一种复合材料容器制造技术

本实用新型专利技术公开一种复合材料容器，包括：一内胆，该内胆用于存储高压气体；一连续纤维，该连续纤维按一预定角度缠绕于该内胆外表面形成至少一层复合材料层；一添加物，该添加物位于该复合材料层的层间和/或内表面和/或外表面，用于防止该复合材料层沿纤维方向开裂。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种复合材料容器，包括：一内胆，该内胆用于存储高压气体；一连续纤维，该连续纤维按一预定角度缠绕于该内胆外表面形成至少一层复合材料层；一添加物，该添加物位于该复合材料层的层间和/或内表面和/或外表面，用于防止该复合材料层沿纤维方向开裂。【专利说明】一种复合材料容器
本技术涉及一种气体运输技术，尤其涉及一种复合材料容器。
技术介绍
现有技术中针对天然气、氢气、氦气等气体的运输，主要是通过提高存储压力的方 式来实现运输。随着气体工业的发展，对气体存储运输容器（气瓶）的压力需求也在不断 提_。 现有技术中所生产的高压复合容器（气瓶），其内胆通常为金属材料制成。为了增 加复合容器（气瓶）的容积和承压力，通常的做法是用高压无缝金属管采用端头旋压缩颈 方法加工成内胆，并在内胆的外表面缠绕一层高强度纤维材料，利用高强度纤维材料的拉 力来增强内胆的承压力。现有技术中，由于采用纤维缠绕成型工艺成型的表面具有复合材 料层的容器（气瓶）不可避免在施压后会出现沿着纤维方向的开裂或龟裂。随着使用次数 的增加和特定环境的影响，这些开裂或龟裂会有扩展的趋势，严重的更会使整个复合材料 层开裂。 有鉴于此，现有技术中急需要一种新的技术能有效减少或消除复合材料层的开 裂。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺陷，本技术提供一种减少甚至消除复合材料层 开裂的复合材料容器及其复合材料层的成型方法。 为了实现上述技术目的，本技术公开一种复合材料容器，包括：一内胆， 该内胆用于存储气体；一连续纤维，该连续纤维按一预定角度缠绕于该内胆外表面形成至 少一层复合材料层；一添加物，该添加物位于该复合材料层的层间和/或内表面和/或外表 面，用于防止该复合材料层开裂。 更进一步地，该添加物位于两层复合材料层之间。 更进一步地，该添加物为织物或非织物。 更进一步地，该添加物的形状为纤维状、片状、絮状、块状。 更进一步地，该添加物由金属或非金属材料制成。 更进一步地，该添加物由纤维类材料组成。 更进一步地，该纤维类材料由以下材料中的一种或多种组成：碳纤维、玻璃纤维、 芳纶纤维、聚酯纤维、金属纤维。 更进一步地，该连续纤维沿环向缠绕该内胆外表面。 更进一步地，该连续纤维沿螺旋状缠绕该内胆外表面。 更进一步地，该添加物沿与该环向垂直的方向铺敷。 与现有技术相比较，本技术所提供的复合材料容器及其复合材料层的成型技 术，在容器缠绕复合材料层内部起纵向（轴向）补强作用，可有效防止复合材料开裂或龟裂 的产生；同时可以有效防止容器长期使用过程中缠绕复合材料层表面沿纤维缠绕的方向开 裂或龟裂的延伸。这在一定程度上稳定了容器的性能，从而提高了容器在使用过程中的安 全性。 【专利附图】【附图说明】 关于本技术的优点与精神可以通过以下的技术详述及所附图式得到进 一步的了解。 图1是本技术所涉及的复合材料容器的结构示意图； 图2是本技术所涉及的复合材料容器的局部放大示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图详细说明本技术的具体实施例。 由于现有采用纤维环向缠绕成型工艺成型的复合材料容器（或称气瓶），由于内 置的金属内胆和金属内胆的外表面所缠绕的复合材料层彼此间的收缩率不一致。气瓶在反 复充装的过程中，气瓶的长度会有延伸，由于金属材料的延展性明显强于复合材料的延展 性，因此在气瓶反复重装的过程中，金属延伸的长度远远超过复合材料延伸的长度，这样就 会造成复合材料表面层的环向开裂。因此在施压后会出现沿着纤维方向的开裂或龟裂，随 着使用次数的增加和特定环境的影响，这些开裂或龟裂会有扩展的趋势，严重的会使整个 复合材料层开裂。因此，本技术的目的在于提供一种复合材料容器及其复合材料层的 成型方法能有效抑制连续纤维层的开裂。 本技术根据力学分析计算纤维环向缠绕时与其匹配的纵向力，在复合材料层 成型过程中将此增强技术应用其中，实现容器在施压受力过程中，当气瓶的复合材料层沿 纤维方向开裂时，提供一个与开裂方向相垂直的拉力，从而改善表面的开裂现象以及长期 的开裂延伸现象。 如图1所示，图1是本技术所涉及的复合材料容器的结构示意图。该复合材料 容器可以是用于容纳高压气体的瓶子，也可以是容纳高压气体、液体、固体的管道。图1是 本技术的其中一种实施方式，该实施方式中该容器2优质无缝钢管制成，钢管的两端 采用端头旋压缩颈方法加工为两个瓶口 3。瓶口 3内置螺纹用于固定前端塞和后端塞。其 中前端塞上设置进气出气阀门，后端塞上设置一安全泄放装置（图中未示出）。在另一实施 方式中，该钢瓶也可以仅包含一个端口。 该钢瓶2的外表面上包括一复合材料层1。复合材料层1通常有连续纤维沿环向 (a方向）绕制而成。复合材料层1可以仅覆盖钢瓶2的部分表面，也可以覆盖钢瓶2的全 部表面，包括瓶口 3的外表面一律覆盖。图1所不出的复合材料容器是一种典型的环向缠 绕式的复合材料容器。环向缠绕的特点在于连续纤维的绕制角度与气瓶的轴向（b方向） 几乎垂直。环向缠绕的气瓶容易出现的技术问题在于，当瓶内充满高压气体时，由于金属内 胆和复合材料层两者的收视率不一致，导致复合材料层出现环向（a方向）的开裂。本实用 新型通过在纵向提供一个补偿力，以克服环向开裂。 在另一种实施方式中，复合材料容器采用全缠绕或大角度缠绕方式。当采用全缠 绕或大角度缠绕的时候，在沿连续纤维平行的方向会出现裂纹，根据本技术所提供的 技术方案，需要在与连续纤维垂直的角度提供一个补偿力，以克服开裂。 如图2所示，图2是本技术所涉及的复合材料容器的局部放大示意图。与现 有技术不一致的是，本技术所提供的复合材料层1除了包括连续纤维10外，还包括一 添加物11。这是为了在复合材料层成型过程中增加一个与环向拉力相匹配的纵向（图1中 的b方向）力。用以实现容器在施压受力过程中，给于环向开裂一个纵向拉力，从而改善表 面的开裂现象以及长期的开裂延伸现象。 在一种较佳的实施例中，连续纤维10和添加物11是连续成型的，即一层连续纤维 10上面或下面覆盖一层添加物11。添加物11可以是织物也可以是非织物。其中织物是指 由两条以上的织线交叉和绕结后形成的材料。添加物11可以是纤维状物，可以是絮状物， 也可以是块状物、片状物。如果是纤维状物，则该添加物11的排列方向沿纵向平行或与纵 向呈一定角度延伸。 添加物11可以由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、金属纤维制成。碳纤维 (carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。 它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的 微晶石墨材料。碳纤维包括但不限于为聚丙烯腈基碳纤维、浙青基碳纤维、粘胶基碳纤维、 酚醒基碳纤维、气相生长碳纤维。玻璃纤维（glass fiber或fiberglass)是指成分为二氧 化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺形成 的材料。玻璃纤维包括但不限于无碱玻璃纤维、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料容器，其特征在于，包括： 一内胆，所述内胆用于存储气体； 一连续纤维，所述连续纤维按一预定角度缠绕于所述内胆外表面形成至少一层复合材料层； 一添加物，所述添加物位于所述复合材料层的层间和/或内表面和/或外表面，用于防止所述复合材料层开裂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明高，匡欢，李美林，张宏，
申请(专利权)人：中材科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32