一種復合材料容器及其復合材料層的成型方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣體運輸技術(shù)，尤其涉及一種復合材料容器及其復合材料層的成 型方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中針對天然氣、氨氣、氮氣等氣體的運輸，主要是通過提高存儲壓力的方 式來實現(xiàn)運輸。隨著氣體工業(yè)的發(fā)展，對氣體存儲運輸容器（氣瓶）的壓力需求也在不斷 提局。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中所生產(chǎn)的高壓復合容器（氣瓶），其內(nèi)膽通常為金屬材料制成。為了增 加復合容器（氣瓶）的容積和承壓力，通常的做法是用高壓無縫金屬管采用端頭旋壓縮頸 方法加工成內(nèi)膽，并在內(nèi)膽的外表面纏繞一層高強度纖維材料，利用高強度纖維材料的拉 力來增強內(nèi)膽的承壓力?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于采用纖維纏繞成型工藝成型的表面具有復合材 料層的容器（氣瓶）不可避免在施壓后會出現(xiàn)沿著纖維方向的開裂或龜裂。隨著使用次數(shù) 的增加和特定環(huán)境的影響，送些開裂或龜裂會有擴展的趨勢，嚴重的更會使整個復合材料 層開裂。
[0004] 有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)中急需要一種新的技術(shù)能有效減少或消除復合材料層的開 裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種減少甚至消除復合材料層開裂 的復合材料容器及其復合材料層的成型方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種復合材料容器的復合材料層成型方法， 一連續(xù)纖維按一預定角度纏繞于一內(nèi)膽外表面形成至少一層復合材料層；在該復合材料層 的的層間和/或內(nèi)表面和/或外表面上加入一添加物，用于防止該復合材料層沿開裂。
[0007] 更進一步地，該添加物位于兩層復合材料層之間。
[0008] 更進一步地，該添加物為織物或非織物。
[0009] 更進一步地，該添加物的形狀為纖維狀、片狀、絮狀、塊狀。
[0010] 更進一步地，該添加物由金屬或非金屬材料制成。
[0011] 更進一步地，該添加物由纖維類材料組成。該纖維類材料由W下材料中的一種或 多種組成；碳纖維、玻璃纖維、芳絕纖維、聚醋纖維、金屬纖維。
[0012] 更進一步地，該連續(xù)纖維沿環(huán)向纏繞該內(nèi)膽外表面。
[0013] 更進一步地，該連續(xù)纖維沿螺旋狀纏繞該內(nèi)膽外表面。
[0014] 本發(fā)明同時公開一種復合材料容器，該復合材料容器包括一內(nèi)膽和一復合材料 層，該復合材料層由如權(quán)利要求1至9任意一項該的方法制成。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的復合材料容器及其復合材料層的成型技術(shù)， 在容器纏繞復合材料層內(nèi)部起縱向（軸向）補強作用，可有效防止復合材料開裂或龜裂的 產(chǎn)生；同時可W有效防止容器長期使用過程中纏繞復合材料層表面沿纖維纏繞的方向開裂 或龜裂的延伸。送在一定程度上穩(wěn)定了容器的性能，從而提高了容器在使用過程中的安全 性。
【附圖說明】
[0016] 關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可W通過W下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了 解。
[0017] 圖1是本發(fā)明所涉及的復合材料容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明所涉及的復合材料容器的局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。
[0020] 由于現(xiàn)有采用纖維環(huán)向纏繞成型工藝成型的復合材料容器（或稱氣瓶），由于內(nèi) 置的金屬內(nèi)膽和金屬內(nèi)膽的外表面所纏繞的復合材料層彼此間的收縮率不一致。氣瓶在反 復充裝的過程中，氣瓶的長度會有延伸，由于金屬材料的延展性明顯強于復合材料的延展 性，因此在氣瓶反復重裝的過程中，金屬延伸的長度遠遠超過復合材料延伸的長度，送樣就 會造成復合材料表面層的環(huán)向開裂。因此在施壓后會出現(xiàn)沿著纖維方向的開裂或龜裂，隨 著使用次數(shù)的增加和特定環(huán)境的影響，送些開裂或龜裂會有擴展的趨勢，嚴重的會使整個 復合材料層開裂。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種復合材料容器及其復合材料層的成型 方法能有效抑制連續(xù)纖維層的開裂。
[0021] 本發(fā)明根據(jù)力學分析計算纖維環(huán)向纏繞時與其匹配的縱向力，在復合材料層成型 過程中將此增強技術(shù)應用其中，實現(xiàn)容器在施壓受力過程中，當氣瓶的復合材料層沿纖維 方向開裂時，提供一個與開裂方向相垂直的拉力，從而改善表面的開裂現(xiàn)象W及長期的開 裂延伸現(xiàn)象。
[0022] 如圖1所示，圖1是本發(fā)明所涉及的復合材料容器的結(jié)構(gòu)示意圖。該復合材料容 器可W是用于容納高壓氣體的瓶子，也可W是容納高壓氣體、液體、固體的管道。圖1是本 發(fā)明的其中一種實施方式，該實施方式中該容器2優(yōu)質(zhì)無縫鋼管制成，鋼管的兩端采用端 頭旋壓縮頸方法加工為兩個瓶口 3。瓶口 3內(nèi)置螺紋用于固定前端塞和后端塞。其中前端 塞上設置進氣出氣閥口，后端塞上設置一安全泄放裝置（圖中未示出）。在另一實施方式 中，該鋼瓶也可W僅包含一個端口。
[0023] 該鋼瓶2的外表面上包括一復合材料層1。復合材料層1通常有連續(xù)纖維沿環(huán)向 (a方向）繞制而成。復合材料層1可W僅覆蓋鋼瓶2的部分表面，也可W覆蓋鋼瓶2的全 部表面，包括瓶口 3的外表面一律覆蓋。圖1所示出的復合材料容器是一種典型的環(huán)向纏 繞式的復合材料容器。環(huán)向纏繞的特點在于連續(xù)纖維的繞制角度與氣瓶的軸向化方向） 幾乎垂直。環(huán)向纏繞的氣瓶容易出現(xiàn)的技術(shù)問題在于，當瓶內(nèi)充滿高壓氣體時，由于金屬內(nèi) 膽和復合材料層兩者的收視率不一致，導致復合材料層出現(xiàn)環(huán)向（a方向）的開裂。本發(fā)明 通過在縱向提供一個補償力，W克服環(huán)向開裂。
[0024] 在另一種實施方式中，復合材料容器采用全纏繞或大角度纏繞方式。當采用全纏 繞或大角度纏繞的時候，在沿連續(xù)纖維平行的方向會出現(xiàn)裂紋，根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù) 方案，需要在與連續(xù)纖維垂直的角度提供一個補償力，W克服開裂。
[0025] 如圖2所示，圖2是本發(fā)明所涉及的復合材料容器的局部放大示意圖。與現(xiàn)有技 術(shù)不一致的是，本發(fā)明所提供的復合材料層1除了包括連續(xù)纖維10外，還包括一添加物11。 送是為了在復合材料層成型過程中增加一個與環(huán)向拉力相匹配的縱向（圖1中的b方向） 力。用W實現(xiàn)容器在施壓受力過程中，給于環(huán)向開裂一個縱向拉力，從而改善表面的開裂現(xiàn) 象W及長期的開裂延伸現(xiàn)象。
[0026] 在一種較佳的實施例中，連續(xù)纖維10和添加物11是連續(xù)成型的，即一層連續(xù)纖維 10上面或下面覆蓋一層添加物11。添加物11可W是織物也可W是非織物。其中織物是指 由兩條W上的織線交叉和繞結(jié)后形成的材料。添加物11可W是纖維狀物，可W是絮狀物， 也可W是塊狀物、片狀物。如果是纖維狀物，則該添加物11的排列方向沿縱向平行或與縱 向呈一定角度延伸。
[0027] 添加物11可W由碳纖維、玻璃纖維、芳絕纖維、聚醋纖維、金屬纖維制成。