一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，包括如下步驟：S1采用螺旋纏繞和環(huán)向纏繞在清潔光滑的環(huán)形金屬內(nèi)襯外壁上多次纏繞芳綸纖維干紗以獲得多層纏繞層；S2配置高強度易浸漬的樹脂膠，重復多次將所述樹脂膠涂刷在所述步驟S1中多層纏繞層上，以獲得復合氣瓶的半制品；S3對S2的所述半制品進行表面包覆以獲得待固化半制品；S4對所述S3的待固化半制品進行固化，獲得金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶。本發(fā)明方法工藝簡單，金屬內(nèi)襯與復合材料匹配性好，無電化學腐蝕，制得的復合氣瓶疲勞性能優(yōu)異。
【專利說明】一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復合高壓氣瓶領(lǐng)域，更具體地，涉及一種應用在航空、航天及軍事領(lǐng)域的帶金屬內(nèi)襯的芳綸纖維增強環(huán)形氣瓶的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在航空、航天及軍事武器系統(tǒng)上，環(huán)形氣瓶能更有效地利用彈頭結(jié)構(gòu)空間，且使用時不會因容器內(nèi)物質(zhì)減少而產(chǎn)生質(zhì)心偏移，其較球形、柱形氣瓶更具優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的應用。純金屬的環(huán)形氣瓶強度高，質(zhì)量大，而航空航天領(lǐng)域?qū)τ谫|(zhì)量可謂“斤斤計較”。試驗表明:噴氣發(fā)動機結(jié)構(gòu)重量減1?，飛機結(jié)構(gòu)可減重4?，升限可提高10米；若一枚小型洲際導彈第三級結(jié)構(gòu)重量減輕1?，整個運載火箭的起飛重量就可減輕50敁，地面設備的結(jié)構(gòu)重量就可減輕100X8，在有效載荷不變的條件下，可增加射程15?201? ；而航天飛機的重量每減輕11?，其發(fā)射成本費用就可以減少15000美兀。
[0003]為了減輕環(huán)形氣瓶的重量，采用比強度較高的復合材料制備環(huán)形復合氣瓶，可保證強度的同時減輕自身重量。環(huán)形復合氣瓶采用增強材料纏繞在金屬環(huán)形內(nèi)襯上，常用的增強材料為碳纖維，碳纖維的密度輕、模量高，是較好的環(huán)形復合氣瓶的增強材料，但是:
(1)碳纖維增強材料的工藝性較差，與金屬內(nèi)襯及接頭的電化學腐蝕難以解決，而銹蝕是航空、航天及軍事武器系統(tǒng)難以接受的，容易造成危險事故；(2)采用碳纖維增強材料在纏繞時只能采用濕法成型，即將纖維浸漬在液態(tài)的膠水中然后立即纏繞，濕法成型設備復雜，不易纏繞，工藝操作性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其目的在于采用芳綸纖維作為增強材料制備復合氣瓶，解決使用碳纖維存在的點化學腐蝕問題，并采用干紗纏繞刷膠法成型，克服目前采用碳纖維增強材料工藝性差的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]51:在清潔光滑的環(huán)形金屬內(nèi)襯的外壁上多次纏繞芳綸纖維的干紗以獲得多層纏繞層，所述纏繞層采用螺旋纏繞或環(huán)向纏繞方式獲得；
[0007]32:配置高強度易浸漬的樹脂膠，該樹脂膠包括環(huán)氧樹脂102-85、環(huán)氧樹脂2？01441-310、甲基四氫苯酐以及咪唑，重復多次將所述樹脂膠涂刷在步驟31中所述多層纏繞層上，以獲得復合氣瓶的半制品，所述高強度是指強度大于301即，所述易浸漬是指能浸透；
[0008]83:對步驟32的所述半制品進行表面包覆以獲得待固化半制品；
[0009]84:對步驟33的所述待固化半制品進行固化，獲得金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶。
[0010]進一步的，步驟32所述高強度易浸漬的樹脂膠中，環(huán)氧樹脂11)2-85的質(zhì)量:環(huán)氧樹脂2？01441-310的質(zhì)量:甲基四氫苯酐的質(zhì)量:咪唑的質(zhì)量=(0.2^0.4): (0.1?
0.3): (0.5?0.7): (0.005?0.02)，其中環(huán)氧樹脂102-85是指環(huán)氧樹脂的一種，環(huán)氧樹脂2？01441~310也是環(huán)氧樹脂的一種。
[0011]進一步的，所述芳綸纖維為雜環(huán)芳綸纖維。
[0012]進一步的，所述芳纟侖纖維線密度為3001:6^?10001:6叉。
[0013]進一步的，所述刷膠時所述樹脂膠的溫度為60。。?1001。
[0014]進一步的，步驟32中所述涂刷包括第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠，且第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠分別消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為(2?3):(1?
1.5): (0.5 ?1)。
[0015]進一步的，第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠均從所述環(huán)形金屬內(nèi)襯的環(huán)內(nèi)徑開始并向環(huán)外徑涂刷，且每次刷膠結(jié)束后均對表面經(jīng)過涂刷的環(huán)形金屬內(nèi)襯進行烘烤，所述烘烤在60?100。〇中保溫10111111?50111111。
[0016]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0017]1、采用雜環(huán)芳綸纖維增強環(huán)形復合氣瓶的結(jié)構(gòu)層，芳綸纖維與金屬不產(chǎn)生電化學反應，不會造成電化學腐蝕，其與金屬的適應性好。
[0018]2、采用的先干紗纏繞、接著涂刷樹脂膠的成型方法，克服了濕法成型方法中設備復雜且難操作的缺點，本發(fā)明方法操作簡單，不需要制備預浸帶，成本更低且可靠性更高。
[0019]3、采用合理的樹脂配方和多次涂刷的方法浸透雜環(huán)芳綸纖維，且雜環(huán)芳綸纖維本身拉伸強度大于4500即1且模量大于1500^，具有較好的力學性能，兩者綜合作用，可成型力學性能優(yōu)異的復合材料結(jié)構(gòu)層，從而保證了復合氣瓶的綜合力學性能，采用本發(fā)明方法制備的復合氣瓶疲勞特性好，爆破壓力高，能夠滿足使用要求。
[0020]總之，本發(fā)明方法工藝簡單，能夠適應環(huán)形容器的纏繞，制備的復合材料結(jié)構(gòu)層能較好匹配金屬內(nèi)襯，金屬內(nèi)襯與復合材料結(jié)構(gòu)層具有較好的變形匹配性，制得的氣瓶疲勞性能優(yōu)異，完全能滿足使用要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例中環(huán)形復合氣瓶剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明方法流程示意圖。
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0024]1-內(nèi)襯 2-復合結(jié)構(gòu)層 3-接管嘴

【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]本發(fā)明的多個實施例均為纏繞一種鈦合金內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶，要求疲勞次數(shù)大于500次，爆破壓力大于80腿^。不同是實施例采用不同工藝參數(shù)制備該鈦合金內(nèi)襯的環(huán)形復合氣瓶。圖1為是本發(fā)明實施例中環(huán)形復合氣瓶剖面結(jié)構(gòu)示意圖，內(nèi)襯1為鈦合金材質(zhì)，在內(nèi)襯1外表面具有復合結(jié)構(gòu)層2，3為接管嘴，通過該接管嘴3連通外界管道。
[0027]實施例1
[0028]81:采用螺旋纏繞和環(huán)向纏繞的纏繞法在清潔光滑的環(huán)形金屬內(nèi)襯外壁上多次纏繞雜環(huán)芳綸纖維干紗以獲得多層纏繞層。其中，雜環(huán)芳綸纖維為俄羅斯芳綸纖維八?100，線密度為800丨#，纏繞時先將干紗倒紗到小線鑼上，然后將小線鑼裝到環(huán)形氣瓶纏繞機上，接著再將干紗合股繞到鈦合金內(nèi)襯上。在纏繞前，該鈦合金內(nèi)襯表面經(jīng)過均勻噴砂，并用酒精清洗干凈。纏繞螺旋層采用5切點和6切點線型交替纏繞，螺旋層的層數(shù)為10層，環(huán)向纏繞層的層數(shù)為4層。
[0029]82:配置高強度易浸漬的樹脂膠，重復多次將所述樹脂膠涂刷在經(jīng)步驟51獲得的多層纏繞層上，以獲得復合氣瓶的半制品。其中，高強度易浸漬的樹脂膠配方及各配方的質(zhì)量之比為環(huán)氧樹脂11)2-85:環(huán)氧樹脂2？01441-310:甲基四氫苯酐:咪唑=0.25:0.25:0.65:0.005。刷膠時樹脂膠的溫度為801:。刷膠分三次進行，依次為第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠，第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠分別消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為3:1.4:1。刷膠前先把各個配方的膠液混合并充分攪拌均勻，攪拌時間1001??！，刷膠時使氣瓶保持正立且緩慢旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。第一遍連續(xù)刷膠時間3001！！，刷膠時采用刷子蘸取樹脂膠往瓶體涂抹的方式，蘸膠后懸停3?5秒種，從環(huán)形復合氣瓶環(huán)內(nèi)徑方向開始，沿環(huán)外徑方向涂刷，按同一方向依次刷膠，不允許漏涂漏刷，注意接管嘴周圍需要來回連續(xù)刷3次。刷膠時注意觀察氣瓶外表面吸膠情況，到氣瓶外表面樹脂膠不再向多層纏繞層中滲透，且表面有浮膠，并有樹脂膠反光現(xiàn)象出現(xiàn)時停止刷膠。第一次刷膠結(jié)束后，在801:烘箱中保溫2001??！。接著進行第二刷膠，第二次刷膠時間為1501?。?，刷膠方法和烘烤方法與第一次刷膠相同。最后進行第三次刷膠，刷膠時間1001！！，刷膠方法和烘烤方法與第一次刷膠相同。三次刷膠以及烘烤結(jié)束后獲得半制品，然后準備進行包覆。
[0030]33:對步驟32獲得半制品進行表面包覆以獲得待固化半制品。其中，對烘烤后的半制品用海棉把氣瓶表面的浮膠吸掉。在氣瓶外表面以適當?shù)膹埩鶆蚶p繞一層寬
?的聚四氟乙烯帶，包覆時先按照接管嘴的形狀預先剪制一個圓片，套裝到接管嘴根部，并使用石棉橡膠板裁剪兩塊半圓形墊片，使用沖子在墊片中心沖兩個半圓形的孔，然后把墊片對接到接管嘴周圍，然后在該周圍用聚四氟乙烯帶均勻緊湊包覆，在接管嘴位置適當增加包覆張力，以保證樹脂膠均勻性，包敷結(jié)束后獲得待固化半制品，準備送入烘箱固化。
[0031]84:對待固化半制品進行固化，獲得金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶。固化的溫度制度為:從爐溫開始升溫2卜一601:?801:后保溫2?6卜，接著升溫比?2卜一901:?1001:保溫111?處，接著升溫1卜?處一1201:?1401:保溫3卜?8卜，隨爐降溫到不高于501:時方可出爐。
[0032]去除包覆帶，得到環(huán)形復合氣瓶。試驗證明按照本實施例1制備得到的復合氣瓶經(jīng)過強度試驗、氣密性試驗、500次疲勞試驗以及高低溫試驗后，再進行爆破，爆破壓力為911？3，符合使用要求。
[0033]實施例2
[0034]本實施例與實施例1相同，不同的是:
[0035]81:雜環(huán)芳纟侖纖維的線密度為3001:6叉。
[0036]82:高強度易浸漬的樹脂膠配方及各配方的質(zhì)量比為環(huán)氧樹脂102-85:環(huán)氧樹脂2？01441-310:甲基四氫苯酐:咪唑=0.2:0.3:0.7:0.02，刷膠時樹脂膠的溫度為60。。，第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為2.2:1.3:0.5。第一遍刷完后，在701:烘箱中保溫10-?。?。接著進行第二刷膠，第二次刷膠時間為15-??！，刷膠方法和烘烤方法與第一次刷膠相同。最后進行第三遍刷膠，刷膠時間1001??！，刷膠方法和烘烤方法與第一次相同。三次刷膠以及烘烤結(jié)束后獲得半制品，然后準備進行包覆。
[0037]本實施例2制備得到的復合氣瓶經(jīng)過強度試驗、氣密性試驗、500次疲勞試驗以及高低溫試驗后，再進行爆破，爆破壓力為891？^符合使用要求。
[0038]實施例3
[0039]本實施例與實施例1相同，不同的是:
[0040]81:雜環(huán)芳纟侖纖維的線密度為5001:6叉。
[0041]82:高強度易浸漬的樹脂膠配方及各配方的質(zhì)量比為環(huán)氧樹脂102-85:環(huán)氧樹脂2？01441-310:甲基四氫苯酐:咪唑=0.4:0.15:0.55:0.01，刷膠時樹脂膠的溫度為70。。，第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為2.4:1.5:0.7。第一遍刷完后，在接著進行第二刷膠，第二次刷膠時間為15-??！，刷膠方法和烘烤方法與第一次刷膠相同。最后進行第三遍刷膠，刷膠時間1001！！，刷膠方法和烘烤方法與第一次相同。三次刷膠以及烘烤結(jié)束后獲得半制品，然后準備進行包覆。
[0042]本實施例3制備得到的復合氣瓶經(jīng)過強度試驗、氣密性試驗、500次疲勞試驗以及高低溫試驗后，再進行爆破，爆破壓力為871？^符合使用要求。
[0043]實施例4本本實施例與實施例1相同，不同的為:
[0044]81:雜環(huán)芳綸纖維的線密度為1000七以。
[0045]82:高強度易浸漬的樹脂膠配方及各配方的質(zhì)量比為環(huán)氧樹脂102-85:環(huán)氧樹脂2？01441-310:甲基四氫苯酐:咪唑=0.35:0.1:0.5:0.015，刷膠時樹脂膠的溫度為1001，第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為2.7:1:0.85。第一遍刷完后，在1001:烘箱中保溫40-1接著進行第二刷膠，第二次刷膠時間為15-??！，刷膠方法和烘烤方法與第一次刷膠相同。最后進行第三遍刷膠，刷膠時間1001！！，刷膠方法和烘烤方法與第一次相同。三次刷膠以及烘烤結(jié)束后獲得半制品，然后準備進行包覆。
[0046]本實施例4制備得到的復合氣瓶經(jīng)過強度試驗、氣密性試驗、500次疲勞試驗以及高低溫試驗后，再進行爆破，爆破壓力為931？^符合使用要求。
[0047]圖2為本發(fā)明制備方法的流程示意圖，主要為四大步驟。
[0048]本發(fā)明中還可以采用鋁合金作為金屬內(nèi)襯。
[0049]本發(fā)明中，對雜環(huán)芳綸纖維八?]的線密度、樹脂膠各配方的質(zhì)量之比、涂刷時樹脂膠的溫度、三次刷膠消耗的樹脂膠質(zhì)量之比、刷膠后烘烤的溫度和時間不限定為以上具體的值和以上具體值的組合，當雜環(huán)芳纟侖纖維線密度為3001:6^?10001:6^、樹脂膠各個配方及各配方的質(zhì)量之比為環(huán)氧樹脂102-85:環(huán)氧樹脂2？01441-310:甲基四氫苯酐:咪唑=(0.2?0.4): (0.1?0.3): (0.5?0.7): (0.005?0.02)、涂刷時樹脂膠的溫度為60。。?1001、并且第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠分別消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為(2?3): (1?1.5): (0.5?1)、步驟32中烘烤溫度60?100。〇且烘烤保溫100111?500111時，均可制備得到金屬內(nèi)襯的環(huán)形復合氣瓶。但是具體工藝參數(shù)和條件不同時，制備得到的金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的性能和質(zhì)量不同。
[0050]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: S1:在清潔光滑的環(huán)形金屬內(nèi)襯的外壁上多次纏繞芳綸纖維的干紗以獲得多層纏繞層，所述纏繞層采用螺旋纏繞或環(huán)向纏繞方式獲得； 52:配置高強度易浸漬的樹脂膠，該樹脂膠包括環(huán)氧樹脂TDE-85、環(huán)氧樹脂EP01441-310、甲基四氫苯酐以及咪唑，重復多次將所述樹脂膠涂刷在步驟SI中所述多層纏繞層上，以獲得復合氣瓶的半制品； 53:對步驟S2的所述半制品進行表面包覆以獲得待固化半制品； S4:對步驟S3的所述待固化半制品進行固化，獲得金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，步驟S2所述高強度易浸漬的樹脂膠中，環(huán)氧樹脂TDE-85的質(zhì)量:環(huán)氧樹脂EP01441-310的質(zhì)量:甲基四氫苯酐的質(zhì)量:咪唑的質(zhì)量=(0.2?0.4): (0.1?0.3): (0.5?0.7): (0.005?0.02)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，所述芳綸纖維為雜環(huán)芳綸纖維，且拉伸強度大于4500MPa，且模量大于150GPa。
4.如權(quán)利要求3所述的一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，所述芳會侖纖維的線密度為300tex?lOOOtex。
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，步驟S2的所述涂刷時，樹脂膠的溫度為60°C?100 °C。
6.如權(quán)利要求1所述的一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述涂刷包括第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠，且第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠分別消耗的樹脂膠質(zhì)量之比為(2?3): (I?1.5): (0.5?I)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種金屬內(nèi)襯環(huán)形復合氣瓶的制備方法，其特征在于，第一次刷膠、第二次刷膠以及第三次刷膠均從所述環(huán)形金屬內(nèi)襯的環(huán)內(nèi)徑開始并向環(huán)外徑涂刷，且每次刷膠結(jié)束后均對表面經(jīng)過涂刷的環(huán)形金屬內(nèi)襯進行烘烤，所述烘烤在60?100°C中保溫 1min ?50mino
【文檔編號】B29C70/16GK104476781SQ201410663734
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】楊恒, 陳娓 申請人:湖北三江航天紅陽機電有限公司