本發(fā)明屬于儲(chǔ)氫，具體涉及一種濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳纖維纏繞儲(chǔ)氫iv型瓶是當(dāng)前車(chē)載儲(chǔ)氫的必然趨勢(shì)，其復(fù)合材料層和塑料內(nèi)膽的應(yīng)用大大提升了車(chē)載儲(chǔ)氫瓶的儲(chǔ)氫密度。而濕法纏繞是碳纖維纏繞儲(chǔ)氫iv型瓶復(fù)合材料層最成熟的纏繞工藝，環(huán)氧樹(shù)脂是一種性能卓越的熱固性樹(shù)脂，廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域，也是濕法纏繞領(lǐng)域最為成熟、穩(wěn)定的體系。

2、儲(chǔ)氫瓶在加注氫氣和充放氣的過(guò)程中會(huì)有巨大的壓力變化，復(fù)合材料層的外表面會(huì)隨之產(chǎn)生各種狀態(tài)的裂紋，對(duì)整體安全性有著巨大威脅。因此，復(fù)合材料層及其樹(shù)脂體系必須要有非常優(yōu)異的力學(xué)性能才能抵御內(nèi)壓的巨大變化，保證其外觀的完好，避免儲(chǔ)氫瓶的破環(huán)。同時(shí)，為了保證塑料內(nèi)膽在固化過(guò)程中的完好，通常要求樹(shù)脂的固化溫度小于等于120℃。為了解決上述問(wèn)題，傳統(tǒng)的解決方案是對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂體系進(jìn)行增韌改性，大幅提升環(huán)氧樹(shù)脂的韌性，使復(fù)合材料層能夠吸收儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)部的能量，從而消弭裂紋產(chǎn)生和拓展的趨勢(shì)。雖然高韌性的環(huán)氧樹(shù)脂體系能夠有效消弭儲(chǔ)氫瓶外部的裂紋，但是一味地增韌，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂體系穩(wěn)定性變差，力學(xué)強(qiáng)度大幅度下降，多次充放氣循環(huán)后氣瓶尺寸會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，同樣帶來(lái)巨大的安全隱患。

3、因此，亟需一種具有高彈性模量、較高力學(xué)強(qiáng)度、合適韌性和較低固化溫度的環(huán)氧樹(shù)脂體系，以便適用儲(chǔ)氫瓶的濕法纏繞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系及其制備方法和應(yīng)用。由此，本技術(shù)的環(huán)氧樹(shù)脂體系具有較高彈性模量、合適韌性和較高強(qiáng)度，使得環(huán)氧樹(shù)脂體系穩(wěn)定性大幅提高，提高了環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的安全性，且避免了環(huán)氧樹(shù)脂體系濕法纏繞的儲(chǔ)氣瓶容易出現(xiàn)裂紋的情況，與此同時(shí)，本技術(shù)的環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化溫度較低，可以更好的實(shí)現(xiàn)濕法纏繞。

2、在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述環(huán)氧樹(shù)脂體系包括如下重量份的組分：

3、25-75份的多官能基環(huán)氧樹(shù)脂、10-30份的多環(huán)氧基活性稀釋劑、0.5-5份的無(wú)機(jī)固體填料、20-100份的固化劑、0.5-5份的促進(jìn)劑、0.1-2份的消泡劑、0.1-2份的流平劑和0.1-1份的偶聯(lián)劑。

4、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系，采用多官能基環(huán)氧樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，交聯(lián)之后的多官能基環(huán)氧樹(shù)脂具有較高的交聯(lián)密度，配合無(wú)機(jī)固體填料，可以大幅提高環(huán)氧樹(shù)脂體系的彈性模量，大幅提高環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化物剛性，可以保證環(huán)氧樹(shù)脂體系濕法纏繞的儲(chǔ)氣瓶在壓力變化過(guò)程中具有良好的尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)而極大提高了環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的安全性；由于多官能基環(huán)氧樹(shù)脂的黏度較大，將多環(huán)氧基活性稀釋劑添加至環(huán)氧樹(shù)脂體系，既可以降低整個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂體系的黏度，提高環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的便捷性，又不會(huì)降低樹(shù)脂體系的交聯(lián)密度，使得環(huán)氧樹(shù)脂具有較高的彈性模量和較高的固化物剛性，且保證了環(huán)氧樹(shù)脂體系具有一定的韌性。由此，本技術(shù)的環(huán)氧樹(shù)脂體系具有較高彈性模量、合適韌性和較高強(qiáng)度，使得環(huán)氧樹(shù)脂體系穩(wěn)定性大幅提高，提高了環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的安全性，且避免了環(huán)氧樹(shù)脂體系濕法纏繞的儲(chǔ)氣瓶容易出現(xiàn)裂紋的情況，與此同時(shí)，本技術(shù)的環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化溫度較低，可以更好的實(shí)現(xiàn)濕法纏繞。

5、另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的環(huán)氧樹(shù)脂體系還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

6、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述環(huán)氧樹(shù)脂體系包括如下重量份的組分：40-75份的所述多官能基環(huán)氧樹(shù)脂、10-20份的所述多環(huán)氧基活性稀釋劑、1-3份的所述無(wú)機(jī)固體填料、20-100份的所述固化劑、0.5-5份的所述促進(jìn)劑、0.1-2份的所述消泡劑、0.1-2份的所述流平劑和0.1-1份的所述偶聯(lián)劑。

7、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述多官能基環(huán)氧樹(shù)脂包括線性酚醛環(huán)氧樹(shù)脂、鄰甲酚甲醛環(huán)氧樹(shù)脂、間苯二酚甲醛環(huán)氧樹(shù)脂、四酚基乙烷環(huán)氧樹(shù)脂、tde-85環(huán)氧樹(shù)脂、4,4'-二氨基二苯甲烷環(huán)氧樹(shù)脂和氨酚基三官能類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。

8、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述多環(huán)氧基活性稀釋劑包括脂環(huán)族環(huán)氧活性稀釋劑、脂肪族環(huán)氧活性稀釋劑和芳香族活性稀釋劑中的至少一種。

9、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述無(wú)機(jī)固體填料包括sio2固體填料和tio2固體填料中的至少一種。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述無(wú)機(jī)固體填料為納米無(wú)機(jī)固體填料。

11、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述脂環(huán)族環(huán)氧活性稀釋劑包括1，4-丁二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚和1，6-己二醇二縮水甘油醚中的至少一種。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，脂肪族環(huán)氧活性稀釋劑包括環(huán)己烷二甲醇二縮水甘油醚、季戊四醇四縮水甘油醚、聚甘油三縮水甘油醚和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚中的至少一種。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，芳香族活性稀釋劑包括苯酚縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚和對(duì)叔丁基苯酚縮水甘油醚中的至少一種。

14、在本發(fā)明的又一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述方法包括：

15、(1)將25-75份的多官能基環(huán)氧樹(shù)脂、10-30份的多環(huán)氧基活性稀釋劑、0.5-5份的無(wú)機(jī)固體填料、0.1-2份的消泡劑、0.1-2份的流平劑和0.1-1份的偶聯(lián)劑進(jìn)行混合，以便得到第一混合物；

16、(2)將0.5-5份的促進(jìn)劑和20-100份的固化劑進(jìn)行混合，以便得到第二混合物；

17、(3)將所述第一混合物和所述第二混合物進(jìn)行混合，以便得到濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系。

18、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系的方法，將多官能基環(huán)氧樹(shù)脂、多環(huán)氧基活性稀釋劑和無(wú)機(jī)固體填料等材料進(jìn)行混合得到第一混合物，采用多官能基環(huán)氧樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，交聯(lián)之后的多官能基環(huán)氧樹(shù)脂具有較高的交聯(lián)密度，配合無(wú)機(jī)固體填料，可以大幅提高環(huán)氧樹(shù)脂體系的彈性模量，大幅提高環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化物剛性，可以保證環(huán)氧樹(shù)脂體系濕法纏繞的儲(chǔ)氣瓶在壓力變化過(guò)程中具有良好的尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)而極大提高了環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的安全性；將多環(huán)氧基活性稀釋劑添加至環(huán)氧樹(shù)脂體系，既可以降低整個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂體系的黏度，提高環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的便捷性，又不會(huì)降低樹(shù)脂體系的交聯(lián)密度，使得環(huán)氧樹(shù)脂具有較高的彈性模量和較高的固化物剛性，且保證了環(huán)氧樹(shù)脂體系具有一定的韌性。由此，通過(guò)上述方法制備的環(huán)氧樹(shù)脂體系具有較高彈性模量、合適韌性和較高強(qiáng)度，使得環(huán)氧樹(shù)脂體系穩(wěn)定性大幅提高，提高了環(huán)氧樹(shù)脂體系用于濕法纏繞的安全性，且避免了環(huán)氧樹(shù)脂體系濕法纏繞的儲(chǔ)氣瓶容易出現(xiàn)裂紋的情況，與此同時(shí)，通過(guò)上述方法制備的環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化溫度較低，可以更好的實(shí)現(xiàn)濕法纏繞。

19、另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

20、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，所述混合的方式包括剪切分散和超聲分散。

21、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述剪切分散的溫度為10-50℃，所述剪切分散的時(shí)間為0.5-2h；所述超聲分散的溫度為-10-10℃，所述超聲分散的時(shí)間為0.5-2h。

22、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(2)中，所述混合的溫度為10-50℃，所述混合的時(shí)間為0.5-3h。

23、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(3)中，所述混合的溫度為10-40℃。

24、在本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種儲(chǔ)氫裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述儲(chǔ)氫裝置包括以上實(shí)施例所述的濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系或以上實(shí)施例所述的方法制備得到的濕法纏繞的環(huán)氧樹(shù)脂體系。由此，在充放氣的循環(huán)過(guò)程中或加注氣體的過(guò)程中，保證了儲(chǔ)氫裝置具有良好的尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了儲(chǔ)氫裝置運(yùn)輸儲(chǔ)藏的安全性，且顯著降低了儲(chǔ)氫裝置的復(fù)合材料層出現(xiàn)裂紋的概率。

25、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。