和實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化復(fù)合殼層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，采用工藝制作方法包括:
該方法基于經(jīng)旋壓成型并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鋼內(nèi)膽1為胎，包括對(duì)于瓶口、瓶肩、瓶體三部位分別借助熱固性樹脂實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)纖維的包絡(luò)、固化的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝，上述方法中使用的步驟包括:
步驟一、鋼內(nèi)膽1外表面處理:包括除油、凈化、防腐處理；
步驟二、在鋼內(nèi)膽1外表面上制作隔離內(nèi)層:
經(jīng)樹脂浸漬、并經(jīng)壓乳處理的玻璃纖維束，從瓶左端口處沿軸向螺旋往復(fù)式環(huán)繞在瓶左端口、瓶左肩、瓶體部、瓶右肩、瓶右端口之間，形成厚度為2-6_玻璃纖維隔離內(nèi)層1-1，步驟三、在隔離內(nèi)層上分段處理制作強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層1-2:
1)左、右端口強(qiáng)化復(fù)合層制作:經(jīng)浸漬樹脂、和壓乳成片狀的碳纖維束，在瓶左端口設(shè)計(jì)好的區(qū)域往復(fù)式螺旋纏繞、形成厚度為5-20_厚度的左端口強(qiáng)力復(fù)合層1-2-1，左端口強(qiáng)力復(fù)合層1-2-1端面距離瓶左肩5-15_形成變向方位槽1-2-3 ;借助變向方位槽1_2_3將碳纖維束導(dǎo)引至瓶右端口；用同樣的步驟對(duì)稱繞制對(duì)稱位置上的右端口強(qiáng)力復(fù)合層1~2~2 ；
2)左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層預(yù)制作:借助變向方位槽1-2-3的轉(zhuǎn)向設(shè)定碳纖維束的纏繞螺旋角變化增量實(shí)現(xiàn)左、右端口之間的往復(fù)式纏繞，達(dá)到對(duì)左、右瓶肩的全覆蓋、并使所形成的左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層1-2-4、1-2-5的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)厚度的70%-85% ;增強(qiáng)瓶肩部位的軸向承壓能力。
[0019]3)瓶體強(qiáng)化復(fù)合層的制作:借助于變向方位槽1-2-3實(shí)現(xiàn)瓶體端頭處反繞螺旋角的設(shè)定，在整個(gè)瓶體范圍實(shí)現(xiàn)螺旋角為48-65°的往復(fù)式纏繞，在形成瓶體強(qiáng)化復(fù)合層1-2-6設(shè)計(jì)厚度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層1-2-4、1-2-5的加厚；增強(qiáng)瓶肩部位的徑向承壓能力。
[0020]步驟四、在強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層外表面上制作保護(hù)層:
經(jīng)樹脂浸漬、并經(jīng)壓乳處理的玻璃纖維束，從瓶左端口處沿軸向螺旋往復(fù)式環(huán)繞在瓶左端口、瓶左肩、瓶體部、瓶右肩、瓶右端口之間，形成厚度為4-10mm玻璃纖維保護(hù)外層1-3 ；
步驟五、將纏繞好復(fù)合層的鋼內(nèi)膽1置入固化爐中烘干、固化，整形處理。
[0021]在步驟三中，在鋼內(nèi)膽1瓶肩和瓶體交接部位鋪放由單向纖維布浸漬纖維膠液預(yù)制而成的纖維補(bǔ)強(qiáng)層。纖維補(bǔ)強(qiáng)層增強(qiáng)瓶肩屈服薄弱點(diǎn)的承壓能力。
[0022]在步驟三中，在鋼內(nèi)膽1瓶肩和瓶口交接部位鋪放由單向纖維布浸漬纖維膠液預(yù)制而成的纖維補(bǔ)強(qiáng)層。纖維補(bǔ)強(qiáng)層增強(qiáng)瓶肩屈服薄弱點(diǎn)的承壓能力。
[0023]在步驟三中，強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層1-2的纏繞厚度為30-80mm，并在強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層1-2纏繞過程中厚度過半時(shí)，將鋼內(nèi)膽1置入固化爐內(nèi)，采用80-100°的爐溫進(jìn)行預(yù)固化處理，預(yù)固化程度以膠液出現(xiàn)凝膠狀態(tài)為止。
[0024]在步驟三中，強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層1-2的纏繞過程中噴涂短碳纖維或晶須。增強(qiáng)瓶身的強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層1-2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗彎曲、拉伸的能力。
[0025]在步驟五中固化爐中采用階梯固化處理方式，最高固化溫度在100-180°之間，處理時(shí)間為6~18h。
[0026]將采用上述纏繞制作方法生產(chǎn)完成的高壓儲(chǔ)氫容器按照ST1315-2013附頁(yè)《鋼內(nèi)膽全纏繞儲(chǔ)氫容器水壓試驗(yàn)爆破試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行水壓爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì):水；介質(zhì)溫度:5°C;環(huán)境溫度:9°C。試驗(yàn)結(jié)果:爆破壓力256MPa，容積變形率4% ;起爆位置在瓶體部位，內(nèi)膽斷口呈45°剪切唇的形貌，爆口兩側(cè)呈對(duì)稱倒“V”字型，爆破中無碎片產(chǎn)生；爆破口邊緣距氣瓶鋼印端瓶口端面700mm，爆破口長(zhǎng)度1000mm，寬度600mm ;爆破口厚度最小19.4mm，最大20.7_，具體形貌參見附圖7。以上結(jié)果表明:高壓儲(chǔ)氫容器爆破中未出現(xiàn)屈服點(diǎn)，強(qiáng)度符合要求。
[0027]以上結(jié)果表明:本實(shí)施例的爆破壓力為設(shè)計(jì)工作壓力92MPa的2.8倍，爆破中未出現(xiàn)屈服點(diǎn)。表明本發(fā)明的強(qiáng)化復(fù)合殼層結(jié)合鋼內(nèi)膽1是滿足設(shè)計(jì)需求的，并且為大容積高壓儲(chǔ)氫開辟了一條新道路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，該方法基于經(jīng)旋壓成型并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鋼內(nèi)膽(I)為胎，包括對(duì)于瓶口、瓶肩、瓶體三部位分別借助熱固性樹脂實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)纖維的包絡(luò)、固化的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝，其特征在于上述方法中使用的步驟包括: 步驟一、鋼內(nèi)膽(I)外表面處理:包括除油、凈化、防腐處理； 步驟二、在鋼內(nèi)膽(I)外表面上制作隔離內(nèi)層: 經(jīng)樹脂浸漬、并經(jīng)壓乳處理的玻璃纖維束，從瓶左端口處沿軸向螺旋往復(fù)式環(huán)繞在瓶左端口、瓶左肩、瓶體部、瓶右肩、瓶右端口之間，形成厚度為2-6mm玻璃纖維隔離內(nèi)層(1-1)， 步驟三、在隔離內(nèi)層上分段處理制作強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層: 1)左、右端口強(qiáng)化復(fù)合層制作:經(jīng)浸漬樹脂、和壓乳成片狀的碳纖維束，在瓶左端口設(shè)計(jì)好的區(qū)域往復(fù)式螺旋纏繞、形成厚度為5-20_厚度的左端口強(qiáng)力復(fù)合層(1-2-1)，左端口強(qiáng)力復(fù)合層(1-2-1)端面距離瓶左肩5-15_形成變向方位槽(1-2-3);借助變向方位槽(1-2-3)將碳纖維束導(dǎo)引至瓶右端口 ；用同樣的步驟對(duì)稱繞制對(duì)稱位置上的右端口強(qiáng)力復(fù)合層(1~2~2 )； 2)左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層預(yù)制作:借助變向方位槽(1-2-3)的轉(zhuǎn)向設(shè)定碳纖維束的纏繞螺旋角變化增量實(shí)現(xiàn)左、右端口之間的往復(fù)式纏繞，達(dá)到對(duì)左、右瓶肩的全覆蓋、并使所形成的左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層(1-2-4、1-2-5)的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)厚度的70%-85% ; 3)瓶體強(qiáng)化復(fù)合層的制作:借助于變向方位槽(1-2-3)實(shí)現(xiàn)瓶體端頭處反繞螺旋角的設(shè)定，在整個(gè)瓶體范圍實(shí)現(xiàn)螺旋角為48-65°的往復(fù)式纏繞，在形成瓶體強(qiáng)化復(fù)合層(1-2-6)設(shè)計(jì)厚度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層(1-2-4、1-2-5)的加厚； 步驟四、在強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層外表面上制作保護(hù)層: 經(jīng)樹脂浸漬、并經(jīng)壓乳處理的玻璃纖維束，從瓶左端口處沿軸向螺旋往復(fù)式環(huán)繞在瓶左端口、瓶左肩、瓶體部、瓶右肩、瓶右端口之間，形成厚度為4-10mm玻璃纖維保護(hù)外層(1_3)； 步驟五、將纏繞好復(fù)合層的鋼內(nèi)膽(I)置入固化爐中烘干、固化，整形處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，其特征在于:在步驟三中，在鋼內(nèi)膽(I)瓶肩和瓶體交接部位鋪放由單向纖維布浸漬纖維膠液預(yù)制而成的纖維補(bǔ)強(qiáng)層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，其特征在于:在步驟三中，在鋼內(nèi)膽(I)瓶肩和瓶口交接部位鋪放由單向纖維布浸漬纖維膠液預(yù)制而成的纖維補(bǔ)強(qiáng)層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，其特征在于:在步驟三中，強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層(1-2)的纏繞厚度為30-80mm，并在強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層(1-2)纏繞過程中厚度過半時(shí)，將鋼內(nèi)膽(I)置入固化爐內(nèi)，采用80-100°的爐溫進(jìn)行預(yù)固化處理，預(yù)固化程度以膠液出現(xiàn)凝膠狀態(tài)為止。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，其特征在于:在步驟三中，強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層(1-2)的纏繞過程中噴涂短碳纖維或晶須。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，其特征在于:在步驟五中固化爐中采用階梯固化處理方式，最高固化溫度在100-180°之間，處理時(shí) J8T9/￥WJK z/z P ^ ^ V Ν0εεεε90τ—Iδ
【專利摘要】一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器纏繞復(fù)合殼層的制作方法，屬于大容量高壓儲(chǔ)氣設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，該方法基于經(jīng)旋壓成型并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鋼內(nèi)膽為胎，包括對(duì)于瓶口、瓶肩、瓶體三部位分別借助熱固性樹脂實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)纖維的包絡(luò)、固化的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝，使用的步驟包括：鋼內(nèi)膽外表面處理，在鋼內(nèi)膽外表面上制作隔離內(nèi)層，在隔離內(nèi)層上分段處理制作強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層，在強(qiáng)力碳纖維復(fù)合層外表面上制作保護(hù)層，將纏繞好復(fù)合層的鋼內(nèi)膽置入固化爐中烘干、固化，整形處理。在鋼內(nèi)膽的瓶體、瓶肩、瓶口處全方位高強(qiáng)纖維纏繞強(qiáng)化，使儲(chǔ)氫容器工作壓力可達(dá)100MPa，容積達(dá)到500L以上要求。
【IPC分類】F17C1/06, B21D22/14
【公開號(hào)】CN105333302
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510619882
【發(fā)明人】張強(qiáng), 王紅霞, 李萌, 劉超, 胡龍飛, 潘曉娥
【申請(qǐng)人】石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日