一種復(fù)合材料容器及其復(fù)合材料層的成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣體運(yùn)輸技術(shù)，尤其涉及一種復(fù)合材料容器及其復(fù)合材料層的成 型方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中針對天然氣、氨氣、氮?dú)獾葰怏w的運(yùn)輸，主要是通過提高存儲(chǔ)壓力的方 式來實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸。隨著氣體工業(yè)的發(fā)展，對氣體存儲(chǔ)運(yùn)輸容器（氣瓶）的壓力需求也在不斷 提局。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中所生產(chǎn)的高壓復(fù)合容器（氣瓶），其內(nèi)膽通常為金屬材料制成。為了增 加復(fù)合容器（氣瓶）的容積和承壓力，通常的做法是用高壓無縫金屬管采用端頭旋壓縮頸 方法加工成內(nèi)膽，并在內(nèi)膽的外表面纏繞一層高強(qiáng)度纖維材料，利用高強(qiáng)度纖維材料的拉 力來增強(qiáng)內(nèi)膽的承壓力?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于采用纖維纏繞成型工藝成型的表面具有復(fù)合材 料層的容器（氣瓶）不可避免在施壓后會(huì)出現(xiàn)沿著纖維方向的開裂或龜裂。隨著使用次數(shù) 的增加和特定環(huán)境的影響，送些開裂或龜裂會(huì)有擴(kuò)展的趨勢，嚴(yán)重的更會(huì)使整個(gè)復(fù)合材料 層開裂。
[0004] 有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)中急需要一種新的技術(shù)能有效減少或消除復(fù)合材料層的開 裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種減少甚至消除復(fù)合材料層開裂 的復(fù)合材料容器及其復(fù)合材料層的成型方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種復(fù)合材料容器的復(fù)合材料層成型方法， 一連續(xù)纖維按一預(yù)定角度纏繞于一內(nèi)膽外表面形成至少一層復(fù)合材料層；在該復(fù)合材料層 的的層間和/或內(nèi)表面和/或外表面上加入一添加物，用于防止該復(fù)合材料層沿開裂。
[0007] 更進(jìn)一步地，該添加物位于兩層復(fù)合材料層之間。
[0008] 更進(jìn)一步地，該添加物為織物或非織物。
[0009] 更進(jìn)一步地，該添加物的形狀為纖維狀、片狀、絮狀、塊狀。
[0010] 更進(jìn)一步地，該添加物由金屬或非金屬材料制成。
[0011] 更進(jìn)一步地，該添加物由纖維類材料組成。該纖維類材料由W下材料中的一種或 多種組成；碳纖維、玻璃纖維、芳絕纖維、聚醋纖維、金屬纖維。
[0012] 更進(jìn)一步地，該連續(xù)纖維沿環(huán)向纏繞該內(nèi)膽外表面。
[0013] 更進(jìn)一步地，該連續(xù)纖維沿螺旋狀纏繞該內(nèi)膽外表面。
[0014] 本發(fā)明同時(shí)公開一種復(fù)合材料容器，該復(fù)合材料容器包括一內(nèi)膽和一復(fù)合材料 層，該復(fù)合材料層由如權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)該的方法制成。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的復(fù)合材料容器及其復(fù)合材料層的成型技術(shù)， 在容器纏繞復(fù)合材料層內(nèi)部起縱向（軸向）補(bǔ)強(qiáng)作用，可有效防止復(fù)合材料開裂或龜裂的 產(chǎn)生；同時(shí)可W有效防止容器長期使用過程中纏繞復(fù)合材料層表面沿纖維纏繞的方向開裂 或龜裂的延伸。送在一定程度上穩(wěn)定了容器的性能，從而提高了容器在使用過程中的安全 性。
【附圖說明】
[0016] 關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可W通過W下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了 解。
[0017] 圖1是本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料容器的局部放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0020] 由于現(xiàn)有采用纖維環(huán)向纏繞成型工藝成型的復(fù)合材料容器（或稱氣瓶），由于內(nèi) 置的金屬內(nèi)膽和金屬內(nèi)膽的外表面所纏繞的復(fù)合材料層彼此間的收縮率不一致。氣瓶在反 復(fù)充裝的過程中，氣瓶的長度會(huì)有延伸，由于金屬材料的延展性明顯強(qiáng)于復(fù)合材料的延展 性，因此在氣瓶反復(fù)重裝的過程中，金屬延伸的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過復(fù)合材料延伸的長度，送樣就 會(huì)造成復(fù)合材料表面層的環(huán)向開裂。因此在施壓后會(huì)出現(xiàn)沿著纖維方向的開裂或龜裂，隨 著使用次數(shù)的增加和特定環(huán)境的影響，送些開裂或龜裂會(huì)有擴(kuò)展的趨勢，嚴(yán)重的會(huì)使整個(gè) 復(fù)合材料層開裂。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料容器及其復(fù)合材料層的成型 方法能有效抑制連續(xù)纖維層的開裂。
[0021] 本發(fā)明根據(jù)力學(xué)分析計(jì)算纖維環(huán)向纏繞時(shí)與其匹配的縱向力，在復(fù)合材料層成型 過程中將此增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)容器在施壓受力過程中，當(dāng)氣瓶的復(fù)合材料層沿纖維 方向開裂時(shí)，提供一個(gè)與開裂方向相垂直的拉力，從而改善表面的開裂現(xiàn)象W及長期的開 裂延伸現(xiàn)象。
[0022] 如圖1所示，圖1是本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料容器的結(jié)構(gòu)示意圖。該復(fù)合材料容 器可W是用于容納高壓氣體的瓶子，也可W是容納高壓氣體、液體、固體的管道。圖1是本 發(fā)明的其中一種實(shí)施方式，該實(shí)施方式中該容器2優(yōu)質(zhì)無縫鋼管制成，鋼管的兩端采用端 頭旋壓縮頸方法加工為兩個(gè)瓶口 3。瓶口 3內(nèi)置螺紋用于固定前端塞和后端塞。其中前端 塞上設(shè)置進(jìn)氣出氣閥口，后端塞上設(shè)置一安全泄放裝置（圖中未示出）。在另一實(shí)施方式 中，該鋼瓶也可W僅包含一個(gè)端口。
[0023] 該鋼瓶2的外表面上包括一復(fù)合材料層1。復(fù)合材料層1通常有連續(xù)纖維沿環(huán)向 (a方向）繞制而成。復(fù)合材料層1可W僅覆蓋鋼瓶2的部分表面，也可W覆蓋鋼瓶2的全 部表面，包括瓶口 3的外表面一律覆蓋。圖1所示出的復(fù)合材料容器是一種典型的環(huán)向纏 繞式的復(fù)合材料容器。環(huán)向纏繞的特點(diǎn)在于連續(xù)纖維的繞制角度與氣瓶的軸向化方向） 幾乎垂直。環(huán)向纏繞的氣瓶容易出現(xiàn)的技術(shù)問題在于，當(dāng)瓶內(nèi)充滿高壓氣體時(shí)，由于金屬內(nèi) 膽和復(fù)合材料層兩者的收視率不一致，導(dǎo)致復(fù)合材料層出現(xiàn)環(huán)向（a方向）的開裂。本發(fā)明 通過在縱向提供一個(gè)補(bǔ)償力，W克服環(huán)向開裂。
[0024] 在另一種實(shí)施方式中，復(fù)合材料容器采用全纏繞或大角度纏繞方式。當(dāng)采用全纏 繞或大角度纏繞的時(shí)候，在沿連續(xù)纖維平行的方向會(huì)出現(xiàn)裂紋，根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù) 方案，需要在與連續(xù)纖維垂直的角度提供一個(gè)補(bǔ)償力，W克服開裂。
[0025] 如圖2所示，圖2是本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料容器的局部放大示意圖。與現(xiàn)有技 術(shù)不一致的是，本發(fā)明所提供的復(fù)合材料層1除了包括連續(xù)纖維10外，還包括一添加物11。 送是為了在復(fù)合材料層成型過程中增加一個(gè)與環(huán)向拉力相匹配的縱向（圖1中的b方向） 力。用W實(shí)現(xiàn)容器在施壓受力過程中，給于環(huán)向開裂一個(gè)縱向拉力，從而改善表面的開裂現(xiàn) 象W及長期的開裂延伸現(xiàn)象。
[0026] 在一種較佳的實(shí)施例中，連續(xù)纖維10和添加物11是連續(xù)成型的，即一層連續(xù)纖維 10上面或下面覆蓋一層添加物11。添加物11可W是織物也可W是非織物。其中織物是指 由兩條W上的織線交叉和繞結(jié)后形成的材料。添加物11可W是纖維狀物，可W是絮狀物， 也可W是塊狀物、片狀物。如果是纖維狀物，則該添加物11的排列方向沿縱向平行或與縱 向呈一定角度延伸。
[0027] 添加物11可W由碳纖維、玻璃纖維、芳絕纖維、聚醋纖維、金屬纖維制成。