一种储氢瓶的纤维固化成型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种储氢瓶的纤维固化成型装置及方法，包括如下步骤：将碳纤维丝束通过张紧轮张紧后，进入树脂液中浸渍，浸渍完成的碳纤维再次经过张紧轮张紧后，通过自动缠绕装置在旋转的内胆上缠绕；每缠绕完一层，均使用曲面红外加热灯对其进行加热处理，加热温度为300

【技术实现步骤摘要】
一种储氢瓶的纤维固化成型装置及方法


[0001]本专利技术属于储氢瓶制备
，具体涉及一种储氢瓶的纤维固化成型装置及方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]目前的IV型储气瓶尤其是储氢瓶，储氢瓶其结构是内部为塑料材质的内胆，外部由碳纤维缠绕层组成，其中外部碳纤维层为主要的承力构件。储氢瓶使用过程中要进行上千万次的充放气循环，塑料内胆的压力循环变化很大，这必然会导致储氢瓶的疲劳损伤。充气过程中，储氢瓶的内部压力陡升，外部纤维层在在高压下会导致纤维产生损伤、断裂，以及纤维层之间的层间剥离等损伤。塑料内胆作为阻隔氢气的屏障，在高压状态下也存在发生爆炸的风险；放气过程中，储氢瓶由高压迅速变为低压状态，此种状态下塑料内胆和纤维层会发生收缩和屈曲现象，长时间使用后，最终导致储氢瓶的坍塌发生。因此，在充放气过程中，要提高碳纤维层与内胆表面材料和外部纤维层之间的粘结性，并提升外部纤维层的承力能力，保护储氢瓶内部的塑料内胆。现有技术中已经采用研发采用高性能碳纤维对内胆进行加固，但是专利技术人经过试验发现，仅提升碳纤维的强度，无法提高碳纤维层与内胆之间以及碳纤维之间的粘结性，进而无法真正保护内胆，进而难以保证储氢瓶的质量。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种储氢瓶的纤维固化成型装置及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种储氢瓶的纤维固化成型装置，包括放丝架、张紧轮组件、树脂浴、自动缠绕装置、内胆旋转装置和曲面红外加热灯，碳纤维卷放于放丝架上，碳纤维丝束经过张紧轮张紧后，在导向轮的导向作用下浸渍在树脂浴中，然后通过自动缠绕装置缠绕在不断旋转的内胆上；
[0007]曲面红外加热灯位于缠绕有预浸料的内胆外侧，曲面红外加热灯的加热面形状与内胆的外壁轮廓相适应。
[0008]为便于储氢瓶的装拆和表面纤维层的受热均匀，曲面红外加热的灯罩形状的设计外形与储氢瓶的外部直筒部分、过度部分和弧顶部分的形状相近。
[0009]在一些实施例中，还包括立柱，立柱的上段和下段之间通过旋转轴连接，上段上设置有若干卡扣结构，若干卡扣结构自上而下间隔设定距离排列，所述曲面红外加热灯通过支架可拆卸安装于所述上段上。
[0010]上段与下段之间通过旋转轴连接，用于实现立柱上段的横向旋转，当不需要曲面红外加热灯时，旋转立柱上段，将曲面红外加热灯旋至一侧，避免影响内胆的取放和缠绕碳纤维丝束。
[0011]曲面红外加热灯通过支架卡合固定在立柱的不同高度处，可以对曲面红外加热灯的加热温度等进行调节。
[0012]优选的，相邻卡扣结构之间的间距为3
‑
10cm。
[0013]在一些实施例中，导向轮位于树脂浴中。便于将碳纤维丝束导向至树脂浴中浸渍树脂。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种储氢瓶的纤维固化成型方法，包括如下步骤：将碳纤维丝束通过张紧轮张紧后，进入树脂液中浸渍，浸渍完成的碳纤维再次经过张紧轮张紧后，通过自动缠绕装置在旋转的内胆上缠绕；
[0015]每缠绕完一层，均使用曲面红外加热灯对其进行加热处理，加热温度为300
‑
400℃，加热时间为10
‑
30s，使树脂熔融，将碳纤维与内胆之间、碳纤维与碳纤维之间进行粘结；再自然冷却使树脂进行再结晶固化。
[0016]碳纤维丝束浸渍树脂液后，在输送和通过自动缠绕装置在内胆上缠绕的过程中，浸渍的树脂液会在一定程度上降温、凝固，影响碳纤维与内胆之间以及碳纤维与碳纤维之间的粘结牢固性。
[0017]所以，本专利技术中，每缠绕一层预浸料后，采用曲面红外加热灯对缠绕的预浸料进行均匀加热，在曲面红外加热灯产生的温度场作用下，其温度会达到较高温度，如高于300℃，在该温度场下，可达到热塑性树脂的熔化温度，但是该温度下并不会达到碳纤维的熔化温度(熔化温度为3500℃)，因此，该温度下可以使得塑料内胆表面材料与纤维层树脂材料进行熔化粘结，进而提高内胆与碳纤维加固层的一体化程度，提高对内胆的加固效果，有效解决了IV型储氢瓶在高频次充放气所产生的碳纤维层间剥离、纤维断裂和塑料内胆屈曲失稳失效的问题。
[0018]在一些实施例中，每缠绕完一层碳纤维预浸料后，采用曲面红外加热灯对内胆进行加热，曲面红外加热灯与内胆之间的距离为10
‑
20cm。
[0019]在一些实施例中，碳纤维预浸料在内胆表面缠绕完毕、固化后，将曲面红外加热灯通过支架卡合固定在立柱的高处。便于将储氢瓶从旋转装置上取下。
[0020]在一些实施例中，树脂浴的温度为220
‑
300℃，温度可按照树脂的不同进行选择。
[0021]在一些实施例中，最后一层预浸料缠绕在内胆上后，先对缠绕后的储氢瓶进行质量检验，检验合格后再进行外表面的处理，如涂层和耐腐蚀处理，最后进行后续的验证试验。
[0022]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0023]利用曲面红外线加热灯对碳纤维和浸润树脂进行热处理，解决了塑料内胆与纤维层，纤维层与纤维层之间(内胆材料与增强树脂材料相同)的粘结开裂问题，有效解决了IV型储氢瓶在高频次充放气所产生的碳纤维层间剥离、纤维断裂和塑料内胆屈曲失稳失效的问题，解决了高频次充放气过程后难以健康监测问题，可降低生产成本，提升其设计灵活性，实现IV型储氢瓶的批量生产。
[0024]本专利技术的成型工艺下碳纤维增强树脂与内胆之间是紧密连接的，当内胆出现屈曲现象和塌陷时，储氢瓶整体都会产生相应现象，进而便于及时观察或者通过检测仪器检测出来。
[0025]当采用两种不同纤维进行缠绕时，由于纤维的增强树脂是一致的，使用曲面红外
加热灯对其进行热处理，可使得增强树脂发生熔融再结晶的现象，从而使得两种纤维层之间的粘结性增强。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1是本专利技术实施例的储氢瓶纤维缠绕装置结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例的缠绕预浸料后的表面热处理装置的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术实施例的纤维预浸料缠绕完毕后示意图；
[0030]图4是本专利技术实施例的卡扣结构的结构示意图；
[0031]图5是本专利技术实施例中制备的储氢瓶的轴向剖视图结构示意图；
[0032]图6是本专利技术实施例中制备的储氢瓶的沿横截面方向剖视图的结构示意图。
[0033]其中，1、碳纤维，2、张紧轮，3、导向轮，4、自动缠绕装置，5、内胆，6、内胆旋转装置，7、树脂浴，8、加热装置，9、曲面红外加热灯，10、支架，11、卡扣结构，12、立柱，13、旋转轴。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储氢瓶的纤维固化成型装置，其特征在于：包括放丝架、张紧轮组件、树脂浴、自动缠绕装置、内胆旋转装置和曲面红外加热灯，碳纤维卷放于放丝架上，碳纤维丝束经过张紧轮张紧后，在导向轮的导向作用下浸渍在树脂浴中，然后通过自动缠绕装置缠绕在不断旋转的内胆上；曲面红外加热灯位于缠绕有预浸料的内胆外侧，曲面红外加热灯的加热面形状与内胆的外壁轮廓相适应。2.根据权利要求1所述的储氢瓶的纤维固化成型装置，其特征在于：还包括立柱，立柱的上段和下段之间通过旋转轴连接，上段上设置有若干卡扣结构，若干卡扣结构自上而下间隔设定距离排列，所述曲面红外加热灯通过支架可拆卸安装于所述上段上。3.根据权利要求2所述的储氢瓶的纤维固化成型装置，其特征在于：相邻卡扣结构之间的间距为3
‑
10cm。4.根据权利要求3所述的储氢瓶的纤维固化成型装置，其特征在于：相邻卡扣结构之间的间距为3
‑
6cm。5.根据权利要求1所述的储氢瓶的纤维固化成型装置，其特征在于：导向轮位于树脂浴中。便于将碳纤维丝束导向至树脂浴中浸渍树脂。6.采用权利要求1
‑
5任一所述储氢瓶的纤维固化成型装置进行的储氢瓶的纤维固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：史磊，李福海，何佳捷，赵英男，吕淑扬，尹高冲，邓文超，
申请(专利权)人：中车成型科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：