碳纖維／環(huán)氧樹脂在橡膠內(nèi)襯表面的全纏繞工藝設(shè)計

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1、2009年第2期玻璃鋼／復(fù)合材料61碳纖維／環(huán)氧樹脂在橡膠內(nèi)襯表面的全纏繞工藝設(shè)計賈曉龍，李剛，薛忠民，楊小平(1．北京化工大學(xué)新型高分子材料的制備與加工北京市重點實驗室，北京100029；2．北京玻璃鋼研究設(shè)計院，北京102101)摘要：根據(jù)橡膠內(nèi)襯碳纖維全纏繞壓力氣瓶的技術(shù)指標，依據(jù)網(wǎng)格理論對纏繞層和纏繞張力進行詳細的理論設(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oo碳纖維界面結(jié)合良好。對纏繞成型的壓力氣瓶進

2、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。關(guān)鍵詞：碳纖維；壞氧樹脂；纏繞；NOL環(huán)；壓力氣瓶中圖分類號：TQ336．4文獻標識碼：A文章編號：1003—0999(2009)02—0061—041前言2實驗部分纖維纏繞內(nèi)壓容器能夠充分發(fā)揮纖維的強度和實驗用原材料為T800碳纖維，12K，日本東麗；剛度，是復(fù)合材料實際應(yīng)用的一個重要方面。環(huán)氧樹脂E-51，藍星新材料無錫樹脂廠；環(huán)氧樹脂近二十年來國內(nèi)在纖維纏繞復(fù)合材料壓力氣瓶的研TDE．85，天津市合成材料工業(yè)研究所；固化劑、促

3、進制方面取得了長足進步，纖維纏繞壓力容器逐漸劑，國產(chǎn)。取代了全金屬壓力容器j，在相同容積、承受相同實驗采用NDJ一8S型旋轉(zhuǎn)粘度計測試樹脂粘度；內(nèi)壓情況下，復(fù)合材料高壓氣瓶的重量大約是鋼瓶根據(jù)GB／T2568—1995和GB／T2570．1995方法測試的50～60％。復(fù)合材料氣瓶的成型工藝采用纖維樹脂澆注體力學(xué)性能；根據(jù)ASTMD2344—84和GB／纏繞法，此方法比金屬氣瓶成型工藝簡單，且可T1458—1998方法分別測試復(fù)合材料層間剪切性能設(shè)計性強，對于筒形容器很容易實現(xiàn)等強度j，對與復(fù)合材料NOL

4、環(huán)拉伸性能，并用掃描電鏡觀察復(fù)于橡膠內(nèi)襯復(fù)合材料氣瓶還可省去固化后的脫模。合材料NOL環(huán)斷面形貌。本復(fù)合氣瓶以9621膠片林再文等研制了鋁內(nèi)襯芳綸纖維纏繞的高為內(nèi)襯，筒體長度為306mm，纏繞層纖維體積含量壓氣瓶，但僅介紹了氣瓶設(shè)計過程中的幾個關(guān)鍵技為63％，內(nèi)襯外徑為200mm，根據(jù)GB9252．1988的術(shù)點。任鵬剛等對鋼內(nèi)襯玻璃纖維纏繞的天然方法對其進行疲勞實驗。氣瓶進行了簡單的_T藝設(shè)計。王曉沽等一簡要介3結(jié)果與討論紹了碳纖維復(fù)合材料在耐壓容器方面的研究進展。3．1壓力氣瓶的纏繞設(shè)計計算王明寅等。

5、對復(fù)合材料高壓氮氣氣瓶進行了結(jié)構(gòu)(1)纏繞角的設(shè)計設(shè)計，但未涉及計算過程。2003年美國專利j著重根據(jù)筒身纏繞角公式：介紹了在熱固性塑料內(nèi)襯表面纏繞纖維復(fù)合材料高sinot=r／R壓氣瓶的工藝步驟，但沒有纏繞工藝參數(shù)的計算其中，r為極孔半徑；R為內(nèi)膽半徑。過程。螺旋向纏繞角Ot=arcsin(30／100)=17．46。本文根據(jù)橡膠內(nèi)襯碳纖維全纏繞壓力氣瓶的技(2)纏繞層壁厚的計算術(shù)特性要求，依據(jù)網(wǎng)格理論對纏繞層和纏繞張力進環(huán)向纏繞層纖維厚度：行了詳細的設(shè)計計算，探討了環(huán)氧樹脂固化體系的尺P．選擇，選用日

6、本東麗公司生產(chǎn)的T800碳纖維，并利t：(2一tana)用專有纏繞技術(shù)用碳纖維材料對橡膠內(nèi)襯壓力氣瓶l00×3O一：2~4400(2一一tan“17．·46。1】：0．·65mm進行纏繞，制造出了復(fù)合壓力容器。收稿日期：2007-06-07本文作者還有李鵬和陳偉明。作者簡介：賈曉龍(1982一)，男，博士研究生，主要從事纖維復(fù)合材料及其相關(guān)成型工藝的研究。F’RP／CM2009．N0．262碳纖維／環(huán)氧樹脂在橡膠內(nèi)襯表面的全纏繞工藝設(shè)計2009年3月螺旋纏繞層纖維厚度：須控制纏繞張力由內(nèi)到外逐層遞減，每纏

7、繞一次縱兄P向?qū)舆f減3N。一2Krcos3．2生產(chǎn)工藝100X30表1纏繞過程生產(chǎn)工藝條件—=0．47mm2×0．8×4400×cos17．46。纏繞層壁厚：=一：一63％_一1．‘78ram根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果，采用MIKROSAMMAW20．其中，P為氣瓶爆破壓力，MPa；f為纖維發(fā)揮強LS1-6六維纏繞機(馬其頓制造)進行氣瓶的纏繞，度，T800碳纖維f=4400MPa；d為縱向纖維與母線纏繞過程的生產(chǎn)工藝見表1。夾角(即纏繞角)，度；K為應(yīng)力平衡系數(shù)，取K=在實際纏繞過程中，與纏繞角對應(yīng)，設(shè)定每層螺0

8、．8；V為纏繞層纖維體積含量。旋纏繞的極孔半徑。根據(jù)纖維纏繞的可行性，首先(3)纏繞層數(shù)的計算0_纏繞2層環(huán)向，根據(jù)環(huán)向纏繞和螺旋纏繞交又的原纏繞所用纖維為1股，1團紗帶的截面積為：則，再依次纏繞2層螺旋向、2層環(huán)向、2層螺旋向、2A。=×10～=_0．247mm2層環(huán)向、2層螺旋向、2層環(huán)向、2層螺旋向，為保證D，1．6氣瓶的外觀光潔度，最后纏繞2層環(huán)向。按照纏繞其中，P為碳纖維的線密度，445g／1000m；P為張力的計算