料的利用率。
[0011]本發(fā)明所述的封頭增強層制備過程中，將竹篾卷逐層交替鋪設(shè)，各層之間夾角為0°、0°，采用上述鋪設(shè)方法的好處是結(jié)構(gòu)強度均勻、密實。
[0012]本發(fā)明所述的儲罐主體增強層制備過程中，將竹篾卷逐層交叉纏繞在儲罐主體內(nèi)襯層外面以及儲罐主體與儲罐頂部封頭的結(jié)合處，交叉角度為30°、0°，纏繞厚度由頂部向底部逐步遞增。采用上述鋪設(shè)方法的好處是能滿足儲罐各部位的受力要求。儲罐罐體由上到下受到的內(nèi)部壓力逐漸增強，因此纏繞厚度由頂部向底部逐步遞增。
[0013]本發(fā)明儲罐主體與罐底的組裝過程中，采用的樹脂為不飽和聚酯樹脂；圓弧的角度為45°。不飽和聚酯樹脂的好處是樹脂形變系數(shù)小、強度和延伸度較高、質(zhì)量穩(wěn)定。45度角的圓弧過渡區(qū)其作用和好處是分散載荷、消除底角連接處的應(yīng)力集中的缺陷。
[0014]本發(fā)明所述的樹脂混合物中各組分質(zhì)量百分比為氨基類樹脂87%_97%，生物基填料2%-10%，固化劑1-3%。上述樹脂混合物的好處是價格低廉且與竹篾有優(yōu)異的粘合效果。
[0015]本發(fā)明所述的外防護層為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、油漆或浙青等。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:本發(fā)明采用了天然竹材而非目前能耗和成本都比較高的玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉纖維、竹纖維氈和竹纖維布(竹纖維氈和竹纖維布是由竹子經(jīng)過纖維化后再加入化學膠拉捻而成，纖維化過程污染重、成本高。而用竹篾卷纏繞成增強層，既環(huán)保又能降低50%以上成本。)使用價格低廉的氨基類樹脂作為粘結(jié)劑，將竹天然纖維的軸向拉伸強度使用至最大化，既節(jié)約石油資源、節(jié)約能耗、環(huán)保且資源可再生。本發(fā)明采用機械化加工，能高效率自動化制造新型大容量復合容器。同時本發(fā)明增加了竹材料資源的綜合利用性，可增加農(nóng)民收入，具有積極的社會經(jīng)濟效益。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例1所述儲罐結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例1儲罐頂部封頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例1儲罐組裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
本實施例以容量為100m3的立式儲罐為例，其直徑為10000mm;高度為13000mm。
[0021]本實施例中采用的竹纖維氈是一種竹纖維無紡布，為現(xiàn)有技術(shù)。
[0022]一、頂部封頭的制備方法。
[0023]1、制作封頭內(nèi)襯層。
[0024]將上述竹纖維氈通過樹脂粘附在頂部封頭模具上，所述的樹脂優(yōu)選采用防腐性能好的樹脂，形成防滲、防腐且內(nèi)壁光滑的儲罐頂部封頭內(nèi)襯層。
[0025]2、制作竹篾卷。
[0026]將毛竹開成竹篾，長度2000mm、寬度5mm和厚度0.8mm。接著干燥至含水率5%—8%，最后竹篾采用網(wǎng)格布粘結(jié)的方式連接成一條連續(xù)的竹篾帶，并卷成卷。
[0027]3、制作封頭增強層。
[0028]本實施例中將上述竹篾卷逐層交替鋪設(shè)，各層之間夾角為0°，鋪設(shè)在儲罐頂部封頭內(nèi)襯層外，上述鋪設(shè)方式需考慮克服多方面的應(yīng)力。邊鋪邊加入樹脂混合物，樹脂混合物中各組分重量百分比為氨基類樹脂87%-97%，生物基填料2%-10%，固化劑1-3%。
[0029]多層鋪設(shè)竹篾卷以達到設(shè)計厚度，經(jīng)過固化后形成儲罐頂部封頭增強層。
[0030]4、制作外防護層。
[0031]在儲罐頂部封頭增強層外涂上外防護層，外防護層材質(zhì)為為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、油漆或浙青等，具有防腐防水的效果。參見圖2，儲罐頂部封頭其截面上由內(nèi)之外分別為封頭內(nèi)襯層1、封頭增強層2和外防護層3。
[0032]二、儲罐主體的制備方法。
[0033]1、將100m3儲罐主體模具放置在托架上保持儲罐主體模具表面與地平面垂直，通過幾個可伸縮的懸臂將托架固定在儲罐主體模具中央一個大的主軸上，此主軸由液壓驅(qū)動，通過管線與液壓泵相連。纏繞小車軌道垂直立于模具旁，整個裝置由PLC程序控制。將制好的頂部封頭吊裝在儲罐主體罐體模具上方。
[0034]2、制作儲罐主體內(nèi)襯層4。
[0035]竹纖維氈通過樹脂粘附在儲罐主體模具上制成儲罐主體內(nèi)襯層，儲罐主體內(nèi)襯層與頂部封頭內(nèi)襯界面粘合。所述的樹脂優(yōu)選采用防腐性能優(yōu)異的樹脂，形成防滲、防腐且內(nèi)壁光滑的儲罐主體內(nèi)襯層。
[0036]3、制作竹篾卷。
[0037]將毛竹開成長2m、厚度1.2mm、寬1mm的竹篾。干燥后的竹篾采用網(wǎng)格布粘結(jié)的
方式連接成一條連續(xù)的竹篾帶，并卷成卷。
[0038]4、制作儲罐主體增強層5。
[0039]纏繞時，儲罐主體模具水平旋轉(zhuǎn)，小車在軌道上上下運動，利用二者之間的相對運動完成纏繞。通過PLC控制，將竹篾卷逐層采用交叉纏繞，交叉角度為30° -90°，交替地纏繞在儲罐主體內(nèi)襯層外面以及儲罐主體與儲罐頂部封頭的結(jié)合處。竹篾卷排列整齊，邊纏繞邊加入樹脂混合物，樹脂混合物中各組分重量百分比為改性脲醛樹脂95%，生物基填料3%,固化劑2%。
[0040]多層鋪設(shè)竹篾卷以達到設(shè)計厚度，罐體厚度由上到下逐漸增厚(參見圖3)，容量1000m3、高13m的儲罐由上到下纏繞厚度分別為:30mm (頂部3m處)、40mm (3_5m處)、50mm(5_7m處)、60_ (7_9m處)、70mm (9_llm處)、80_ (ll_13m處)經(jīng)過固化后形成儲罐主體
增強層。
[0041]5、制作外防護層3。
[0042]在儲罐主體增強層外涂上防腐性能優(yōu)異、耐氧化的樹脂，固化后即形成儲罐的外防護層。參見圖1，儲罐主體其截面上最外一層即為外防護層3。
[0043]三、組裝儲罐主體和罐底。
[0044]參見圖1，罐底采用平底9，直接在平面基礎(chǔ)6上制作。將竹材料與樹脂按設(shè)計排列，分層糊制達20mm厚度，固化后再在表面以竹纖維氈和不飽和聚酯樹脂糊制3層，厚度達2mm。待固化后接縫處進行表面打磨，為與罐體的連接做好準備。
[0045]罐底和罐體連接處內(nèi)外都用樹脂和竹纖維氈密封，分別糊制200mm半徑、45°角的外圓弧過渡區(qū)7和400mm半徑、45°角的內(nèi)圓弧過渡區(qū)8。所述的樹脂優(yōu)選不飽和聚酯樹月旨。經(jīng)固化后在外部再涂一層外防護層。外防護層材質(zhì)為為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、油漆或浙青等。
[0046]雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明的保護范圍，任何熟悉該項技術(shù)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，分別制得頂部封頭和儲罐主體，然后在罐底平面上進行組裝，其特征在于:所述的頂部封頭制備方法為竹纖維氈通過樹脂粘附在頂部封頭模具上制成頂部封頭內(nèi)襯層，將竹篾卷均勻地鋪在封頭內(nèi)襯層外，邊鋪邊加入樹脂混合物，多層鋪設(shè)以達到設(shè)計厚度，經(jīng)過固化后形成頂部封頭增強層，最后在頂部封頭增強層外表面涂上防護層； 所述的罐底平面制備方法為直接在平面基礎(chǔ)上制作，將竹材料與樹脂按設(shè)計排列，分層糊制達到設(shè)計厚度，固化后再在其表面以竹纖維氈和不飽和聚酯樹脂糊制3層，厚度達1.5-3mm，待固化后對接縫處進行表面打磨，為與罐體的連接做好準備； 所述的儲罐主體制備方法為將儲罐頂部封頭固定在匹配的儲罐主體模具上端，將竹纖維氈通過樹脂粘附在儲罐主體模具上制成儲罐主體內(nèi)襯層；纏繞小車軌道垂直立于儲罐主體模具旁，PLC程序控制儲罐主體模具繞其軸線旋轉(zhuǎn)，纏繞小車在其軌道內(nèi)上下往復運動，利用二者之間的相對運動將竹篾卷排列整齊地纏繞在儲罐主體內(nèi)襯層外面以及儲罐主體與儲罐頂部封頭的結(jié)合處，邊纏繞邊加入樹脂混合物，多層纏繞以達到設(shè)計厚度，經(jīng)過固化后形成儲罐主體增強層，最后在儲罐主體增強層外表面涂上外防護層； 儲罐底部和儲罐主體的結(jié)合處內(nèi)外用樹脂和竹纖維氈密封，糊制圓弧過渡區(qū)，經(jīng)固化后再涂一層外防護層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:所述的頂部封頭內(nèi)襯層、儲罐主體內(nèi)襯層中所用的樹脂為環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于所述的竹篾卷的制作方法為將毛竹開成竹篾，接著脫脂然后清洗并干燥，最后竹篾與氈布粘結(jié)或縫合或編織的方式連接成一條連續(xù)的竹篾帶，并卷成卷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:所述的竹篾卷用于制備儲罐主體時將毛竹開成長2-6m、厚度0.5-3mm、寬l_25mm的竹篾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:所述的封頭增強層制備過程中，將竹篾卷逐層交替鋪設(shè)，各層之間夾角為O。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:所述的儲罐主體增強層制備過程中，將竹篾卷逐層交叉纏繞在儲罐主體內(nèi)襯層外面以及儲罐主體與儲罐頂部封頭的結(jié)合處，交叉角度為30°、0°，纏繞厚度由頂部向底部逐步遞增。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:儲罐主體與罐底的組裝過程中，采用的樹脂為不飽和聚酯樹脂；圓弧的角度為45°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:所述的樹脂混合物中各組分質(zhì)量百分比為氨基類樹脂87%-97%，生物基填料2%-10%，固化劑1-3%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹纏繞復合立式儲罐的制備方法，其特征在于:所述的外防護層為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、油漆或浙青。
【文檔編號】B65D8/06GK104033724SQ201410259842
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】葉柃, 楊會清, 朱鑫 申請人:浙江鑫宙竹基復合材料科技有限公司