一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐及其制作方法，包括塑料内胆、凸台和复合材料缠绕层；塑料内胆表面铺设或缠绕预浸编织纤维层，构成阻隔层；阻隔层的表面采用长丝缠绕构成结构层；阻隔层包括第一组碳纤维和第二组碳纤维；第一组碳纤维与所述第二组碳纤维之间采用交错碳纤维编织；本发明专利技术通过在塑料内胆和结构层之间，增加编织碳纤维和高延展性树脂构成的阻隔层，分担塑料内胆的缠绕轴和防渗漏功能以及分担外部结构纤维层载荷；通过阻隔层编织方式的设计可以控制阻隔层载荷的传递和分布，阻隔层碳纤维第一失效模式为由编织模式设计决定的负载超荷引起的碳纤维有序断裂而导致的撕裂，失效发生时内容气体将沿外层结构层孔隙发生泄露。

【技术实现步骤摘要】
一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐及其制作方法
本专利技术涉及储罐
，特别地是一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐及其制作方法。
技术介绍
我国现有储氢瓶，主要为35Mpa三型瓶。金属氢脆效应随储氢压力升高更显著，直接沿用现有三型瓶技术路线升级空间受到限制。采用塑料内胆缠绕的70Mpa四型瓶，具有耐腐蚀、重量轻、强度高度的特点，具有良好的发展前景。具有内胆的常规复合材料缠绕压力容器，其上的复合材料外层通常设计用于防止由于瓶体破裂而引起的结构破坏，而内胆则设计用于容纳封闭的流体。而这导致使压力容器的结构设计与其流体容纳的要求出现明显的脱钩。这会出现一以下三种实际的结果。首先，压力容器中的内胆在承受压力容器的内部压力负荷方面效率不高，这使得内胆成为容易重量增加的负担。第二，当压力过高时，常规具备内胆的压力容器的失效模式，实质上是整体结构壳体的灾难性爆破，而不是通过内胆的泄漏。然而，对于许多应用场景而言，在单独加压和循环加压下都需要实现在“爆裂前泄漏”的故障失效性能，因为它大大降低了压力容器发生破坏性破坏而导致人身伤害或死亡的可能性。为了解决上面提到的第一个问题，并且为了最小化复合材料压力容器的重量，期望减少内胆的质量，同时防止泄露。为了解决上面的第二个问题，并且为了将复合压力容器设计为对良性的“爆裂前泄漏”故障模式，希望减少内胆承担的结构功能，并明确结构失效原因；为此，本专利技术提供一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐结构及其制作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐结构及其制作方法，阻隔层可提供出色的阻隔性能和负载能力，使内胆质量大大降低；另一方面，阻隔层可以设计成具有可预测性的刚度和应变断裂性能，从而可以在阻隔纤维层和外部结构纤维层之间实现有效的结构载荷分担，并具有从应变到泄露的高度可预测性的泄漏失效响应。本专利技术通过以下技术方案实现的：一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐，包括塑料内胆、凸台和复合材料缠绕层；凸台位于瓶体的两端，与塑料内胆同轴，用于固定瓶阀接口和在复合材料缠绕过程中固定旋转轴；其中：所述塑料内胆表面铺设或缠绕预浸编织纤维层，构成阻隔层；所述阻隔层的表面采用长丝缠绕构成结构层；所述阻隔层包括第一组碳纤维和第二组碳纤维；所述第一组碳纤维与所述第二组碳纤维之间采用交错碳纤维编织，通过所述阻隔层编织方式的设计可以控制阻隔层载荷的传递和分布，阻隔层碳纤维第一失效模式为由编织模式设计决定的负载超荷引起的碳纤维有序断裂而导致的撕裂，失效发生时内容气体将沿外层结构层孔隙发生泄露。进一步地，所述阻隔层承担响应于内部增压而在储罐内产生的总载荷的预定比例，远高于所述塑料内胆所承受的比例。进一步地，所述第二组碳纤维的每条碳纤维以特定角度的张力角相交织于所述第一组碳纤维的一个或者多个碳纤维。进一步地，所述第二组碳纤维的每条碳纤维以一个或者多个角度的张力角相交织于所述第一组碳纤维的一个或者多个碳纤维。进一步地，所述结构层采用预浸丝或切割单向预浸带或湿法缠绕分为螺旋和倾斜层交替缠绕。进一步地，所述阻隔层树脂采用高延展性材料，在阻隔层碳纤维发生断裂失效前不应发生断裂。进一步地，所述阻隔层包括多于两组不同的碳纤维，不同碳纤维的角度和拉伸载荷相对可被调节，以实现对刚度和强度性能的多种影响。进一步地，所述阻隔层包括经编织碳纤维和纬编织碳纤维；所述经编织碳纤维与所述纬编织碳纤维之间采用平纹编织或斜纹编织。进一步地，一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐的制作方法，包括以下步骤：S1、通过等离子体表面处理等方法改善塑料内胆的表面张力；S2、在塑料内胆表面铺设或缠绕预浸编织纤维层，构成阻隔层，可以使用树脂传递模塑，真空辅助树脂传递模塑，碳纤维缠绕，碳纤维铺放或离心铸造来生产所述阻隔层，对所述阻隔层进行固化或最终缠绕完成后统一固化；S3、在阻隔层表面上采用长丝缠绕，构成结构层，结构层分为螺旋和倾斜层交替缠绕，可使用预浸丝、切割单向预浸带或湿法缠绕进行交替缠绕；S4、固化所述结构层形成复合结构储罐。进一步地，在所述步骤S3中，所述结构层的碳纤维和树脂与所述阻隔层具有良好的相容性。本专利技术的有益效果：1)本专利技术通过在塑料内胆和结构层之间，增加编织碳纤维和高延展性树脂构成的阻隔层，分担塑料内胆的结构和防渗漏功能。由于内胆在复合材料储氢瓶的结构载荷贡献远小于阻隔层和结构层，而阻隔层载荷设计低于结构载荷，阻隔层失效模式主要为碳纤维断裂而导致的撕裂，从而导致内部加压物从结构层的微隙中泄漏。阻隔层以碳纤维断裂为主的失效模式可预测，从而可以设计出具有高度可重复性和可预测性的泄漏失效响应的防爆裂塑料内胆复合材料储瓶结构。2)结合了编织或编织碳纤维增强材料和/或高延展性树脂材料在塑料内胆外构成阻隔层，阻隔层提供了优异的防渗漏屏障功能，同时分担了内胆承担的储氢载荷。将高韧性树脂材料掺入到编织或编织纤维层中，可为产生微裂纹提供抵抗力。当复合压力容器单独加压或在使用过程中承受压力循环时，编织或编织纤维层可提供坚硬的保护性屏障，防止因为制造缺陷，空隙和树脂微裂纹的扩散。附图说明图1是本专利技术实施例防爆裂塑料内胆复合材料储罐结构示意图；图2是图1的Ⅲ部放大示意图；图3是本专利技术实施例碳纤维复合材料的碳纤维编织方式；图4是本专利技术实施例碳纤维复合材料的另一碳纤维编织方式；图5是本专利技术实施例碳纤维复合材料的另一碳纤维编织方式。附图标记说明：1-凸台；2-结构层；3-塑料内胆；4-阻隔层。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此以本专利技术的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此以本专利技术的示意性实施例及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐，包括塑料内胆、凸台和复合材料缠绕层；其特征在于：所述塑料内胆表面铺设或缠绕预浸编织纤维层，构成阻隔层；所述阻隔层的表面采用长丝缠绕构成结构层；所述阻隔层包括第一组碳纤维和第二组碳纤维；所述第一组碳纤维与所述第二组碳纤维之间采用交错碳纤维编织，通过所述阻隔层编织方式的设计可以控制阻隔层载荷的传递和分布，阻隔层碳纤维第一失效模式为由编织模式设计决定的负载超荷引起的碳纤维有序断裂而导致的撕裂，失效发生时内容气体将沿外层结构层孔隙发生泄露。/n

【技术特征摘要】
1.一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐，包括塑料内胆、凸台和复合材料缠绕层；其特征在于：所述塑料内胆表面铺设或缠绕预浸编织纤维层，构成阻隔层；所述阻隔层的表面采用长丝缠绕构成结构层；所述阻隔层包括第一组碳纤维和第二组碳纤维；所述第一组碳纤维与所述第二组碳纤维之间采用交错碳纤维编织，通过所述阻隔层编织方式的设计可以控制阻隔层载荷的传递和分布，阻隔层碳纤维第一失效模式为由编织模式设计决定的负载超荷引起的碳纤维有序断裂而导致的撕裂，失效发生时内容气体将沿外层结构层孔隙发生泄露。


2.根据权利要求1所述的一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐，其特征在于：所述阻隔层承担响应于内部增压而在储罐内产生的总载荷的预定比例，远高于所述塑料内胆所承受的比例。


3.根据权利要求1所述的一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐，其特征在于：所述第二组碳纤维的每条碳纤维以一个或者多个角度的张力角相交织于所述第一组碳纤维的一个或者多个碳纤维。


4.根据权利要求1所述的一种防爆裂塑料内胆复合材料储罐，其特征在于：所述结构层采用预浸丝或切割单向预浸带或湿法缠绕分为螺旋和倾斜层交替缠绕。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰，赵利可，李楠，周晓兵，刘岩，
申请(专利权)人：新启时代北京材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11