一种芳炔树脂复合材料气瓶及其制备试验方法技术

本发明专利技术公开了一种芳炔树脂复合材料气瓶及其制备试验方法，气瓶由金属内胆和复合材料外壳组成，复合材料外壳由过渡层和缠绕层构成，过渡层为芳炔树脂涂覆在金属内胆外表面固化而成，缠绕层为浸渍了芳炔树脂的纤维束在过渡层外层缠绕一层或多层增强纤维层而成，缠绕后经加热固化形成复合材料外壳。在缠绕成型工艺中的应用及芳炔树脂在缠绕成型操作中，通过对缠绕张力、缠绕速度；配胶过程中芳炔树脂中加入丙酮的比例，缠绕过程中加热路径上的热补偿参数的控制，优选出一套适用于芳炔树脂缠绕的工艺方法，完成35MPa复合材料气瓶的缠绕成型。型。型。

【技术实现步骤摘要】
一种芳炔树脂复合材料气瓶及其制备试验方法


[0001]本专利技术涉及复合材料气瓶


技术介绍

[0002]芳炔树脂为热固性树脂，具有优异的耐热性，且具有优良的介电性能和高温陶瓷化性能，可作为耐烧蚀防热材料、耐高温透波材料以及耐高温陶瓷的前驱体材料。玻璃化转变温度高于450℃，具有良好的工艺性能和优良环保性，树脂的耐高温性能和抗氧化性，在航天、航空、兵器等领域得到了广泛的应用。芳炔树脂有较高的玻璃化转变温度、相对较低的固化温度及无固化副产物产生的工艺特点，基本具备缠绕工艺实现条件。对于湿法成型工艺来说，所用基体树脂要求在湿法缠绕工艺温度下必须具备较低的黏度和较长的适用期。芳炔树脂室温下为粘稠液体，树脂体系黏度过大，不能充分浸渍纤维，在缠绕中会发生纤维磨损起毛、断线的情况，影响缠绕层强度。需要通过设备热源改造，实现树脂温度控制，降低树脂黏度，满足缠绕工艺性，同时要求成型后复合材料瓶体满足性能试验要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术所解决的技术问题是提供一种芳炔树脂复合材料气瓶及其制备方法，针对35MPa耐高温450℃以上复合材料气瓶，通过合理的温度控制解决缠绕中起毛断线等质量问题，同时满足气瓶性能要求。
[0004]本专利技术采用的技术方案是，一种芳炔树脂复合材料气瓶，包括金属内胆和符合材料外壳，符合材料外壳包括过渡层和缠绕层，过渡层为芳炔树脂涂覆在金属内胆外表面固化而成，缠绕层为浸渍了芳炔树脂的纤维束在过渡层外层缠绕一层或多层增强纤维层而成，缠绕后经加热固化形成复合材料外壳。r/>[0005]一种芳炔树脂复合材料气瓶制备试验方法，包括以下步骤：
[0006]1)材料预处理：纤维烘干，树脂在55
±
5℃的烘箱中烘1h～2h；
[0007]2)内胆表面处理：内胆与缠绕设备连接固定，设置缠绕机主轴正转，用丙酮清洗内胆2次并吹干，芳炔树脂加热至80℃，毛刷蘸取芳炔树脂均匀刷涂在内胆表面，先在内胆上涂刷芳炔树脂胶液2遍，然后使用电热风机吹干，吹干时间不少于10min；
[0008]3)配胶：向树脂中兑入有机溶剂丙酮，设置水域槽加热温度80℃，树脂与丙酮配制比例1:0.25降低树脂黏度；
[0009]4)缠绕：芳炔树脂T700纤维强度取3600MPa，缠绕过程中，单股纱张力40N
‑
70N，以每层张力均匀递减2N、3N的方式进行缠绕，缠绕速度20r/min，起始收尾段减速至10r/min；在纤维路径上进行温度控制，方案为每半米左右安装1个500W加热装置，距离表面20cm左右，无明显烟雾挥发，树脂表面未固化，水域槽上方至缠绕机小车位置使用塑料薄膜进行围挡减少热量损失，内胆上方加装2个500W热辐射加热装置，出纱口部位加装1个500W热辐射加热装置，出纱口位置设置热源距离15cm，呈45
°
加热出纱口。
[0010]5)固化：使用固化炉将缠绕后瓶体进行固化，具体固化参数为，由室温升温至120
℃，并保温2h；升温至140℃，并保温4h；再升温至160℃保温4h；升温至180℃，并保温2h；升温至210℃，并保温2h，升温至250℃，并保温2h，升温速率不超过2℃/min；固化旋转方向与缠绕时旋转方向一致，固化后关闭电源，随炉冷却至50℃以下，取出瓶体。
[0011]6)试验：
[0012]a，液压强度性能检测，介质采用去离子水，试验压力为52.5MPa
‑
[0013]～54MPa，要求(6
±
1)min不渗漏，试验重复3次；验后用高压风及时吹干内腔，时间不应少于15min；
[0014]b，爆破指标验证，爆破压力应符合爆破压强≥79MPa的要求，气瓶爆破，记录实际压力值，破坏部位和断口形式；当试验压力大于95Pa时，气瓶仍未爆破，直至爆破为止，记录实际压力值，测试精度为
±
1.6MPa。
[0015]气瓶水平放置，气瓶瓶嘴被工艺堵头封堵，并用工艺接头固定放置脱落，气体或液体管路从工艺堵头穿过进入瓶体内。
[0016]本专利技术的有益效果是解决了芳炔树脂复合材料气瓶缠绕工艺性问题，结合芳炔树脂和芳炔树脂碳纤维复合材料的基础力学性能试验结果，优选出一套适用于芳炔树脂缠绕的工艺方法，且材料力学性能优异的工艺参数，可以作为其他结构芳炔树脂基复合材料气瓶缠绕参考依据；为了更好的控制碳纤维浸润树脂的效果，将树脂中兑入一定比例有机溶剂丙酮，并对树脂升温加热开展工艺试验，观察不同丙酮稀释浓度和不同温度情况下，观察丙酮与树脂间相容性，确定树脂适用于缠绕工艺的加热温度和丙酮的稀释用量，最终保证缠绕过程纤维毛丝率最小；确定缠绕过程中热源加装部位和数量，重点部位为胶辊上方，转轴与纤维接触部位，小车穿纱口，小车与胶槽之间长距离摆纱空间，保证缠绕过程实现，提高生产效率。
附图说明
[0017]图1为缠绕工艺流程图。
[0018]图2为瓶体液压强度试验检验示意图。
[0019]图3为瓶体爆破试验示意图。
[0020]图中标记为：1
‑
瓶体，2
‑
工艺堵头，3
‑
工艺接头，4
‑
管路，5
‑
压力表。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0022]本申请公开了一种芳炔树脂基复合材料气瓶及其制备方法，由气瓶由金属内胆和复合材料外壳组成，复合材料外壳包括过渡层和缠绕层构成，过渡层为芳炔树脂涂覆在金属内胆外表面固化而成，缠绕层为浸渍了芳炔树脂的纤维束在过渡层外层缠绕一层或多层增强纤维层而成，缠绕后经加热固化形成复合材料外壳。
[0023]本专利技术关键点在于芳炔树脂在复合材料气瓶缠绕成型工艺中的应用及芳炔树脂在缠绕成型操作时温度控制。开展芳炔树脂及聚酰亚胺树脂碳纤维复合材料气瓶缠绕工艺研究，对缠绕设备进行热补偿改造，满足芳炔树脂缠绕工艺生产条件，通过对缠绕张力及缠绕速度的控制，优选出一套适用于芳炔树脂缠绕的工艺方法，完成35MPa复合材料气瓶的缠绕成型，掌握工艺控制要点。
[0024]制备方法如下:
[0025]1)原材料预处理
[0026]纤维预处理：纤维表面含有水分，不仅影响树脂基体与纤维之间粘接性能，同时将引起应力腐蚀，使制品强度和耐老化性能下降。因此，缠绕纤维在使用前最好经过烘干处理。在湿度加大的季节烘干处理更为必要。纤维的烘干制度视含水量和纱锭大小而定，我们采用参数：(105
±
5)℃，烘干4h。
[0027]树脂预处理：放入(55
±
5)℃的烘箱中烘(1～2)h以降低粘度。
[0028]2)内胆表面处理：取适量芳炔树脂加热至80℃，钢制内胆与缠绕设备连接固定，设置缠绕机主轴正转，用丙酮清洗内胆2次，用电吹风吹干，吹干时间不少于5min。毛刷蘸取芳炔树脂均匀刷涂在内胆表面，先在内胆上涂刷芳炔树脂胶液2遍，内胆刷涂2遍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芳炔树脂复合材料气瓶，其特征在于：包括金属内胆和符合材料外壳，符合材料外壳包括过渡层和缠绕层，过渡层为芳炔树脂涂覆在金属内胆外表面固化而成，缠绕层为浸渍了芳炔树脂的纤维束在过渡层外层缠绕一层或多层增强纤维层而成，缠绕后经加热固化形成复合材料外壳。2.一种芳炔树脂复合材料气瓶制备试验方法，包括以下步骤：1)材料预处理：纤维烘干，树脂在55
±
5℃的烘箱中烘1h～2h；2)内胆表面处理：内胆与缠绕设备连接固定，设置缠绕机主轴正转，用丙酮清洗内胆2次并吹干，芳炔树脂加热至80℃，毛刷蘸取芳炔树脂均匀刷涂在内胆表面，先在内胆上涂刷芳炔树脂胶液2遍，然后使用电热风机吹干，吹干时间不少于10min；3)配胶：向树脂中兑入有机溶剂丙酮，设置水域槽加热温度80℃，树脂与丙酮配制比例1:0.25降低树脂黏度；4)缠绕：芳炔树脂T700纤维强度取3600MPa，缠绕过程中，单股纱张力40N
‑
70N，以每层张力均匀递减2N、3N的方式进行缠绕，缠绕速度20r/min，起始收尾段减速至10r/min；5)固化：使用固化炉将缠绕后瓶体进行固化，具体固化参数为，由室温升温至120℃，并保温2h；升温至140℃，并保温4h；再升温至160℃保温4h；升温至180℃，并保温2h；升温至210℃，并保温2h，升温至250℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴艳艳，
申请(专利权)人：沈阳航天新光集团有限公司，
类型：发明
国别省市：