根據(jù)橡膠內(nèi)襯碳纖維全纏繞壓力氣瓶的技術(shù)指標(biāo),依據(jù)網(wǎng)格理論對纏繞層和纏繞張力進行詳細(xì)的理論設(shè)計計算,確定纏繞參數(shù)和工藝。選用的環(huán)氧樹脂體系力學(xué)性能優(yōu)異,其黏度滿足纏繞成型工藝要求,同時復(fù)合材料NOL環(huán)的斷面形貌表明該樹脂體系與T800碳纖維界面結(jié)合良好。對纏繞成型的壓力氣瓶進行試驗,檢測表明,水壓爆破試驗和疲勞試驗結(jié)果均滿足復(fù)合材料氣瓶的設(shè)計要求。
纖維纏繞內(nèi)壓容器能夠充分發(fā)揮纖維的強度和剛度,是復(fù)合材料實際應(yīng)用的一個重要方面。近二十年來國內(nèi)在纖維纏繞復(fù)合材料壓力氣瓶的研制方面取得了長足進步,纖維纏繞壓力容器逐漸取代了全金屬壓力容器,在相同容積、承受相同內(nèi)壓情況下,復(fù)合材料高壓氣瓶的重量大約是鋼瓶的50 - 60%。復(fù)合材料氣瓶的成型工藝采用纖維纏繞法,此方法比金屬氣瓶成型工藝簡單。且可設(shè)計性強,對于筒形容器很容易實現(xiàn)等強度,對于橡膠內(nèi)襯復(fù)合材料氣瓶還可省去固化后的脫模。
林再文等研制了鋁內(nèi)襯芳綸纖維纏繞的高壓氣瓶,但僅介紹了氣瓶設(shè)計過程中的幾個關(guān)鍵技術(shù)點。任鵬剛等對鋼內(nèi)襯玻璃纖維纏繞的天然氣瓶進行了簡單的工藝設(shè)計。王曉潔等簡要介紹了碳纖維復(fù)合材料在耐壓容器方面的研究進展。王明寅等,對復(fù)合材料高壓氮氣氣瓶進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,但未涉及計算過程。2003年美國專利著重介紹了在熱固性塑料內(nèi)襯表面纏繞纖維復(fù)合材料高壓氣瓶的工藝步驟,但沒有纏繞工藝參數(shù)的計算過程。
本文根據(jù)橡膠內(nèi)襯碳纖維全纏繞壓力氣瓶的技術(shù)特性要求,依據(jù)網(wǎng)格理論對纏繞層和纏繞張力進行了詳細(xì)的設(shè)計計算,探討了環(huán)氧樹脂固化體系的選擇,選用日本東麗公司生產(chǎn)的T800碳纖維,并利用專有纏繞技術(shù)用碳纖維材料對橡膠內(nèi)襯壓力氣瓶進行纏繞,制造出了復(fù)合壓力容器。
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