一種碳纖維纏繞石墨圓筒及其加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨圓筒及其加工工藝，具體是一種碳纖維纏繞石墨圓筒及其加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨材料由于具有優(yōu)越的耐腐蝕性、耐熱性和高的熱導(dǎo)率而被廣泛應(yīng)用于各種腐蝕性物料條件下取代碳鋼和貴金屬材料。其中不透性石墨材料更因能在低壓、中壓條件下不滲漏氣、液而被廣泛應(yīng)用于制造各種塔、槽、罐、爐……包括石墨壓力容器，從而已經(jīng)促進(jìn)了工業(yè)發(fā)展。但石墨及不透性石墨材料因強(qiáng)度較低，又屬脆性材料而在制造大型內(nèi)壓圓筒型設(shè)備時帶來一些強(qiáng)度問題。在一些直徑不太大，內(nèi)壓較低時，可采取加大壁厚措施，使之成為厚壁容器來解決；在直徑稍大，或內(nèi)壓稍高，溫度又不高的場合，可以采用外加鋼箍或外加鋼筒的增強(qiáng)措施。但在直徑較大，尤其是溫度較高的條件下，因碳鋼的熱膨脹系數(shù)是不透性石墨的2?3倍，外加鋼箍或鋼筒增強(qiáng)則效果較差，較明顯的使用實(shí)例是大型鋼襯石墨儲罐在溫度較高時維修率大增；并因此石墨容器多為小于IMpa的低壓容器或常壓容器。而隨著科技的發(fā)展，需要較大直徑或較高內(nèi)壓，尤其是使用溫度較高的腐蝕性環(huán)境也隨之增加，此時要采用石墨材料時就需要解決石墨圓筒的有效外圓增強(qiáng)措施，而鋼箍增強(qiáng)在石墨筒壁和鋼箍溫度均較高時，已經(jīng)無效。但國內(nèi)至我們正試行本專利技術(shù)前尚無對石墨圓筒除鋼箍(或鋼筒)增強(qiáng)以外的其它外圓增強(qiáng)方法，因而石墨圓筒形內(nèi)壓設(shè)備的直徑、使用內(nèi)壓力及相應(yīng)溫度都受限，限制了石墨圓筒形設(shè)備的發(fā)展。另外，石墨材料本身有微孔，是通過浸漬樹脂或滲碳等辦法來提高抗?jié)B透性，但畢竟抗?jié)B透性受限，使用氣態(tài)內(nèi)壓力較高時也希望能提高石墨材料的抗?jié)B透性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種碳纖維纏繞石墨圓筒及其加工工藝，它提高了石墨圓筒的耐內(nèi)壓引起的環(huán)向拉應(yīng)力或軸向拉力以及徑向外力引起的扭矩、彎距的能力，并提高了石墨圓筒的抗?jié)B透性。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:它包括石墨圓筒和碳纖維，所述碳纖維纏繞在石墨圓筒外表面。
[0005]作為本發(fā)明的一種方式，所述碳纖維為環(huán)紋碳纖維。
[0006]作為本發(fā)明的一種方式，所述碳纖維為斜紋碳纖維。
[0007]作為本發(fā)明的一種方式，所述碳纖維為環(huán)紋碳纖維和斜紋碳纖維的組合。
[0008]作為本發(fā)明的一種方式，所述碳纖維為環(huán)紋碳纖維、斜紋碳纖維和平紋碳纖維的組合。
[0009]作為本發(fā)明的一種方式，所述斜紋碳纖維的傾角為10-80度。
[0010]一種碳纖維纏繞石墨圓筒的加工工藝，其特征在于包含以下步驟:將碳纖維通過液態(tài)樹脂浸泡，用數(shù)控纏繞機(jī)施加1kgf至50kgf的張力將碳纖維纏繞到旋轉(zhuǎn)著的石墨圓筒上，再進(jìn)行固化。所述樹脂為熱固性樹脂或者熱塑性樹脂，所述熱固性樹脂為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、改性環(huán)氧樹脂、雙馬來酰胺樹脂或熱固性聚酰亞胺樹脂中的一種或幾種的組合，所述熱塑性樹脂為熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂或聚酯樹脂中的一種或幾種的組合。所述樹脂中添加有增塑劑和/或稀釋劑。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:本發(fā)明有效提高了石墨圓筒壁環(huán)向或軸向的抗拉、抗彎強(qiáng)度及抵抗扭矩、彎矩能力，尤其在溫度較高時大大超過了鋼材增強(qiáng)的效果，有效地解決了在較高內(nèi)壓及操作溫度下大中型石墨圓筒類設(shè)備的安全可靠性問題，同時也提高了石墨圓筒的抗?jié)B透性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一種碳纖維纏繞石墨圓筒的實(shí)施例1的示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的一種碳纖維纏繞石墨圓筒的實(shí)施例2的示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的一種碳纖維纏繞石墨圓筒的實(shí)施例4的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:
如圖1所示，一種碳纖維纏繞石墨圓筒，包括石墨圓筒I和碳纖維2，碳纖維2纏繞在石墨圓筒I外表面。其中碳纖維2可以是3?24K的碳纖維并且優(yōu)選12K，也可以是碳纖維帶或布。其中碳纖維2為環(huán)紋碳纖維。
[0016]實(shí)施例2:
如圖2所示，一種碳纖維纏繞石墨圓筒，包括石墨圓筒I和碳纖維2，碳纖維2纏繞在石墨圓筒I外表面，其中碳纖維2為斜紋碳纖維，并且斜紋碳纖維傾角為10-80度。
[0017]實(shí)施例3:
一種碳纖維纏繞石墨圓筒，包括石墨圓筒I和碳纖維2，碳纖維2纏繞在石墨圓筒I外表面，其中碳纖維2為環(huán)紋碳纖維和斜紋碳纖維的組合，并且斜紋碳纖維傾角為10-80度。其中環(huán)紋碳纖維和斜紋碳纖維的纏繞順序根據(jù)石墨圓筒受力狀況確定。
[0018]實(shí)施例4:
如圖3所示，一種碳纖維纏繞石墨圓筒，包括石墨圓筒I和碳纖維2，碳纖維2纏繞在石墨圓筒I外表面，其中碳纖維2為環(huán)紋碳纖維、斜紋碳纖維和平紋碳纖維的組合，并且斜紋碳纖維傾角為10-80度。其中環(huán)紋碳纖維、斜紋碳纖維和平紋碳纖維的纏繞順序根據(jù)石墨圓筒受力狀況確定。
[0019]一種碳纖維纏繞石墨圓筒的加工工藝，制造過程中，先將碳纖維2用液態(tài)樹脂浸泡，然后采用數(shù)控纏繞機(jī)對碳纖維2施加予1kgf至50kgf的張力后，纏繞到旋轉(zhuǎn)的石墨圓筒外圓，并通過配套的導(dǎo)絲鉤的位移速度來調(diào)控碳纖維的纏繞角度。
[0020]當(dāng)主要目的是為提高圓筒環(huán)向抗拉強(qiáng)度時，導(dǎo)絲鉤的位移量可較小，以使碳纖維接近成環(huán)形分布。當(dāng)主要為提高抗扭矩能力時，加大導(dǎo)絲鉤的位移量以提高碳纖維積層角度(例如到35°?45° )使其成斜紋，并交叉纏繞成網(wǎng)格。當(dāng)同時兼顧提高環(huán)向抗拉強(qiáng)度時，則可加大積層角度(例如45°?80° );當(dāng)同時兼顧提高軸向抗拉強(qiáng)度時，則可使積層角度為20。?30。
其中碳纖維可以在纏繞現(xiàn)場先經(jīng)過液態(tài)熱固性樹脂溶液浸泡后再纏繞到石墨筒上(即濕法纏繞)，然后在固化爐或釜中加熱固化；也可以直接將已經(jīng)過處理的碳纖維直接纏繞。所用熱固性樹脂及添加劑，以及纏繞操作，由具體使用條件決定。
[0021]當(dāng)同時要求纏繞后提高石墨筒抗?jié)B透性時，優(yōu)先選用濕法纏繞，用增加樹脂含量和優(yōu)選添加劑來實(shí)現(xiàn)。
[0022]本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:它包括石墨圓筒和碳纖維，所述碳纖維纏繞在石墨圓筒外表面。2.按照權(quán)利要求1所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:所述碳纖維為環(huán)紋碳纖維。3.按照權(quán)利要求1所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:所述碳纖維為斜紋碳纖維。4.按照權(quán)利要求1所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:所述碳纖維為環(huán)紋碳纖維和斜紋碳纖維的組合。5.按照權(quán)利要求1所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:所述碳纖維為環(huán)紋碳纖維、斜紋碳纖維和平紋碳纖維的組合。6.按照權(quán)利要求3、4、5中任一項(xiàng)所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒，其特征在于:所述斜紋碳纖維的傾角為10-80度。7.—種權(quán)利要求1所述碳纖維纏繞石墨圓筒的加工工藝，其特征在于包含以下步驟:將碳纖維通過液態(tài)樹脂浸泡，用數(shù)控纏繞機(jī)施加1kgf至50kgf的張力將碳纖維纏繞到旋轉(zhuǎn)著的石墨圓筒上，再進(jìn)行固化。8.按照權(quán)利要求7所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒的加工工藝，其特征在于:所述樹脂為熱固性樹脂或者熱塑性樹脂，所述熱固性樹脂為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、改性環(huán)氧樹脂、雙馬來酰胺樹脂或熱固性聚酰亞胺樹脂中的一種或幾種的組合，所述熱塑性樹脂為熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂或聚酯樹脂中的一種或幾種的組合。9.按照權(quán)利要求7所述的一種碳纖維纏繞石墨圓筒的加工工藝，其特征在于:所述樹脂中添加有增塑劑和/或稀釋劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維纏繞石墨圓筒及其加工工藝，它包括石墨圓筒和碳纖維，所述碳纖維纏繞在石墨圓筒外表面，碳纖維采用環(huán)紋碳纖維、斜紋碳纖維和平紋碳纖維其中的一種或多種的組合，其具體層數(shù)和纏繞順序則由石墨圓筒的受力狀況決定，加工的時候?qū)⑻祭w維纏繞在石墨圓筒上并通過樹脂固化。本發(fā)明提高了石墨圓筒的耐內(nèi)壓引起的環(huán)向拉應(yīng)力或軸向拉力以及徑向外力引起的扭矩、彎距的能力，并提高了石墨圓筒的抗?jié)B透性。
【IPC分類】B32B1/08, B32B37/24, B29C53/56, B32B9/00
【公開號】CN104943245
【申請?zhí)枴緾N201510272032
【發(fā)明人】姚松年, 嚴(yán)加高
【申請人】南通山劍石墨設(shè)備有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月26日