含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法，其中，含粘结层的复合材料压力容器制造方法包含以下步骤：步骤S1：对金属内衬的外表面进行表面处理；步骤S2：在金属内衬的外表面敷设粘结层；步骤S3：将纤维复合层缠绕在粘结层上；步骤S4：对粘结层与纤维复合层进行共固化。本发明专利技术可大大提高复合材料压力容器中薄壁金属内衬的刚度，提高复合材料压力容器整体的循环疲劳寿命和可靠性。

Composite pressure vessel with adhesive layer and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法
本专利技术涉及航天器领域，具体地，涉及一种含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法。
技术介绍
为了不断满足航天动力系统对金属内衬/纤维缠绕复合材料压力容器(以下简称COPVs)提出的轻量化要求，在不断应用高性能纤维缠绕材料提高COPVs的应力断裂寿命和减轻结构质量的同时，还需采取有效措施提高COPVs的损伤容限寿命即安全寿命，以提高COPVs的可靠性和安全性。在合理控制金属内衬应力应变水平和保证COPVs强度和疲劳性能技术指标的前提下，金属内衬壁厚的降低可有效提高复合材料压力容器的结构效率，减小COPVs的结构质量。以铝合金内衬COPVs为例，铝合金内衬的质量约占整个COPVs质量的1/3以上，且铝合金内衬壁厚每减薄0.1mm，COPVs的质量减小3％～6％。因此，为实现减重目的，世界各国争先开展超薄金属内衬的研制工作。但是，薄壁金属内衬由于结构刚度很小，导致其在后续的纤维缠绕、热固化、液压自紧、试验和使用等过程中极易发生失稳或屈曲失效，进而大大降低了COPVs的循环疲劳性能，严重影响容器的安全寿命。在COPVs内衬的壁厚直径比(δ/D)较大的情况下，内衬刚度较好，在纤维缠绕、固化、自紧、试验和使用等过程中不易发生失稳或屈曲失效现象，但限制了COPVs结构效率的提高空间。随着航天COPVs轻质化的发展需要，金属内衬壁厚直径比将大幅度减小，内衬刚度变差，将面临在纤维缠绕、固化、自紧、试验和使用等过程中的失稳或屈曲失效问题，危及容器的可靠性和安全性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种含粘结层的复合材料压力容器及其制造方法。根据本专利技术提供的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，包含以下步骤：步骤S1：对金属内衬的外表面进行表面处理；步骤S2：在金属内衬的外表面敷设粘结层；步骤S3：将纤维复合层缠绕在粘结层上；步骤S4：对粘结层与纤维复合层进行共固化。优选地，所述步骤S1包含以下任一个或任多个步骤：化学铣切步骤：对金属内衬的外表面进行化学铣切；逐层打磨步骤：采用不同号的砂轮对金属内衬的外表面进行逐层机械打磨；化学氧化处理步骤：对金属内衬的外表面进行化学氧化处理。优选地，所述化学氧化处理步骤中，化学氧化处理液的质量配比为：重铬酸钾：浓硫酸：水＝1:10:30。优选地，所述步骤S2中，所述粘结层呈固态胶膜性状，其厚度在0.1～0.4mm之间；粘结层在敷设前其两面均用防粘隔离纸隔开，并在-18℃以下低温贮存。优选地，所述步骤S2中，按金属内衬外表面尺寸裁剪粘结层，圆筒段裁剪成长方形，球形封头和椭球封头裁剪成花瓣形；揭掉粘结层一面的防粘隔离纸，将粘结层铺贴于经表面处理的金属内衬外表面，铺贴过程中使用刮板排除裹进的气泡；如果粘结层与金属内衬外表面粘贴不实，用电吹风边加热边贴合；贴实粘结层后，揭掉粘结层另一面的防粘隔离纸。优选地，所述步骤S3中，在已铺贴完粘结层的金属内衬外表面，采用湿法缠绕法制备纤维复合层。优选地，所述步骤S4中，所述粘结层的固化温度在90℃～140℃之间。优选地，步骤S4中，对缠绕结束的复合材料压力容器进行固化，固化制度为：步骤S4.1：温度60℃，时间3h；步骤S4.2：温度90℃，时间3h；步骤S4.3：温度140℃，时间4h。优选地，所述步骤S4中，所述粘结层固化后的拉伸剪切强度≥25MPa，90°剥离强度≥6.0N/mm，电阻值≥20MΩ，适用使用温度范围为-55℃～70℃。本专利技术还提供了一种使用上述的含粘结层的复合材料压力容器制造方法制造得到的复合材料压力容器，包含依次布置的金属内衬、粘结层以及纤维复合层；粘结层与纤维复合层共固化成型。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术可大大提高复合材料压力容器中薄壁金属内衬的刚度，提高复合材料压力容器整体的循环疲劳寿命和可靠性。2、本专利技术解决薄壁金属内衬在缠绕、热固化、液压自紧、试验和使用等过程中极易发生失稳或屈曲失效的问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为含粘结层的复合材料压力容器结构示意图；图2为含粘结层的复合材料压力容器制造方法流程图。图中示出：金属内衬1；粘结层2；纤维复合层3。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。如图2所示，本专利技术提供的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，包含以下步骤：步骤S1：对金属内衬1的外表面进行表面处理；步骤S2：在金属内衬1的外表面敷设粘结层2；步骤S3：将纤维复合层3缠绕在粘结层2上；步骤S4：对粘结层2与纤维复合层3进行共固化。所述步骤S1包含以下任一个或任多个步骤：化学铣切步骤：对金属内衬1的外表面进行化学铣切；逐层打磨步骤：采用不同号的砂轮对金属内衬1的外表面进行逐层机械打磨，直到满足壁厚和表面粗糙度要求为止；化学氧化处理步骤：对金属内衬1的外表面进行化学氧化处理。优选地所述化学氧化处理步骤中，化学氧化处理液的质量配比为：重铬酸钾：浓硫酸：水＝1:10:30。所述步骤S2中，所述粘结层2呈固态胶膜性状，其厚度在0.1～0.4mm之间；粘结层2在敷设前其两面均用防粘隔离纸隔开，并在-18℃以下低温贮存。所述步骤S2中，按金属内衬1外表面尺寸裁剪粘结层2，圆筒段裁剪成长方形，球形封头和椭球封头裁剪成花瓣形；揭掉粘结层2一面的防粘隔离纸，将粘结层2铺贴于经表面处理的金属内衬1外表面，铺贴过程中使用刮板排除裹进的气泡；如果粘结层2与金属内衬1外表面粘贴不实，用电吹风边加热边贴合；贴实粘结层2后，揭掉粘结层2另一面的防粘隔离纸。所述步骤S3中，在已铺贴完粘结层2的金属内衬1外表面，采用湿法缠绕法制备纤维复合层3。优选地，采用湿法缠绕纵向螺旋纤维和环向纤维以制备纤维复合层3。所述步骤S4中，所述粘结层2的固化温度在90℃～140℃之间，以适应纤维复合层3的固化制度，实现共固化。步骤S4中，对缠绕结束的复合材料压力容器进行固化，固化制度为60℃3h→90℃3h→140℃4h，即步骤S4包含以下步骤：步骤S4.1：处理温度60℃，时间3h；步骤S4.2：处理温度90℃，时间3h；步骤S4.3：处理温度140℃，时间4h。所述步骤S4中，所述粘结层2固化后的拉伸剪切强度≥25MPa，90°剥离强度≥6.0N/mm，电阻值≥20MΩ，适用使用温度范围为-55℃～70℃。本专利技术还提供了一种使用上述的含粘结层的复合材料压力容器制造方法制造得到的复合材料压力容器，如图1所示，复合材料压力容器包含依次布置的金属内衬1、粘结层2以及纤维复合层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含粘结层的复合材料压力容器制造方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1：对金属内衬(1)的外表面进行表面处理；步骤S2：在金属内衬(1)的外表面敷设粘结层(2)；步骤S3：将纤维复合层(3)缠绕在粘结层(2)上；步骤S4：对粘结层(2)与纤维复合层(3)进行共固化。

【技术特征摘要】
1.一种含粘结层的复合材料压力容器制造方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1：对金属内衬(1)的外表面进行表面处理；步骤S2：在金属内衬(1)的外表面敷设粘结层(2)；步骤S3：将纤维复合层(3)缠绕在粘结层(2)上；步骤S4：对粘结层(2)与纤维复合层(3)进行共固化。2.根据权利要求1所述的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，其特征在于，所述步骤S1包含以下任一个或任多个步骤：化学铣切步骤：对金属内衬(1)的外表面进行化学铣切；逐层打磨步骤：采用不同号的砂轮对金属内衬(1)的外表面进行逐层机械打磨；化学氧化处理步骤：对金属内衬(1)的外表面进行化学氧化处理。3.根据权利要求2所述的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，其特征在于，所述化学氧化处理步骤中，化学氧化处理液的质量配比为：重铬酸钾：浓硫酸：水＝1:10:30。4.根据权利要求1所述的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述粘结层(2)呈固态胶膜性状，其厚度在0.1～0.4mm之间；粘结层(2)在敷设前其两面均用防粘隔离纸隔开，并在-18℃以下低温贮存。5.根据权利要求4所述的含粘结层的复合材料压力容器制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，按金属内衬(1)外表面尺寸裁剪粘结层(2)，圆筒段裁剪成长方形，球形封头和椭球封头裁剪成花瓣形；揭掉粘结层(2)一面的防粘隔离纸，将粘结层(2)铺贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，晏飞，陈军军，戴佳，沈俊，王婷婷，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31