碳纤维_环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计
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tem pe ra ture fo r three fo rmu las
FRP /CM 20091No12
2009年第 2期
玻璃钢 /复合材料
63
纤维缠绕内压容器所用基体树脂通常为环氧树 脂。适 合于 压 力容 器 缠 绕的 树 脂 应具 有 以 下 特 点 [ 12] : ¹ 适当的拉伸强度、模量、延伸率; º 与纤维 有良好的结合力; » 工艺性好, 具有恰当的粘度、适 用期, 适于缠绕成型; ¼其复合材料具有优秀的力学 性能。为此, 在综合考虑 树脂粘度-力学性能-储 存 期等方面的基 础上, 设 计了三种配方, 其组成见 表 2, 其固化工艺见表 3。
1800 A 445 = 161. 8MP a, 为 纤 维 强度 的 2. 94%
( T800拉伸强度为 5500M Pa) 。
在缠绕过程中, 随着缠绕层数的增加, 外层的缠 绕纤维如一圈环向箍, 紧包内层, 使内层纤维应力降
低。因此, 为使各层缠绕纤维都有相等的预应力, 必
须控制缠绕张力由内到外逐层递减, 每缠绕一次纵 向层递减 3N。 312 生产工艺
进一步采用 SEM 对 NOL 环断裂面进行微观形 态分析, 如图 3所示。图 3中配方 3体系的 NOL 环 断面纤维光滑, 脱粘明显, 这说明碳纤维与树脂基体 结合不好, 在复合材料受力时树脂基体不能够很好 起到传递载荷的作用。而配方 1 和配方 2 体系的 NOL 环断面中纤维明显还粘附着树脂, 说明树脂基 体能够很好的粘结碳纤维, 从而有效传递载荷。
k= tH / tH0 = 0. 65 /0. 063= 10. 32, 取 k= 10层 螺旋缠绕层数:
j= tU / tU0 = 0. 47 /0. 066= 7. 12, 取 j= 8层 ( 4) 缠绕张力的计算 [ 11]
应力计算公式:
R
=
F Qf Qn
取第一层张力为 40N, 由上式计算得: R = 40 @
表 1 缠绕过程生产工艺条件
工艺名称
缠绕角
缠绕层数
张力 /N
缠绕
17. 46b
18 层
逐层递减 40 ~ 16
根据设计计算结果, 采用 M IKROSAM MAW 20LS1-6六维缠绕机 ( 马其顿制造 ) 进行气瓶的缠绕, 缠绕过程的生产工艺见表 1。
在实际缠绕过程中, 与缠绕角对应, 设定每层螺 旋缠绕的极孔半径。根据纤维缠绕的可行性, 首先 缠绕 2层环向, 根据环向缠绕和螺旋缠绕交叉的原 则, 再依次缠绕 2层螺旋向、2层环向、2层螺旋向、2 层环向、2层螺旋向、2层环向、2层螺旋向, 为保证 气瓶的外观光洁度, 最后缠绕 2层环向。按照缠绕 张力的计算结果, 根据逐层递减的原则应用于实际 缠绕过程中。 313 环氧树脂体系的选择及其复合材料的力学性
维, 每层包含的纱 带数 M = 160条 /层, 螺旋缠 绕时
的纱条宽度:
bU =
2PR cosA M
=
2P
@
100 @ cos17. 160
46b
=
3. 74mm
环向纱条厚度:
tH0 = A0 /bH= 0. 247 /3. 92= 0. 063mm 螺旋纱条厚度:
t<0 = A0 /b< = 0. 247 /3. 74= 0. 066mm 环向缠绕层数:
74
64
拉伸模量 /M Pa
2602
2652
2413
断裂伸长率 /%
3. 9
3. 1
2. 8
弯曲强度 /M Pa
116. 5
75. 33
107
弯曲模量 /M Pa
2505
2420
2434
复合材料 ILSS /M Pa
92
88
77
NOL 环拉伸强度 /M Pa
2561
2513
2352
图 2 T800碳纤维复合材料 NOL 环拉伸断裂面 F ig. 2 Fa ilure sections o fNOL spec im ens o f T800 CF composite
能分析
表 2 三种配方的组成
组成 环氧 E-5 l/份 环氧 TD E-85 /份 固化剂 /份 促进剂 /份
配方 1 40 60 115 1
配方 2 60 40 100 1
配方 3 80 20 96 1
温度 /e 时间 /h
表 3 树脂体系的固化工艺
80
120
140
160
2
2
1
1
RT 自然冷却
图 1 三种配方的粘度-温度曲线 F ig. 1 Curve re la tionsh ip of v iscosity and
2009年第 2期
玻璃钢 /复合材料
61
碳纤维 /环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计
贾晓龙1, 李 刚 1, 薛忠民 2, 杨小平 1
( 1. 北京化工大学新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室, 北京 100029; 2. 北京玻璃钢研究设计院, 北京 102101)
摘要: 根据橡胶 内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标, 依据 网格理论 对缠绕层和 缠绕张力 进行详 细的理 论设计 计算, 确定缠绕参数和工艺 。选用的 环氧树脂体系力学性能优异, 其黏度满足缠绕成型工 艺要求, 同时复合 材料 NOL 环 的断面形貌 表明该树脂体系与 T800碳纤维界面结合良好。对缠绕成型的压力气瓶进行试验, 检测表明, 水压爆破试验和疲劳 试验结果均 满足复合材料气瓶的 设计要求。
将上述三种树脂体系, 按照设定的固化制度制 备浇注体拉伸、弯曲样条及其复合材料样条和 NOL 环, 将各样条和 NOL 环分别进行机械加工, 再后固 化消除内应力后, 分别测试三种体系的树脂基体及 其复合材料的力学性能, 结果见表 4。
可见配方 1体系的粘度满足湿法缠绕工艺要求 的范围, 并且树脂基体具有良好的强度及刚度, 同时 又具有一定的韧性, 其复合材料 IL SS和 NOL 环拉 伸强度优异。
综合上述分析, 配方 1体系的粘度满足湿法缠 绕工艺要求, 树脂基体力学性能优异, 并且 NOL 环 分析表明该体系的树脂基体 与碳纤维界面 结合较 好, 适合用作缠绕压力气瓶的树脂基体。
4结 论
( 1) 综合上述计算与分析, 缠绕角为 17. 46b较 为适宜, 此时缠 绕层 壁厚 为 1. 78mm, 缠 绕层数 为 18 层;
度, T 800碳纤维 f= 4400M Pa; A为纵向纤维与母线
夹角 (即缠绕角 ), 度; K f 为应力平衡系 数, 取 K f = 0. 8; V f 为缠绕层纤维体积含量。
( 3) 缠绕层数的计算 [ 10]
缠绕所用纤维为 1股, 1团纱带的截面积为:
A0 =
Qn Qf
@ 10- 5 =
对上述三种树脂体系分别用数字式旋转粘度计 测试 25e 、30e 、35e 、40e 、50e 、60e 、70e 、80e 下的粘 度, 绘 制 树脂 体 系粘 度-温 度曲 线, 如 图 1 所示。
表 4 三种配方浇注体及其复合材料的力学性能
性能
配方 1 配方 2
配方 3
拉伸强度 /M Pa
71
3 结果与讨论
311 压力气瓶的缠绕设计计算
( 1)缠绕角的设计
根据筒身缠绕角公式:
sinA= r /R
其中, r为极孔半径; R为内胆半径。
螺旋向缠绕角 A1 = arcsin( 30 / 100) = 17. 46b ( 2)缠绕层壁厚的计算
环向缠绕层纤维厚度:
tH =
RP 2f
b
(
2
-
tan2 A)
环氧树脂 E-51, 蓝星新材料无锡树脂厂; 环氧树脂
TDE-85, 天津市合成材料工业研究所; 固化剂、促进
剂, 国产。
实验采用 NDJ-8S型旋转粘度计测试树脂粘度;
根据 GB /T 2568-1995和 GB /T 2570-1995方法测试
树脂浇注体力学性能; 根据 ASTM D2344-84和 GB /
图 3 T800碳纤维复合材料 NOL 环 拉伸断裂面扫描电镜图
F ig. 3 SEM pho tog raphs o f fa ilure section
for NO L- ring o f T800 CF composite
NOL 环是一种单向纤维 缠绕成型的复 合材料 环形试验件, 其性能的好坏可以衡量纤维与树脂基 体间的界面浸润性、粘接性以及在受力状态下传递 应力能力大小, 可为纤维缠绕压力容器提供最基础 的工艺参数 [ 13] 。同时通过 NOL 环的断裂方式也可 以用于反映复合材 料的界面性能 [ 14, 15] 。由 图 2 可 以看出, 配方 1和配方 2体系的 NOL 环断裂方式是 整个复合材料齐断, 界面性能好, 需要更高的拉伸强 度才能使 NOL 环断裂, 而图 2中配方 3体系的 NOL 环断裂时脱环现象明显, 说明该配方的树脂基体与 碳纤维的界面结合性能较差。
关键词: 碳纤维 ; 环氧树脂; 缠绕; NOL 环; 压 力气瓶 中图分类号: TQ 33614 文献标识码: A 文章编号: 1003- 0999 ( 2009) 02- 0061- 04
1前 言
纤维缠绕内压容器能够充分发挥纤维的强度和 刚度, 是复合 材料 实际 应用 的一个 重要 方面 [ 1, 2] 。 近二十年来国内在纤维缠绕复合材料压力气瓶的研 制方面取得了长足进步 [ 3] , 纤维缠绕压力容器逐渐 取代了全金属 压力容器 [ 4] , 在相同容 积、承受相 同 内压情况下, 复合材料高压气瓶的重量大约是钢瓶 的 50~ 60% 。复合材料气瓶的成型工艺采用 纤维 缠绕法, 此方法比金属 气瓶成型工艺 简单 [ 5] , 且 可 设计性强, 对于筒形容 器很容易实现 等强度 [ 6] , 对 于橡胶内衬复合材料气瓶还可省去固化后的脱模。
T 1458-1998方法分别测试复合材料层间剪切性能
与复合材料 NOL 环拉伸性能, 并用扫描电镜观察复
合材料 NOL 环断面形貌。本复合气瓶以 9621胶片
为内衬, 筒体长度为 306mm, 缠绕层纤维体 积含量
为 63% , 内衬外径为 200mm, 根据 GB 9252-1988的
方法对其进行疲劳实验。
2009年 3月
螺旋缠绕层纤维厚度:
tU =
RPb 2K f cos2 A
=
2 @ 0.
8
100 @ 30 @ 4400 @ cos217.
= 46b
0. 47mm
缠绕层壁厚:
t=
tH + tW Vf =
0.
65 + 0. 63%
47
=
1. 78mm
其中, Pb 为气瓶爆破压力, MP a; f为纤维发挥强
( 2)在缠绕过程中必须控制缠绕张力由内到外 逐层递减, 即每缠绕一次纵向层递减 3N。同时测试 结果表明选用的树脂体系综合性能优异, 适合用作 缠绕压力气瓶的树脂基体;
445 @ 10- 5 1. 8
=
0. 247mm2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中, Qn 为碳纤维的线密度, 445g / 1000m; Qf 为
碳纤维的密度, 1. 8g / cm 3。
环向缠绕时的纱带密度 m = 2. 55 条 / cm, 纱条 宽度:
bH = 1 /m = 1 / 2. 55= 3. 92mm 螺旋缠绕线型为 P = - 1 / 1, 一个循环有 1层纤
林再文等 [ 7] 研制了铝内衬芳纶纤维缠绕的 高 压气瓶, 但仅介绍了气瓶设计过程中的几个关键技 术点。任鹏刚等 [ 8] 对钢内衬玻璃 纤维缠绕的天 然 气瓶进行了简单的工 艺设计。王晓 洁等 [ 4] 简要 介 绍了碳纤维复合材料在耐压容器方面的研究进展。 王明寅等 [ 9] 对复合材料高压氮气 气瓶进行了结 构 设计, 但未涉及计算过程。 2003年美国专利 [ 5 ] 着重 介绍了在热固性塑料内衬表面缠绕纤维复合材料高 压气瓶的 工艺步 骤, 但没 有缠绕 工艺 参数 的计 算 过程。
本文根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技 术特性要求, 依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进 行了详细的设计计算, 探讨了环氧树脂固化体系的 选择, 选用日本东丽公司生产的 T800碳纤维, 并利 用专有缠绕技术用碳纤维材料对橡胶内衬压力气瓶 进行缠绕, 制造出了复合压力容器。
2 实验部分
实验用原材料为 T 800碳纤维, 12K, 日本东丽;
=
100 2@
4@4 3000 (
2
-
tan2 17. 46b) =
0. 65mm
收稿日期: 2007-06-07 本文作者还有李鹏和陈伟明。 作者简介: 贾晓龙 ( 1982-) , 男, 博士研究生, 主要从事纤维复合材料及其相关成型工艺的研究。
FRP /CM 20091N o12
62
碳纤维 /环氧树脂在橡胶 内衬表面的全缠绕工艺设计
FRP /CM 20091No12
2009年第 2期
玻璃钢 /复合材料
63
纤维缠绕内压容器所用基体树脂通常为环氧树 脂。适 合于 压 力容 器 缠 绕的 树 脂 应具 有 以 下 特 点 [ 12] : ¹ 适当的拉伸强度、模量、延伸率; º 与纤维 有良好的结合力; » 工艺性好, 具有恰当的粘度、适 用期, 适于缠绕成型; ¼其复合材料具有优秀的力学 性能。为此, 在综合考虑 树脂粘度-力学性能-储 存 期等方面的基 础上, 设 计了三种配方, 其组成见 表 2, 其固化工艺见表 3。
1800 A 445 = 161. 8MP a, 为 纤 维 强度 的 2. 94%
( T800拉伸强度为 5500M Pa) 。
在缠绕过程中, 随着缠绕层数的增加, 外层的缠 绕纤维如一圈环向箍, 紧包内层, 使内层纤维应力降
低。因此, 为使各层缠绕纤维都有相等的预应力, 必
须控制缠绕张力由内到外逐层递减, 每缠绕一次纵 向层递减 3N。 312 生产工艺
进一步采用 SEM 对 NOL 环断裂面进行微观形 态分析, 如图 3所示。图 3中配方 3体系的 NOL 环 断面纤维光滑, 脱粘明显, 这说明碳纤维与树脂基体 结合不好, 在复合材料受力时树脂基体不能够很好 起到传递载荷的作用。而配方 1 和配方 2 体系的 NOL 环断面中纤维明显还粘附着树脂, 说明树脂基 体能够很好的粘结碳纤维, 从而有效传递载荷。
k= tH / tH0 = 0. 65 /0. 063= 10. 32, 取 k= 10层 螺旋缠绕层数:
j= tU / tU0 = 0. 47 /0. 066= 7. 12, 取 j= 8层 ( 4) 缠绕张力的计算 [ 11]
应力计算公式:
R
=
F Qf Qn
取第一层张力为 40N, 由上式计算得: R = 40 @
表 1 缠绕过程生产工艺条件
工艺名称
缠绕角
缠绕层数
张力 /N
缠绕
17. 46b
18 层
逐层递减 40 ~ 16
根据设计计算结果, 采用 M IKROSAM MAW 20LS1-6六维缠绕机 ( 马其顿制造 ) 进行气瓶的缠绕, 缠绕过程的生产工艺见表 1。
在实际缠绕过程中, 与缠绕角对应, 设定每层螺 旋缠绕的极孔半径。根据纤维缠绕的可行性, 首先 缠绕 2层环向, 根据环向缠绕和螺旋缠绕交叉的原 则, 再依次缠绕 2层螺旋向、2层环向、2层螺旋向、2 层环向、2层螺旋向、2层环向、2层螺旋向, 为保证 气瓶的外观光洁度, 最后缠绕 2层环向。按照缠绕 张力的计算结果, 根据逐层递减的原则应用于实际 缠绕过程中。 313 环氧树脂体系的选择及其复合材料的力学性
维, 每层包含的纱 带数 M = 160条 /层, 螺旋缠 绕时
的纱条宽度:
bU =
2PR cosA M
=
2P
@
100 @ cos17. 160
46b
=
3. 74mm
环向纱条厚度:
tH0 = A0 /bH= 0. 247 /3. 92= 0. 063mm 螺旋纱条厚度:
t<0 = A0 /b< = 0. 247 /3. 74= 0. 066mm 环向缠绕层数:
74
64
拉伸模量 /M Pa
2602
2652
2413
断裂伸长率 /%
3. 9
3. 1
2. 8
弯曲强度 /M Pa
116. 5
75. 33
107
弯曲模量 /M Pa
2505
2420
2434
复合材料 ILSS /M Pa
92
88
77
NOL 环拉伸强度 /M Pa
2561
2513
2352
图 2 T800碳纤维复合材料 NOL 环拉伸断裂面 F ig. 2 Fa ilure sections o fNOL spec im ens o f T800 CF composite
能分析
表 2 三种配方的组成
组成 环氧 E-5 l/份 环氧 TD E-85 /份 固化剂 /份 促进剂 /份
配方 1 40 60 115 1
配方 2 60 40 100 1
配方 3 80 20 96 1
温度 /e 时间 /h
表 3 树脂体系的固化工艺
80
120
140
160
2
2
1
1
RT 自然冷却
图 1 三种配方的粘度-温度曲线 F ig. 1 Curve re la tionsh ip of v iscosity and
2009年第 2期
玻璃钢 /复合材料
61
碳纤维 /环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计
贾晓龙1, 李 刚 1, 薛忠民 2, 杨小平 1
( 1. 北京化工大学新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室, 北京 100029; 2. 北京玻璃钢研究设计院, 北京 102101)
摘要: 根据橡胶 内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标, 依据 网格理论 对缠绕层和 缠绕张力 进行详 细的理 论设计 计算, 确定缠绕参数和工艺 。选用的 环氧树脂体系力学性能优异, 其黏度满足缠绕成型工 艺要求, 同时复合 材料 NOL 环 的断面形貌 表明该树脂体系与 T800碳纤维界面结合良好。对缠绕成型的压力气瓶进行试验, 检测表明, 水压爆破试验和疲劳 试验结果均 满足复合材料气瓶的 设计要求。
将上述三种树脂体系, 按照设定的固化制度制 备浇注体拉伸、弯曲样条及其复合材料样条和 NOL 环, 将各样条和 NOL 环分别进行机械加工, 再后固 化消除内应力后, 分别测试三种体系的树脂基体及 其复合材料的力学性能, 结果见表 4。
可见配方 1体系的粘度满足湿法缠绕工艺要求 的范围, 并且树脂基体具有良好的强度及刚度, 同时 又具有一定的韧性, 其复合材料 IL SS和 NOL 环拉 伸强度优异。
综合上述分析, 配方 1体系的粘度满足湿法缠 绕工艺要求, 树脂基体力学性能优异, 并且 NOL 环 分析表明该体系的树脂基体 与碳纤维界面 结合较 好, 适合用作缠绕压力气瓶的树脂基体。
4结 论
( 1) 综合上述计算与分析, 缠绕角为 17. 46b较 为适宜, 此时缠 绕层 壁厚 为 1. 78mm, 缠 绕层数 为 18 层;
度, T 800碳纤维 f= 4400M Pa; A为纵向纤维与母线
夹角 (即缠绕角 ), 度; K f 为应力平衡系 数, 取 K f = 0. 8; V f 为缠绕层纤维体积含量。
( 3) 缠绕层数的计算 [ 10]
缠绕所用纤维为 1股, 1团纱带的截面积为:
A0 =
Qn Qf
@ 10- 5 =
对上述三种树脂体系分别用数字式旋转粘度计 测试 25e 、30e 、35e 、40e 、50e 、60e 、70e 、80e 下的粘 度, 绘 制 树脂 体 系粘 度-温 度曲 线, 如 图 1 所示。
表 4 三种配方浇注体及其复合材料的力学性能
性能
配方 1 配方 2
配方 3
拉伸强度 /M Pa
71
3 结果与讨论
311 压力气瓶的缠绕设计计算
( 1)缠绕角的设计
根据筒身缠绕角公式:
sinA= r /R
其中, r为极孔半径; R为内胆半径。
螺旋向缠绕角 A1 = arcsin( 30 / 100) = 17. 46b ( 2)缠绕层壁厚的计算
环向缠绕层纤维厚度:
tH =
RP 2f
b
(
2
-
tan2 A)
环氧树脂 E-51, 蓝星新材料无锡树脂厂; 环氧树脂
TDE-85, 天津市合成材料工业研究所; 固化剂、促进
剂, 国产。
实验采用 NDJ-8S型旋转粘度计测试树脂粘度;
根据 GB /T 2568-1995和 GB /T 2570-1995方法测试
树脂浇注体力学性能; 根据 ASTM D2344-84和 GB /
图 3 T800碳纤维复合材料 NOL 环 拉伸断裂面扫描电镜图
F ig. 3 SEM pho tog raphs o f fa ilure section
for NO L- ring o f T800 CF composite
NOL 环是一种单向纤维 缠绕成型的复 合材料 环形试验件, 其性能的好坏可以衡量纤维与树脂基 体间的界面浸润性、粘接性以及在受力状态下传递 应力能力大小, 可为纤维缠绕压力容器提供最基础 的工艺参数 [ 13] 。同时通过 NOL 环的断裂方式也可 以用于反映复合材 料的界面性能 [ 14, 15] 。由 图 2 可 以看出, 配方 1和配方 2体系的 NOL 环断裂方式是 整个复合材料齐断, 界面性能好, 需要更高的拉伸强 度才能使 NOL 环断裂, 而图 2中配方 3体系的 NOL 环断裂时脱环现象明显, 说明该配方的树脂基体与 碳纤维的界面结合性能较差。
关键词: 碳纤维 ; 环氧树脂; 缠绕; NOL 环; 压 力气瓶 中图分类号: TQ 33614 文献标识码: A 文章编号: 1003- 0999 ( 2009) 02- 0061- 04
1前 言
纤维缠绕内压容器能够充分发挥纤维的强度和 刚度, 是复合 材料 实际 应用 的一个 重要 方面 [ 1, 2] 。 近二十年来国内在纤维缠绕复合材料压力气瓶的研 制方面取得了长足进步 [ 3] , 纤维缠绕压力容器逐渐 取代了全金属 压力容器 [ 4] , 在相同容 积、承受相 同 内压情况下, 复合材料高压气瓶的重量大约是钢瓶 的 50~ 60% 。复合材料气瓶的成型工艺采用 纤维 缠绕法, 此方法比金属 气瓶成型工艺 简单 [ 5] , 且 可 设计性强, 对于筒形容 器很容易实现 等强度 [ 6] , 对 于橡胶内衬复合材料气瓶还可省去固化后的脱模。
T 1458-1998方法分别测试复合材料层间剪切性能
与复合材料 NOL 环拉伸性能, 并用扫描电镜观察复
合材料 NOL 环断面形貌。本复合气瓶以 9621胶片
为内衬, 筒体长度为 306mm, 缠绕层纤维体 积含量
为 63% , 内衬外径为 200mm, 根据 GB 9252-1988的
方法对其进行疲劳实验。
2009年 3月
螺旋缠绕层纤维厚度:
tU =
RPb 2K f cos2 A
=
2 @ 0.
8
100 @ 30 @ 4400 @ cos217.
= 46b
0. 47mm
缠绕层壁厚:
t=
tH + tW Vf =
0.
65 + 0. 63%
47
=
1. 78mm
其中, Pb 为气瓶爆破压力, MP a; f为纤维发挥强
( 2)在缠绕过程中必须控制缠绕张力由内到外 逐层递减, 即每缠绕一次纵向层递减 3N。同时测试 结果表明选用的树脂体系综合性能优异, 适合用作 缠绕压力气瓶的树脂基体;
445 @ 10- 5 1. 8
=
0. 247mm2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中, Qn 为碳纤维的线密度, 445g / 1000m; Qf 为
碳纤维的密度, 1. 8g / cm 3。
环向缠绕时的纱带密度 m = 2. 55 条 / cm, 纱条 宽度:
bH = 1 /m = 1 / 2. 55= 3. 92mm 螺旋缠绕线型为 P = - 1 / 1, 一个循环有 1层纤
林再文等 [ 7] 研制了铝内衬芳纶纤维缠绕的 高 压气瓶, 但仅介绍了气瓶设计过程中的几个关键技 术点。任鹏刚等 [ 8] 对钢内衬玻璃 纤维缠绕的天 然 气瓶进行了简单的工 艺设计。王晓 洁等 [ 4] 简要 介 绍了碳纤维复合材料在耐压容器方面的研究进展。 王明寅等 [ 9] 对复合材料高压氮气 气瓶进行了结 构 设计, 但未涉及计算过程。 2003年美国专利 [ 5 ] 着重 介绍了在热固性塑料内衬表面缠绕纤维复合材料高 压气瓶的 工艺步 骤, 但没 有缠绕 工艺 参数 的计 算 过程。
本文根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技 术特性要求, 依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进 行了详细的设计计算, 探讨了环氧树脂固化体系的 选择, 选用日本东丽公司生产的 T800碳纤维, 并利 用专有缠绕技术用碳纤维材料对橡胶内衬压力气瓶 进行缠绕, 制造出了复合压力容器。
2 实验部分
实验用原材料为 T 800碳纤维, 12K, 日本东丽;
=
100 2@
4@4 3000 (
2
-
tan2 17. 46b) =
0. 65mm
收稿日期: 2007-06-07 本文作者还有李鹏和陈伟明。 作者简介: 贾晓龙 ( 1982-) , 男, 博士研究生, 主要从事纤维复合材料及其相关成型工艺的研究。
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碳纤维 /环氧树脂在橡胶 内衬表面的全缠绕工艺设计