【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纤维缠绕压力容器及制备方法，属于气体容器制造。
技术介绍
1、压力容器是存储和运输气体或液体的一种介质，广泛应用于石油、化工、医学、航空航天、轨道交通、汽车等行业。但传统的金属容器存在重量较大、易腐蚀、易受外力影响等缺陷。因此，非金属内胆全缠绕压力容器成为目前压力容器的研究热点，其以其优越的性能和广泛的应用范围而备受关注。
2、缠绕工艺是制造非金属内胆全缠绕压力容器的技术核心。该工艺采用纤维材料（如碳纤维、玻璃纤维等）缠绕在内胆表面，加以树脂基胶粘合，最终成型。该工艺具有制造简便、重量轻、耐腐蚀等优点，非常适合于制造高强度、轻质的压力容器。
3、但目前全缠绕压力容器存在因内胆的尺寸变化而导致的产品形变，非金属缠绕压力容器界面呈现椭圆形状态，肩部厚度最薄、强度最低，易出现裂纹和尺寸的收缩，需依靠铺层的设计和缠绕层数的增加达到使用要求，材料使用会有部分强度冗余，造成材料浪费，增加生产成本。
4、现有中国公开申请cn115401817a一种塑料内胆局部补强的复合ⅳ型气瓶及其制备方法，该申请公开了技术方案包括“对塑料内胆特定部位进行活化处理，然后在该部位铺贴补强片，得到补强塑料内胆…补强片为碳纤维增强环氧预浸料，其形状为平行四边形、三角形、梯形中的至少一种。”该申请公开了利用补强片作为肩部加强结构，对内胆较为薄弱的肩部结构进行强化，这种方式类似于胶盆或桶的早期常见的打补丁，将内胆表面通过火焰喷烤使其变软，也就是活化，再将补强片贴合在活化后的区域，这种方式首先对内胆结构具有一定的破坏性
5、因此，需要一种能在不破坏瓶体自身结构的前提下够使瓶体肩部强度增加，且减少所缠绕的纤维数量，降低生产成本的压力容器及其制备方法。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种纤维缠绕压力容器及制备方法，通过在容器肩部强度薄弱的区域通过碳纤维织物的补强，进行局部的加强，相比较传统缠绕层次结构和方式，节省了容器缠绕所需要的纤维用量，且能达到预期的效果，降低容器重量，减少纤维用料，降低制作工时，提高生产效率以及容器的使用寿命。
2、技术方案：一种纤维缠绕压力容器，包括容器和缠绕在容器外侧的复合纤维层，所述复合纤维层包括径向缠绕纤维层和轴向缠绕纤维层，所述径向缠绕纤维层缠绕在容器直线段，所述轴向缠绕纤维层缠绕在包括容器直线段和容器肩部，所述复合纤维层还包括贴合在容器肩部的碳纤维织物层，所述径向缠绕纤维层、轴向缠绕纤维层和碳纤维织物层交替设置且均设置至少一层，所述碳纤维织物层设置在径向缠绕纤维层上下任意一侧且碳纤维织物层边缘部分与径向缠绕纤维层边缘部分搭接重叠。
3、本专利技术通过设置碳纤维织物层，在纤维缠绕过程中用粘结剂贴合在容器肩部，对容器最容易发生形变的部位进行补强，相比较传统的缠绕工艺，能够减少轴向缠绕纤维层的缠绕层数，节省纤维材料的使用，缩减缠绕工艺所耗费的时间，大大提升了产品的生产效益；碳纤维织物层与径向缠绕纤维层搭接重叠，使连接部分能够提供碳纤维材料的强度支持，而非粘结剂的强度，同时由于径向缠绕纤维层是缠绕在容器直线段，碳纤维织物层的搭接能够同时对容器肩部和直线段起到加强作用。
4、所述径向缠绕纤维层设置为至少2层，包括第一径向缠绕纤维层和第二径向缠绕纤维层；
5、所述轴向缠绕纤维层设置为至少2层，包括第一轴向缠绕纤维层和第二轴向缠绕纤维层；
6、所述碳纤维织物层设置为至少2层，包括第一碳纤维织物层和第二碳纤维织物层；
7、所述第一碳纤维织物层覆盖容器肩部且与第一径向缠绕纤维层边缘部分搭接重叠；所述第二碳纤维织物层覆盖容器肩部且与第二径向缠绕纤维层边缘部分搭接重叠。
8、当容器要求的强度更高时，需要进行多层缠绕形成强度更高的复合纤维层，本专利技术中的层所代表的为缠绕工艺中相邻缠绕层如果为相同缠绕方式，则合并视为一个整的纤维层，2层所指代的是间隔有其他缠绕方式的2个整的相同缠绕方式的纤维层；在制造需要多层纤维缠绕的容器时，按最初缠绕顺序重复缠绕工作直到达到该容器所需要达到的缠绕厚度即可。
9、所述第一碳纤维织物层和第二碳纤维织物层展开后为至少一个带开口的扇形结构，开口大小根据容器肩部尺寸变化，贴合在容器肩部后，开口处边缘相互搭接重叠构成弧面将整个容器肩部覆盖，且搭接重叠的部分宽度为4mm~6mm。
10、扇形结构更加贴合容器肩部的弧面，开口处贴合时搭接重叠，使开口处具有碳纤维织物的材料所提供的强度支持，同时，碳纤维织物具有较好的柔韧性，在外层的纤维层缠绕后搭接重叠部分会被压紧且不会隆起，保障开口处搭接强度的同时不影响容器整体的纤维缠绕工艺。
11、任意所述碳纤维织物层包括两片组合拼接的碳纤维织物单体，两片所述碳纤维织物单体开口处以及边缘搭接重叠的宽度均为4mm~6mm。
12、为了使加工更加便捷，将碳纤维织物层设置为两个拼接构成一个完整弧面的碳纤维织物单体，在贴合作业时能够更快的贴合，相对于单片的碳纤维织物层，两片组合的形式出现褶皱的概率更小，边缘处同样搭接重叠保障连接处的强度。
13、所述第二碳纤维织物层展开后的面积大于第一碳纤维织物层展开后的面积，所述第二碳纤维织物层安装后覆盖第一碳纤维织物层与容器肩部以及第一径向缠绕纤维层搭接重叠处。
14、在进行第二层的碳纤维织物层的贴附作业时，外层的第二碳纤维织物层覆盖相邻内层的第一碳纤维织物层的边缘，使内层的第一碳纤维织物层具有更高的强度，边缘处的搭接重叠更加稳固。
15、所述第一碳纤维织物层与第一径向缠绕纤维层搭接重叠的部分长度为40mm~60mm。
16、为了保障最内层第一碳纤维织物层与第一径向缠绕纤维层搭接的有效性，搭接重叠部分长度达到至少40mm能够实现搭接后的稳定性在长时间使用后仍能提供较好的强度。
17、贴合后的所述第一碳纤维织物层和第二碳纤维织物层相邻的开口处间隔设置，且间隔距离大于等于20mm。
18、碳纤维织物层的开口处虽然搭接重叠，有足够的强度，但相对于一体的部分，搭接部分的强度会相对薄弱，因此在外层碳纤维织物层的贴合作业中，外层的开口与内层的开口要错开设置，间隔一定距离，确保相对薄弱的区域不会叠加，进一步提高了容器强度和肩部补强的效果。
19、所述第一碳纤维织物层和第二碳纤维织物层靠近瓶口的边缘与容器肩部极孔边缘之间的距离为25mm~45mm。
20、容器肩部极孔边缘是轴向缠绕过程中的交汇部分，该部分堆叠的纤维多且厚，因此在贴合碳纤维织物层时，为了避免出现褶皱，需要避开瓶口极孔部分一定距离，既保障了容器肩部的强度，同时也减少了褶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纤维缠绕压力容器，包括容器（1）和缠绕在容器（1）外侧的复合纤维层（2），所述复合纤维层（2）包括径向缠绕纤维层（21）和轴向缠绕纤维层（22），所述径向缠绕纤维层（21）缠绕在容器（1）直线段，所述轴向缠绕纤维层（22）缠绕在包括容器（1）直线段和容器（1）肩部，其特征在于：所述复合纤维层（2）还包括贴合在容器（1）肩部的碳纤维织物层（23），所述径向缠绕纤维层（21）、轴向缠绕纤维层（22）和碳纤维织物层（23）交替设置且均设置至少一层，所述碳纤维织物层（23）设置在径向缠绕纤维层（21）上下任意一侧且碳纤维织物层（23）边缘部分与径向缠绕纤维层（21）边缘部分搭接重叠。
2.根据权利要求1所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述径向缠绕纤维层（21）设置为至少2层，包括第一径向缠绕纤维层（211）和第二径向缠绕纤维层（212）；
3.根据权利要求2所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述第一碳纤维织物层（231）和第二碳纤维织物层（232）展开后为至少一个带开口的扇形结构，开口大小根据容器（1）肩部尺寸变化，贴合在容器（1）肩部后，开口处边缘
4.根据权利要求3所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：任意所述碳纤维织物层（23）包括两片组合拼接的碳纤维织物单体（233），两片所述碳纤维织物单体（233）开口处以及边缘搭接重叠的宽度均为4mm~6mm。
5.根据权利要求3所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述第二碳纤维织物层（232）展开后的面积大于第一碳纤维织物层（231）展开后的面积，所述第二碳纤维织物层（232）安装后覆盖第一碳纤维织物层（231）与容器（1）肩部以及第一径向缠绕纤维层（211）搭接重叠处。
6.根据权利要求2所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述第一碳纤维织物层（231）与第一径向缠绕纤维层（211）搭接重叠的部分长度为40mm~60mm。
7.根据权利要求3所述的纤维缠绕压力容器（1），其特征在于：贴合后的所述第一碳纤维织物层（231）和第二碳纤维织物层（232）相邻的开口处间隔设置，且间隔距离大于等于20mm。
8.根据权利要求2所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述第一碳纤维织物层（231）和第二碳纤维织物层（232）靠近瓶口的边缘与容器（1）肩部极孔边缘之间的距离为25mm~45mm。
9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的纤维缠绕压力容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的纤维缠绕压力容器的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种纤维缠绕压力容器，包括容器（1）和缠绕在容器（1）外侧的复合纤维层（2），所述复合纤维层（2）包括径向缠绕纤维层（21）和轴向缠绕纤维层（22），所述径向缠绕纤维层（21）缠绕在容器（1）直线段，所述轴向缠绕纤维层（22）缠绕在包括容器（1）直线段和容器（1）肩部，其特征在于：所述复合纤维层（2）还包括贴合在容器（1）肩部的碳纤维织物层（23），所述径向缠绕纤维层（21）、轴向缠绕纤维层（22）和碳纤维织物层（23）交替设置且均设置至少一层，所述碳纤维织物层（23）设置在径向缠绕纤维层（21）上下任意一侧且碳纤维织物层（23）边缘部分与径向缠绕纤维层（21）边缘部分搭接重叠。
2.根据权利要求1所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述径向缠绕纤维层（21）设置为至少2层，包括第一径向缠绕纤维层（211）和第二径向缠绕纤维层（212）；
3.根据权利要求2所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：所述第一碳纤维织物层（231）和第二碳纤维织物层（232）展开后为至少一个带开口的扇形结构，开口大小根据容器（1）肩部尺寸变化，贴合在容器（1）肩部后，开口处边缘相互搭接重叠构成弧面将整个容器（1）肩部覆盖，且搭接重叠的部分宽度为4mm~6mm。
4.根据权利要求3所述的纤维缠绕压力容器，其特征在于：任意所述碳纤维织物层（2...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨志威，陆峰，张旭，
申请(专利权)人：常州神鹰碳塑复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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